KR100815440B1 - 마이크로-전자기계 시스템 기반의 광 프로젝션 엔진과 그제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 일반적으로 광 프로젝션 시스템과 관련되어 있고, 특히, MEMS 기반 광 프로젝션 엔진 및 그 제조 방법과 관련되어 있다.

본 발명은 광원; 상기 광원으로부터 전달된 하나 이상의 광 빔을 제 1 방향을 따라 스캐닝하며, 상기 제 1 방향을 따라 이동 가능한 도파관을 포함하는 제 1 광 스캐너; 및 상기 제 1 광 스캐너로부터 전달된 상기 하나 이상의 광 빔을 상기 제 1 방향과 평행하지 아니한 제 2 방향을 따라 스캐닝하는 제 2 광 스캐너를 포함하는 광 프로젝션 엔진을 제공한다.

Description

마이크로-전자기계 시스템 기반의 광 프로젝션 엔진과 그 제조 방법{MEMS-BASED LIGHT PROJECTION ENGINE AND ASSOCIATED METHOD OF MANUFACTURE}

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 의한 광 프로젝션 엔진의 평면도(a) 및 측면도(b)를 도시한 것이다.

도 2는 도 1의 광 프로젝션 엔진에 채용될 수 있으며, 제 1 및 제 2 입력으로부터 빛이 결합되고, 결합된 빛이 출력되는 예시적인 광 결합기를 도시한 것이다.

도 3은 도 1의 광 프로젝션 엔진에 채용될 수 있으며, 실제 제작된 제 1 광 스캐너의 투시도(a) 및 평면도(b)이다.

도 4는 해상도가 픽셀 크기에 의해 제한되는 종래의 픽셀 기반 디스플레이(a)와, 도 1에 표현된 광 프로젝션 엔진을 사용한 아날로그 광 스캐닝(b)(c)을 비교한 것이다.

도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 의한 광 프로젝션 엔진의 평면도(a) 및 단면도(b)이다.

도 6은 도 5의 광 프로젝션 엔진에 사용될 수 있는 마이크로 렌즈의 상세한 도면이다.

도 7A 내지 7N은 광 프로젝션 엔진용 제 1 및 2 스캐너를 제조하는 방법을 도시한 것이다.

도 8은 예시적인 제조 방법에 따라 완성된 구조를 도시한 도면이다.

도 9는 푸시다운 핀 웨이퍼 및 실리콘의 소성 변형을 이용하여 수직 스캔 미러를 사전 틸팅하기 위한 예시적 방법을 도시한 것이다.

*도면의 주요 부분에 부호의 설명*

10, 10' : 광원 11 : 고체상태 광원

20, 20' : 광 결합기 21 : 칼라 광 결합기

30, 30' : 제1 광 스캐너 31, 31' : 도파관

32, 32', 42, 49, 81 : 빗살 구조물 33 : 스프링 구조물

34 : 앵커 40, 40' : 제2 광 스캐너

41 : 미러 46 : 마이크로 렌즈

47 : 정적 에칭 미러 48 : 실리콘 링

50 : 투명 패키징 커버 51 : 프로젝션 렌즈

60 제어부 71 : SOI 기판

71A : 하부 실리콘층 71B : 매립형 산화물층

71C : 상부 실리콘층 72 : 트렌치

73, 75 : 실리콘 질화물 74, 77 : 실리콘 산화물

76 : 전기적 접촉 영역 78 : 개구 영역

79 : 배선 80 : 파이버

82 : 미러의 움직이는 빗살 소자 83 : 내부 미러

84 : 고정된 빗살 소자 85 : 외부 프레임

90 : 푸시다운 핀 웨이퍼 91 : 포크

92, 93 : 푸시다운 핀

본 발명과 그 다양한 측면은 일반적으로 광 프로젝션 시스템과 관련되어 있고, 특히, 마이크로-전자기계 시스템(Micro-Electromechanical Systems, 이하 간략히 MEMS라 함) 기반 광 프로젝션 엔진, MEMS 기반 광 프로젝션 엔진의 제조 방법과 관련되어 있다.

현재의 프로젝션 디스플레이 기술은 크게 디지털 마이크로 미러 장치(Digital Micro mirror Device, 이하 간략히 DMD)와 액정 디스플레이(Liquid Crystal Display, 이하 간략히 LCD라 함)의 두 가지 카테고리로 나뉠 수 있다. 양 기술은 많은 이미지 픽셀 각각에 대한 개별 소자를 포함하는 광 프로젝션 엔진(light projection engine)을 사용한다. 이 장치는 통상적으로 고전력 백색 램프(high power white light lamp)(예를 들어, 수은 램프)에 의해 조명된다. 제어부는 원하는 이미지 휘도, 명암비 및 칼라를 얻기 위해, 각 개별 픽셀 소자를 변조한 다. 프로젝터는 택일적으로 적색, 녹색 및 청색 이미지를 투사하기 위해 칼라 필터 휠(color filter wheel)을 통합하거나 또는 그 대신에 이 3원색 각각을 투사하기 위해 세 개의 분리된 광 프로젝션 엔진을 사용할 수 있다.

DMD와 LCD 기반 프로젝터는 몇 가지 단점을 가진다. 첫째, 각 이미지 픽셀이 분리된 픽셀 소자에 의해 표현된다면, 광 프로젝션 엔진은 크고, 복잡하고, 생산하기에 고가일 수밖에 없다. XGA(Extended Graphics Array) 디지털 광학 기술(Digital Light Processing, 이하 간략히 DLP라 함) 장치는, 예를 들어, 0.7 인치에 해당한다. 웨이퍼마다 생산될 수 있는 장치가 적을 뿐만 아니라, 완전히 동작하는 장치의 산출량이 낮기 때문에, 이 장치의 단가는 픽셀 숫자와 함께 급격히 증가한다. 둘째, DMD와 LCD 기반 프로젝터는 한가지 이미지 포맷(즉, 수평 및 수직 픽셀의 숫자)에만 최적화되어 있다. 다른 이미지 포맷도 지원될 수는 있지만 광범위한 이미지 프로세싱(예를 들어, 보간법(interpolation))이 필요하고, 수많은 이미지 가공물(artifacts)(예를 들어, 에일리어싱(aliasing))을 보일 것이다. 셋째, 각 이미지 픽셀이 분리된 픽셀 소자로부터 나오기 때문에, 이 이미지를 가까이에서 관찰하면 픽셀들이 어두운 선에 의해 분리되어 있음을 보게 된다. 넷째, DMD와 LCD 기반 프로젝터는 이들을 균등하게 조명하기 위해 수많은 광학 소자가 요구되기 때문에, 본질적으로 크고 복잡하다. 다섯째, DMD와 LCD 기반 프로젝터에서는, 광원이 항상 완전하게 온(on) 상태이어야 한다. 명암비는 광의 일부분을 버리도록 개별 픽셀 소자를 변조함으로써 생성된다. 광을 버릴 때의 효율성이 달성 가능한 명암비를 결정한다. 특히, LCD 기반 프로젝터는 효율이 좋지 않으며, 명암비는 통상적으로 약 500:1로 제한된다.

따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기한 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 저가로 제작될 수 있는 광 프로젝션 엔진 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 여러 이미지 포맷을 지원할 수 있는 광 프로젝션 엔진 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 이미지를 가까이에서 관찰하는 경우에도 픽셀들이 어두운 선에 의하여 분리되지 아니하는 광 프로젝션 엔진 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 작고 단순한 광 프로젝션 엔진 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 높은 명암비의 광 프로젝션 엔진 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일측면은 MEMS 기반 광 프로젝션 엔진을 제공한다. 여기에 제공된 예시적인 광 프로젝션 엔진은 다양한 해상도, 색상, 프레임 속도, 명암비 및 휘도 요구조건을 지원하도록 구성될 수 있다.

일례에서, 광 엔진은 광원과 두 개의 광 스캐너를 포함하며, 그 중 제 1 광 스캐너는 제 1 방향을 따라 하나 이상의 광 빔을 스캐닝하는 하나 이상의 조종 가능한 도파관(steerable waveguides)을 포함한다. 제 1 광 스캐너는 복수의 도파관을 포함할 수 있으며, 복수의 도파관은 복수의 스캔 빔의 동기화된 운동을 제공하기 위해 서로에 대해 (직접적으로 또는 예를 들어 위치 피드백 및 동적 제어 수단에 의해 간접적으로) 공간적으로 연결될 수 있다. 제 2 광 스캐너는 제 2 방향을 따라 스캐닝하기 위한 움직이는 미러, 렌즈 또는 다른 적절한 스캐너를 포함할 수 있으며, 제 1 방향과 제 2 방향은 평행하지 않고, 예를 들어, 직교한다. 일례에서, 두 개의 스캐너는 단일 반도체 웨이퍼 다이 상에 모놀리딕식으로(monolithically) 제조되며, 비월 빗살 구조물(interlacing comb structures)을 통해 정전기적으로 구동된다. 일례에서, 두 개의 광 스캐너는 원하는 이미지의 수평 및 수직 방향에 대응하는 직교하는 방향으로 광 빔을 스캔한다.

제 2 광 스캐너는 모놀리딕식으로 집적 및/또는 미러 갈바노미터(mirror galvanometers)로 구성된 스캐닝 미러를 포함할 수 있다. 또한, 제 2 광 스캐너는 스캐닝 렌즈를 포함할 수 있다. 스캐닝 렌즈는 유리, 폴리실리콘, 폴리머 또는 다른 적절한 물질을 포함할 수 있다. 제 1 및/또는 제 2 광 스캐너는 공진 또는 비공진 운동으로 동작할 수 있으며, 자기적으로, 정전기적으로, 열적으로 및/또는 압전기적으로(piezo-electrically) 움직일 수 있다. 렌즈, 프리즘, 미러, 편광자, 필터, 회절격자(gratings) 등과 같이 이 분야에 공지된 부가적인 광학 소자들이 광 빔의 방향 및/또는 조건을 설정하기 위해 시스템의 임의의 부분에 추가적으로 포함 될 수 있다.

광원은 하나 이상의 단색(monochromatic) 발광 다이오드(Light Emitting Diode, 이하 간략히 LED라 함), 레이저 다이오드(Laser Diodes, 이하 간략히 LD라 함) 또는 다른 적절한 광원을 포함할 수 있다. LED 및/또는 LD는 광 프로젝션 엔진에 모놀리딕식으로 집적되거나, 개별적으로 구현되어 광 스캐너 중 하나에 예를 들어 광 섬유 및/또는 도파관을 통해 연결될 수 있다. 추가적으로, 광 결합기가 복수의 칼라(예를 들어, 적색, 녹색, 청색) 광원을 제 1 광 스캐너에 정렬시키기 위해 또는 광의 총 세기를 증가시키기 위해 포함될 수 있다. 일례에서, 광 결합기는 제 1 광 스캐너에 모놀리딕식으로 집적된다.

광 프로젝션 엔진의 동작(예를 들어 공지의 래스터(raster) 스캐닝 방법을 수행하기 위한 제 1 및 제 2 광 스캐너의 동작 및 광원(들)로부터의 발광)을 제어하기 위해 제어부가 추가적으로 포함될 수 있다. 또한, 제어기는 사인 스캔 보상(sinusoidal scan compensation), (용량성) 스캔 위치 피드백((capacitive) scan position feedback), 스티칭 정렬 피드백(stitching alignment feedback) 및 광원 방출 세기 피드백(light source emission intensity feedback)과 같은 기술을 사용할 수 있다.

다른 측면으로, MEMS 기반 광 프로젝션 엔진의 제조 방법이 제공된다. 일례에서, 이 방법은 두 개의 광 스캐너를 단일 반도체 웨이퍼 다이 상에 모놀리딕식으로 형성하는 단계를 포함한다. 특히, 종래의 SOI(silicon-on-insulator) MEMS 기술 및 플립칩 본딩(flip-chip bonding)이 두 개의 직교하는 광 스캐너를 단일 칩 상에 형성하기 위해 사용될 수 있다. 다른 예에서, 광원(들) 및/또는 광학 소자(들)이 두 개의 광 스캐너에 더하여 단일 칩 상에 추가적으로 집적될 수 있다.

또 다른 측면에서, 제 1 방향을 따라 스캐닝하기 위한 제 1 광 스캐너와 제 2 방향을 따라 스캐닝하기 위한 제 2 광 스캐너를 구비한 MEMS 기반 광 프로젝션 엔진의 동작 방법이 제공된다. 예시적 방법들은 원하는 이미지를 생산하기 위해 스캐너를 제어하는 단계를 포함한다. 일례에서, 제 1 광 스캐너는 이미지의 개별 라인을 투사하도록 동작하며, 제 2 광 스캐너는 이미지의 개별 프레임에 개별 라인을 엇갈리게 한다(stagger). 스캔 속도는, 예를 들어, 제 1 광 스캐너(수평 스캐너)를 위해 대략 30 kHz 및 제 2 광 스캐너(수직 스캐너)를 위해 30 Hz를 포함할 수 있다. 추가적으로, 사인 스캔 보상, (용량성) 스캔 위치 피드백, 스티칭 정렬 피드백 및 광원 방출 세기 피드백과 같은 다양한 기술이 원하는 이미지를 생산하기 위해 두 개의 광 스캐너 제어에 사용될 수 있다.

여기에 설명된 예시적 장치들은 소형의 고해상도 디스플레이를 생산하기 위해, 낮은 가격 및 낮은 복잡도로 유리하게 제조될 수 있다. 예를 들어, 예시적 광 프로젝션 엔진은 휴대형 프로젝터, 소형 프로젝터 (예를 들어, 컴퓨터 마우스 크기), 전면/후면 프로젝션 텔레비전 및 헤드 업 디스플레이(heads-up displays)와 같은 다양한 프로젝션 시스템에 사용될 수 있다. 예시적인 광 프로젝션 엔진은 소형 프로젝터에 통합되어, 랩탑 컴퓨터, PDA(Personal Digital Assistant) 등과 무선으로 통신하며, 예를 들어, UXGA 해상도로 대각선 4 피트까지의 이미지를 투사한다. 새로운 애플리케이션으로, 예시적인 광 프로젝션 엔진은 셀 폰, 디지털 카메 라, PDA, 랩탑 컴퓨터, MP3 플레이어 등에 사용되기 위해 통합될 수 있다.

본 발명과 그 다양한 실시예들은 첨부된 도면 및 청구항과 함께 아래의 상세한 설명을 참조하여 더욱 잘 이해될 수 있다. 후술할 설명은 당업자가 본 발명을 제조하고 사용할 수 있게 하기 위해 제공된다. 특정 재료, 기술 및 애플리케이션에 관한 설명은 단지 예시적으로 제공되는 것이다. 여기 기술된 예들에 대한 다양한 변형은 당업자에게 자명하며, 여기 정의된 일반적인 원리들은 본 발명의 사상과 범위를 벗어남이 없이 다른 예들과 애플리케이션에도에 적용될 수 있다.

여기 기술된 본 발명의 일례에 따르면, 미러 또는 전자 장치(예를 들어, DLP 또는 LCD) 중 하나에 의해 이미지를 디지털화하지 않고, 예를 들어, 2000개 이상의 분해가능한 스폿(spots)으로 고속의 고해상도 라인 스캔을 형성하기 위해, 조종 가능한 도파관이 광 빔을 표면(예를 들어, 스크린 또는 다른 적당한 표면)에 전달하도록 사용된다. 예시적인 광 프로젝션 엔진의 해상도는 종래 시스템(예를 들어, 본 예의 1μm 도파관 구경에 비교되는 10μm 미러의 DLP 기술)에 비해 증가할 것이다. 온 칩 MEMS 마이크로 광학기(On-chip MEMS Micro-optics), 예를 들어, 스캔 미러 또는 마이크로렌즈는 안정된 프레임 리프레쉬(refreshing)를 제공하기 위해 사용된다. 원 이미지는 광원의 직접적인 변조에 의해 코딩된다. 적절한 광원은 LED, LD, 또는 감소된 전력 소비(예를 들어, 1W 고체 상태 광원에 비교되는 100W 백색 광 램프)를 가능하게 하는 다른 고체 상태 광원(solid-state light sources)을 포함한다.

“수평” 및 “수직”은 본 출원서에서 제 1 스캔 방향 및 제 2 스캔 방향을 지칭하기 위해 단지 예시적인 목적으로 사용되었음을 알아야 한다. 당업자는 제 1 및 제 2 방향으로 스캐닝하기 위한 제 1 및 제 2 스캐너의 다른 구성도 생각해 볼 수 있으며, 임의의 평행하지 않은 제 1 및 제 2 방향도 포함할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 의한 광 프로젝션 엔진의 평면도(a) 및 측면도(b)를 도시한 것이다. 도면을 참조하면, 광 프로젝션 엔진은 단일 칩에 집적된 제 1 광 스캐너(30) 및 제 2 광 스캐너(40)를 포함한다.

제 1 광 스캐너(30)는 기판에 평행한 단일 평면(수평 방향)을 따라 스캔하는 하나 이상의 도파관(31)을 포함한다. 복수의 도파관(31)은 서로에 대해 공간적으로 고정될 수 있다. 예를 들어, 복수의 도파관(31)이 쌓이거나, 전기적으로 동기화될 수 있다. 도면에 표현된 제 1 광 스캐너(30)는 동기화된 운동을 위해 서로에 대해 공간적으로 고정된 두 개의 도파관(31)을 포함한다. 제 1 광 스캐너(30)의 도파관(31)은 비공진(non-resonant) 또는 공진 운동으로 동작할 수 있으며, 자기적으로, 정전기적으로, 열적으로 및/또는 압전기적으로 움직일 수 있다. 도면에 표현된 제 1 광 스캐너(30)의 도파관(31)은 정전기적으로 움직인다. 이를 위하여 제 1 광 스캐너(30)는 도파관(31)을 수평적으로 가동시키는 빗살 구조물(32)을 포함한다. 제 1 광 스캐너(30)는 하나 이상의 광 빔을 제 2 광 스캐너(40)로 전달한다.

제 2 광 스캐너(40)는 사전 틸팅된(pre-tilted) 움직이는 스캔 미러(41)를 포함한다. 제 1 광 스캐너(30)로부터의 광 빔을 수신하기 위해, 조사된 광 빔과 미 러(41)의 평면 간의 각도는 미러(41)의 최대 회전 각도보다 커야 한다. 하지만, 미러(41) 평면과 수평 빔은 초기 공정 후에 기판에 평행하다. 스캔 미러(41)의 사전 틸팅은 수평 스캐닝 빔과 미러(41) 간의 초기 각도를 미러(41) 회전 각도보다 크게 하여, 제 1 및 2 광 스캐너(30, 40)를 단일 칩에 모놀리딕식으로 집적 가능하게 한다. 또한, 미러(41)의 사전 틸팅은 광 빔을 미러 상부 상에 위치한 외부 프로젝션 렌즈(51)로 다시 향하게 하며, 외부 프로젝션 렌즈(51)는 투명 팩키징 커버(50)에 쉽게 구현될 수 있다. 스캔 미러(41)는 제 1 광 스캐너(30)로부터의 하나 이상의 광 빔을 수직으로 스캔하도록 회전한다. 이에 의해 제 1 광 스캐너(30)는 이미지의 수평 라인을 빠르게 생성하고, 제 2 광 스캐너(40)는 원하는 이미지를 투사하기 위해 이 라인을 빠르게 엇갈리게 한다. 일례에서, 두 개의 도파관(31, 32)을 포함하는 광 프로젝션 엔진이 단일 칩 상에 집적되며, 투명 팩키징 커버(50)는 프로젝션 렌즈(51) 또는 다른 광 소자를 포함하여, 생성된 광 빔의 방향 및/또는 조건을 설정한다. 제 2 광 스캐너(40)에 있어서, 미러(41)는 이에 연결된 정전기적으로 움직이는 빗살 구조물(42)에 의하여 회전된다. 미러(41)를 대신하여, 움직이는 렌즈 또는 프리즘을 사용한 제 2 광 스캐너가 사용될 수도 있다.

최종적으로 스캐닝된 빛은 스크린 상에 투사하기 위해 프로젝션 렌즈(51)로 향한다. 프로젝션 렌즈(51)는 오토 포커싱(autofocusing)하도록 동작할 수 있다.

광 프로젝션 엔진은, 예를 들어, LED 또는 LD와 같은 하나 이상의 고체 상태 광원(11)을 포함하는 광원(10)을 추가적으로 포함할 수 있다. 광원은(10) 예를 들어 3원색의 하나 이상의 세트를 포함할 수 있으며, 완전한 칼라 이미지(예를 들어, RGB, CYM, …)를 생성하기 위해 사용될 것이다. LED 및/또는 LD는 광 프로젝션 엔진에 모놀리딕식으로 집적되거나, 개별적으로 구현되어 광섬유 및/또는 도파관을 통해 제 1 광 스캐너(30)에 연결될 수 있다.

광 프로젝션 엔진은 복수의 칼라 광원을 정렬하기 위해 광 결합기(광파 결합기라고도 함, light combiner, 20)를 포함할 수 있다. 미세 가공된 칼라 광 결합기(21)는 완전한 칼라 이미지를 형성하기 위해 각 세트의 광원으로부터의 빛을 조합한다. 광 결합기(20)는 결합된 빛을 제 1 광 스캐너(30)로 인도한다. 도면과 같이, 광 결합기(20)는 제 1 광 스캐너(30)에 모놀리딕식으로 직접될 수 있다.

광 프로젝션 엔진은 제어부(60)를 포함할 수 있다. 제어부는 이미지 엔코딩을 위한 광원(10)의 변조, 제 1 광 스캐너(30)의 수평 방향 스캐닝 및 제 2 광 스캐너(40)의 수직 방향 스캐닝을 제어한다.

광원(10), 광 결합기(20) 및 제 1 광 스캐너(30)는 단일 칩 상에 집적될 수도 있고, 또는, 예를 들어, 광 섬유, 광 도파관 등과 함께 결합된 별개의 소자일 수도 있다.

도 2는 도 1의 광 프로젝션 엔진에 채용될 수 있으며, 제 1 및 제 2 입력으로부터 빛이 결합되고, 결합된 빛이 출력되는 예시적인 광 결합기를 도시한 것이다. 예를 들어, 수동 도파관 광 결합기는 복수의 LED 또는 LD로부터의 빛을 결합한다. 광 결합기는 레이저 펌핑 목적으로 전력을 상승시키기 위해 광 통신 분야에 잘 알려진 장치이다. 도파관 광 결합기는 플라스틱, 실리카, 실리콘 및/또는 원하는 파장의 빛을 가두고 전달하는 다른 적절한 물질로 형성될 수 있다. 광 결합기는 잘 알려진 MEMS 기술을 사용하여 또는 예를 들어 도파관을 형성하기 위해 기판 상에 폴리머를 프린팅 또는 스탬핑하는 것에 의해 형성될 수 있다. 레이저 광의 가간섭성(coherent) 성질로 인해, 레이저 도파관은 통상적으로 레이저 빔 간의 간섭을 피하도록 잘 알려진 원리 및 알고리즘을 사용하여 주의 깊게 설계된다. 하지만, 광원으로서 비간섭성의 LED를 포함하는 예에서는, 도파관 설계는 비교적 간단하다. 또한, MEMS 공정 기술의 사용은 광 결합기와 광 스캐너를 단일 칩에 모놀리딕식으로 집적하는 것을 가능하게 하여, 광학 손실과 팩키징 비용을 감소시킨다.

도 3은 도 1의 광 프로젝션 엔진에 채용될 수 있으며, 실제 제작된 제 1 광 스캐너의 투시도(a) 및 평면도(b)이다. 도면에서 정전기적으로 구동되는 빗살 구조물(32')은 도파관(31')을 평면을 따라 움직이게 하는 힘을 제공한다. 스프링 구조물(33)은 도파관(31')을 지지하고 도파관(31')의 수평적 움직임을 안정시키기 위해 포함된다. 또한, 도면부호 34는 움직이는 구조를 위한 앵커(anchors)로서 기능한다.

도 1에 설명된 광 프로젝션 엔진은 유리하게 아날로그 방식으로 스캔하며, 픽셀 크기 및 위치에 의해 제한되지 않는다. 도 4는 해상도가 픽셀 크기에 의해 제한되는 종래의 픽셀 기반 디스플레이(a)와, 도 1에 표현된 광 프로젝션 엔진을 사용한 아날로그 광 스캐닝(b)(c)을 비교한 것이다. 일반적으로, 스캐닝 주파수를 증 가시키면, 도 1의 광 프로젝션 엔진의 해상도는 도 4에 도시된 바와 같이 종래의 디지털 픽셀 기반 디스플레이보다 상대적으로 증가할 것이다. 도 1의 광 프로젝션 엔진은 하나 이상의 광 빔을 스크린 상에서 빠르게 스캔하여, 픽셀들이 병렬이 아닌 직렬로 투사된다. 이 동작은 CRT가 형광 스크린 상에서 전자 빔을 스캔하는 방식과 유사하다. 또한, DLP 및 LCD 장치가 병렬로 투사되는 수천 내지 수백만의 픽셀 각각에 대해 개별 픽셀 소자를 사용하는 반면에, 도 1의 광 프로젝션 엔진은, 일례에서, 단지 두개의 움직이는 소자(제 1 및 2 광 스캐너)를 사용한다.

제 1 실시예에서, 제 1 광 스캐너는 복수의 수평 스캐닝 빔을 형성하기 위해 복수의 도파관을 포함한다. 광 프로젝션 엔진은 복수의 수평 스캐닝 빔을 복수의 타일(tiles)(즉, 완전한 이미지의 섹션들)로 수직으로 스캔하도록 제어된다. 예를 들어, 두 개의 도파관은 최종 직사각형 이미지의 두 개의 타일을 형성하기 위해 미러가 스캔한 두 세트의 평행 빔을 형성한다. 이러한 방식으로, 이미지는 빠른 속도와 적은 움직임으로 리프레쉬될 수 있다. 일례에서, 조종 가능한 도파관 어레이 송신기(SWAT: steerable waveguide array transmitter)에 함께 고정된 복수의 도파관을 포함하는 미세 가공 광 프로젝션 엔진은 30 Hz의 수직 스캐닝을 달성할 수 있는 폴리머 렌즈/미러 스캐너와 집적되어, 36 KHz의 빠른 수평 스캐닝을 달성할 수 있다. 다른 예에서, 광 프로젝션 엔진은 제 1 방향으로 15 KHz 와 120 KHz 사이의 스캐닝을, 제 2 방향으로 15 Hz와 120 Hz 사이의 스캐닝을 제공할 수 있다. 다른 스캐닝 속도도 고려될 수 있음을 이해할 것이다.

도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 의한 광 프로젝션 엔진의 평면도(a) 및 단면도(b)이다. 도 5의 광 프로젝션 엔진은 도 1의 광 프로젝션 엔진과 유사하지만, 움직이는 마이크로 미러(41) 대신에 마이크로 렌즈(46)가 사용되었다. 도면에서 정적 에칭 미러(static etched mirror, 47)는 광 빔을 도파관으로부터 마이크로 렌즈(46)로 편향시킨다. 마이크로 렌즈(46)는 제 1 광 스캐너의 평면에서 작동하도록 제어되어, 원하는 대로 광 빔을 수직으로 스캔한다.

또한, 도 5의 광 프로젝션 엔진은 도 1의 광 프로젝션 엔진과 유사하지만, 조종 가능한 도파관 어레이 송신기(제 1 광 스캐너의 일종, SWAT, 30')를 포함한다. SWAT(30')는 에칭 미러(47)로 향하는 8개의 수평 빔의 조종을 수행한다. SWAT(30')에 포함된 8개의 도파관은 빔 조종(steering)이 동기화되도록 이동 동안에 서로에 대해 고정된다. SWAT(30')에 의하여 이미지 엔코딩이 수행될 수 있다. 또한, SWAT(30')는 광원(10') 및 광 결합기(20')에 결합된다.

도 6은 도 5의 광 프로젝션 엔진에 사용될 수 있는 마이크로 렌즈의 상세한 도면이다. 일례로, 마이크로 렌즈는 지지체(support)와 UV 경화 폴리머(cured polymer)로 이루어진 렌즈(46)를 포함한다. 마이크로 렌즈 지지체는 공지의 SOI MEMS 기술을 이용하여 제조될 수 있다. 특히, 릴리스된 실리콘 링(released silicon ring, 48)이 제조될 수 있으며, 그 후, UV 경화 폴리머(46)가 그 링 안에 삽입된다. 액체 UV 경화 폴리머(46)는 링의 가장 자리에서의 표면 장력으로 인해 본질적으로 둥근 렌즈 모양을 형성할 것이다. 작동(translation)은 도시된 정전기 적 빗살 구조물(49)을 통해 또는 다른 공지의 MEMS 장치를 통해 달성될 수 있다.

다음으로는, 단독으로 또는 조합으로 사용될 수 있는 예시적 광 프로젝션 엔진의 다양한 측면 및 특징들에 대한 요약이 기술될 것이다. 하지만, 이 요약이 제한적으로 해석되어서는 안되며, 당업자는 다양한 변형과 부가가 가능하다는 것을 이해할 것이다.

1. 광 빔:

- 광 프로젝션 엔진은 하나 이상의 광 빔을 사용할 수 있다.

- 광 빔은 단색(monochromatic) 또는 다색(polychromatic)일 수 있다.

- 임의의 숫자의 광 빔이 동시에 켜지거나 또는 순차적으로 켜질 수 있다.

- 임의의 숫자의 광 빔이 왼쪽에서 오른쪽으로 스캔하는 동안에, 왼쪽에서 오른쪽으로 스캔하는 동안에, 위에서 아래로 스캔하는 동안에 또는 아래에서 위로 스캔하는 동안에 켜질 수 있으며 또는 모두 켜질 수 있다.

- 임의의 숫자의 광 빔이 병렬로 스캔할 수 있으며, 또는 모이거나(converge) 갈라질(diverge) 수 있다.

2. 광 결합기:

- 광 결합기는 폴리머 또는 표준 반도체 제조 물질로 만들어질 수 있다.

- 칼라 광 결합기는 제 1 광 스캐너에 모놀리딕식으로 집적될 수 있다.

- 복수의 칼라 광 결합기는 제 1 광 스캐너의 복수의 도파관에 연결될 수 있다.

- 광 결합기는 임의의 숫자의 칼라를 조합할 수 있다.

- 광 결합기는 임의의 숫자의 유사한 또는 동일한 칼라를 조합하여 출력 빔의 세기를 증가시킨다.

3. 수평 및 수직 스캐닝:

- 제 1 광 스캐너로서 도파관 스캐너가 사용될 수 있다.

- 복수의 도파관의 경우에, 도파관은 서로 단단하게 결합되어 그들의 동기화된 운동을 가능하게 한다.

- 복수의 도파관의 경우에, 도파관은 서로 분리되어 움직일 수 있지만, 센싱 수단(예를 들어, 용량성의 센싱 수단) 및 제어 메커니즘에 의해 그들의 운동은 동기화된다.

- 제 2 광 스캐너로서 미러 및/또는 렌즈 스캐너가 사용될 수 있다.

- 수직 스캐닝 미러(들)은 모놀리딕식으로 집적 및/또는 미러 갈바노미터(galvanometers)로 구성될 수 있다.

- 수직 스캐닝 렌즈(들)은 유리, 폴리실리콘, 폴리머 또는 다른 적절한 물질(들)로 구성될 수 있다.

- 제 1 및 2 광 스캐너는 비공진 또는 공진 운동으로 동작할 수 있다.

- 광 스캐너는 자기적으로 및/또는 정전기적으로 및/또는 열적으로 및/또는 압전기적으로(piezo-electrically) 움직일 수 있다.

- 수직 스캐닝 미러(들) 및/또는 마이크로 렌즈(들)은 광 빔을 광 스캐너 상부에 위치한 프로젝션 렌즈로 향하게 하기 위해 스캔 각도에서 초기 오프셋을 가질 수 있다.

- 하나 이상의 정적 미러들(static mirrors) 또는 다른 광학 소자들은 스캔 범위를 증가시키기 위해 사용될 수 있다.

- 정적 미러들은 분리 및/또는 모놀리딕식으로 집적될 수 있다.

- 프로젝션 렌즈는 분리 및/또는 모놀리딕식으로 집적될 수 있다.

- 프로젝션 렌즈는 투명 팩키징 커버에 포함될 수 있다.

- 프로젝션 렌즈는 오토 포커싱하도록 동작할 수 있다.

- 광 프로젝션은 왼쪽에서 오른쪽으로 스캔, 위에서 아래로 스캔, 오른쪽에서 왼쪽으로 스캔 및 아래에서 위로 스캔의 임의의 조합으로 행할 수 있다.

- 안전상의 이유로, 스캐닝 실패의 경우에 광원을 턴-오프하기 위해, 스캐닝은 스캔 범위의 가장 자리에서 모니터링될 수 있다(예를 들어, 포토 다이오드로).

4. 광원:

- 광원은 적색, 녹색 및 청색 레이저 다이오드 및/또는 LED 및/또는 레이저와 같은 다른 광원의 임의의 조합일 수 있다.

- 원하는 총 광 출력을 얻기 위해 복수의 광원이 임의의 색상에 사용될 수 있다.

- 레이저 다이오드가 자신의 고유한 주파수에서 동작하거나 크리스탈 등을 사용하여 원하는 출력 파장을 얻을 수 있다.(예를 들어, 532 nm 녹색 광이 1064 nm 적외선 광을 두 배로 함으로써 얻어질 수 있다.).

- 광원 출력이 모니터링(예를 들어, 포토 다이오드를 사용하여)될 수 있으 며, 광원 출력은 원하는 이미지 세기 및 원본 이미지에 대한 충실도를 제공하기 위해, 이미지 칼라, 이미지 휘도 및 주변 채광(ambient lighting)과 같은 요소에 기반하여 조절될 수 있다.

- 광원의 세기는 원하는 이미지 명암비, 휘도 및 칼라를 달성하기 위해 픽셀 단위로 변조될 수 있다.

- 광원은 광 프로젝션 엔진으로부터 분리되어 있거나 또는 광 프로젝션 엔진에 모놀리딕식으로 집적될 수 있다.

- 광원은 수평 스캐너에 광섬유 및/또는 도파관으로 연결될 수 있다.

- 광섬유 및/또는 도파관은 분리되어 있거나 또는 모놀리딕식으로 집적될 수 있다.

하나의 바람직한 조합으로서, 광 프로젝션 엔진은 제 1 광 스캐너 및 그 위에(예를 들어, 모놀리딕식으로) 집적된 제 2 광 스캐너를 구비한 칩을 포함한다. 제 1 및 2 광 스캐너는 하나 이상의 광원과 연결된다. 제 2 광 스캐너는 움직이는 미러를 포함할 수 있다. 광 프로젝션 엔진은 광원을 광 스캐너에 연결하기 위하여, 분리된 또는 집적된 도파관 광 결합기 및/또는 도파관을 추가적으로 포함할 수 있다. 이 예는 모놀리딕식 집적에 의하여 팩키징 복잡도를 감소시킬 수 있으며, 리소그래픽 단계(들)에서 제 1 광 스캐너의 도파관 및 제 2 광 스캐너의 미러의 자체 정렬에 의해 광학 정렬 복잡도를 감소시킬 수 있다.

다른 바람직한 조합으로서, 광 프로젝션 엔진은 단일 칩 상에 함께 집적된 광원 및 두 개의 광 스캐너를 포함하며, 그 중 제 1 광 스캐너는 하나 이상의 도파 관을 포함한다. 광원은 칩과 함께 형성된 복수의 집적된 레이저 다이오드를 포함한다. 스캐너는 제 1 방향을 따라 스캐닝하기 위한 복수의 도파관 및 제 2 방향을 따라 스캐닝하기 위한 움직이는 미러를 포함하며, 제 2 방향은 제 1 방향과 다르다(예를 들어, 직교함).

다른 바람직한 조합으로서, 광 프로젝션 엔진은 두 개의 광 스캐너를 포함하며, 그 중 제 1 광 스캐너는 제 1 방향을 따라 동기화 방식으로 복수의 빔을 스캔하는 복수의 SOI 도파관 스캐너이다. 복수의 SOI 도파관 스캐너는, 예를 들어, 상술한 다양한 프로젝션 엔진과 함께 사용될 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따라, MEMS 기반 광 프로젝션 엔진을 제조하는 다양한 방법이 이제 설명될 것이다. 일례에서, 종래의 SOI MEMS 기술 및 플립 칩 본딩(flip-chip bonding)이 단일 칩 상에 집적된 광학기, 제 1 및 2 광 스캐너 및 광원을 제조하기 위해 사용될 것이며, 이는 소형이고 가격 효율적인 MEMS 두 축 광 스캐너를 가능하게 한다. 일례에서, 광 프로젝션 엔진이 5 mm x 2.5 mm x 2mm보다 작은 체적에 포함될 수 있다. 따라서, 예시적인 마이크로 머신 도파관 및 마이크로 렌즈/마이크로 스캐너는 소형화, 대량 생산 및 가격 절감을 가능하게 한다. 다른 예에서, 단일 칩 내에 더 많은 혹은 더 적은 소자(component)가 집적된다. 예를 들어, 제 1 및 2 스캐너는 단일 칩 내에 결합될 수 있으며, 광원 및/또는 광 결합기에 연결될 수 있다.

도 7A 내지 7N은 광 프로젝션 엔진용 제 1 및 2 스캐너를 제조하는 방법을 도시한 것이다. 도 8은 예시적인 제조 방법에 따라 완성된 구조를 도시한 것이고 도 7A 내지 도 7N와 함께 참조될 것이다. 여기서, “패턴”이란 용어는 일반적으로 에칭 마스크를 만들기 위해 포토리소그래피에 의해 후속되는 에칭에 의한 패턴 정의를 지칭한다. 당업자는 다양한 물질 및 프로세스, 예를 들어, 에칭, 마스킹, 증착 등, 뿐만 아니라 이 프로세스가 설명된 순서가 단지 예시적일 뿐이라는 것을 알 것이다. 다른 다양한 프로세스 및 그들이 수행되는 순서가 유사한 결과를 얻기 위해 사용될 수 있다.

도 7A: 예시적인 프로세스는 하부 실리콘층(71A), 상부 실리콘층(71C) 및 상부 및 하부 실리콘층 사이에 삽입된 매립형 산화물층(buried oxide layer, 71B)을 포함하는 SOI(Silicon-on-insulator) 기판(예를 들어, 직경 4” 내지 8”일 수 있음, 71)으로 시작된다. 상부 SOI 실리콘층(71C)은 장치층이며, 상대적으로 두꺼운 하부 실리콘층(71A)은 핸들 웨이퍼(handle wafer)이다. 매립형 산화물층(71B)은 전면 및 후면 에칭을 위한 에칭 정지층으로서 기능하며, 핸들 웨이퍼(71A)를 통한 전기적 누출(electrical leakage)을 방지한다.

도 7B: 산화물층(71B)이 노출되게 하는 트렌치 에칭(예를 들어, DRIE: Deep Reactive Ion Etching)은 다음 단계에서의 빗살 구조물의 움직이는 부분과 정지된 부분의 전기적 연결을 절연하기 위해 실행된다. 트렌치(72)는 다음 단계에서 실리콘 질화물 등과 같은 유전 물질로 다시 충진된다. 충진 물질(backfill material)은 상부 실리콘층에서의 두 개의 구조물을 서로 전기적으로 절연시키며, 동시에, 두 개의 구조물을 기계적으로 연결시키는 것을 가능하게 한다. 이 예에서, 두 개의 구 조물은 미러의 빗살 구조물에서 움직이는 돌기와 고정된 돌기이다.

도 7C: 저응력 실리콘 질화물(low stress Silicon Nitride, 73)의 저압 화학 기상 증착(LPCVD: Low Pressure Chemical Vapor Deposition)은 이전에 형성된 트렌치(72)를 다시 충진하기 위해 사용된다. 저응력 실리콘 질화물(73)은 제 1 광 스캐너의 수평으로 움직이는 도파관의 하부 클래딩층(cladding layer)으로서도 기능할 것이다.

도 7D 내지 7E: 실리콘 이산화물(74)의 저압 화학 기상 증착(LPCVD)과, 예를 들어 RIE(reactive ion etching)를 사용한 도파관 코아(74)의 패턴을 도시한 것이다. 실리콘 이산화물(74)의 굴절률은 실리콘 질화물보다 작으며, 도파관 코아(74) 및 클래딩(73) 요구 조건을 만족시킨다.

도 7F: 측면 및 상부 클래딩(75)으로서 도파관 코아(74) 영역을 덮기 위한 실리콘 질화물(75)의 저압 화학 기상 증착(LPCVD)을 도시한 것이다.

도 7G: SOI 웨이퍼(71)의 상부 실리콘층(71C)까지 전기적 접촉 영역(76)을 패터닝한 것이다. 이는 나중에 장치로의 전기적 연결을 위한 배선 결합 위치를 제공한다.

도 7H: 실리콘 산화물(77)의 저압 화학 기상 증착(LPCVD)과, 제 1 및 제 2 광 스캐너(파이버(fiber) 또는 광 결합기를 놓기 위한 영역을 포함)의 패턴을 도시한 것이다. 이 단계는 도 7J에서의 전면 실리콘 구조물 에칭을 위한 산화물 에칭 마스크(77)를 구현한다.

도 7I: 수직 스캐닝 미러 영역과 상당할 수 있는 개구 영역(78)을 형성하기 위해 에칭 정지층으로서 산화물층(71B)을 사용하여 SOI 웨이퍼(71)의 후면으로부터, 즉, 하부 실리콘층(71A)을 통해, DRIE 에칭한 것을 도시한 것이다. 이 개구 영역(78)은 상술한 바와 같이 미러가 사전 틸팅되고 비틀려서 구동할 수 있게 한다.

도 7J: 도 7H에 정의된 실리콘 이산화물 에칭 마스크(77)를 사용하여 웨이퍼의 전면으로부터 에칭한 것을 도시한 것이다. 실리콘 질화물(73, 75)의 에칭 후에, 매립형 산화물층(71B)에서 정지할 때까지 SOI 웨이퍼의 상부 실리콘층(71C)을 계속 에칭한다. 이 단계는 제 1 및 2 광 스캐너의 실리콘 마이크로 구조물을 형성한다.

도 7K: 예를 들어, 하이드로 플루오르화물(Hydro Fluoride) 용액 또는 증기에서 잔여 산화물(77, 71B)을 조절된 시간 동안 에칭함으로써 실리콘 마이크로 구조물을 릴리스(relase)한 것을 도시한 것이다. 실리콘(71C)이 더 이상 산화물층(71B)에 결합되어 있지 않으므로, 제 1 및 2 광 스캐너의 움직임을 가능하게 한다. 이 에칭 단계는 제 1 및 2 광 스캐너의 앵커 하부의 매립형 산화물층(71B)을 남기도록 시간을 맞추어야 한다.

도 7L: 미러와 프레임에 수직 힘을 정렬하고 가하도록 푸시 다운 핀 웨이퍼(two level fork wafer)를 사용한다(예를 들어, 도 9를 보라. 포크(91)는 두 레벨 또는 단일 레벨에서 핀(92, 93)을 포함할 수 있지만 다른 위치에 있다.). 이 단계는 사전 틸팅된 미러 및 수직 액츄에이터(actuators)를 다른 틸팅 각도로 생성한다. 그 후, 양 웨이퍼는 실리콘 유리 전이 온도(silicon glass transition temperature)까지의 고온에서 가열된다. 탄성 실리콘은 소성이 되고, 웨이퍼가 식은 후 미러와 프레임은 사전 틸팅된 위치에서 유지될 수 있다.

도 7M: 그 후, 실리콘 액츄에이터로의 전기적 접속은 종래 배선 방법을 사용하여 사전 노출된 접촉 위치(pre-opened contact locations, 76)에 배선(79) 연결함으로써 행해진다.

도 7N: 그 후, 파이버(fibers, 80)가 광원과의 연결을 위해 사전 정의된 위치에 놓일 수 있다. 이 예에서, 파이버(80)의 위치를 설정하기 위해 실리콘층 내에 그루브(grooves)가 정의되기 때문에, 이 단계는 정렬-자유 프로세스이다. 파이버는 그 후 RGB 광원에 연결된다. 이 예시적인 제조 방법에서, 파이버(80)는 광원을 제 1 광 스캐너의 도파관에 연결하기 위해 사용된다. 하지만, 다른 예에서, 레이저 다이오드는 기계적 장착(mechanical mounting) 또는 자기 조립(self-assembly)을 사용하여 제 1 광 스캐너의 도파관의 말단에 배치될 수 있다.

도 8은 형성된 제 1 및 2 광 스캐너 및 수직 스캐너의 동작 동안의 전위차를 도시한 것이다. 즉, 제 1 및 2 광 스캐너에서 제 1 전위를 가지는 영역은 진하게 해칭되어 있으며, 제 2 전위를 가지는 영역은 연하게 해칭되어 있다. 제 1 광 스캐너는 정전기적 빗살 구조부(81)를 포함하며, 그 동작은 당업자에게 잘 알려져 있고 이해될 것이다. 수직 스캐닝 미러 부분은 움직이는 빗살 소자(82)를 가진 내부 미러(83)와 및 전기적으로 절연된 고정된 빗살 소자(84)를 가진 외부 프레임(85)을 포함하며, 내부 미러의 앵커는 외부 프레임에 기계적으로 연결되어 있다. 이러한 기계적인 연결과 전기적인 절연을 동시에 구현하기 위해서, 상기의 예시적 방법에서 설명한 바와 같이 질화물 충진 트렌치(72)가 사용되었다. 유사한 절연 프로세스가, 예를 들어, 발표된 논문 [1][3]에 설명되어 있다.

도 9는 푸시다운 핀 웨이퍼 및 실리콘의 소성 변형을 이용하여 수직 스캔 미러를 사전 틸팅하기 위한 예시적 방법을 도시한 것이다. 푸시다운 핀(push down pins, 81)은 표준 DRIE 프로세스를 이용하여 실리콘 웨이퍼 상에 제조될 수 있다. 예시적 사전 틸팅 프로세스는 스캔 미러 구조물의 릴리스된 부분을 원하는 사전 틸딩 각도로 누르는 단계와 실리콘 비틀림 빔(torsion beam)의 소성 변형을 이용하여 이 각도를 고정시키도록 가열하는 단계를 포함한다. 푸시다운 핀 웨이퍼(90)는 식은 후에 분리될 수 있고, 추가적인 웨이퍼 프로세싱에서 재사용될 수 있음에 주목해야 한다. 수직 빗살 드라이브에서 10도 틸팅을 만들지만 미러는 사전 틸팅하지 않는 유사한 프로세스가 [4]에 공개되어 있다. 본 발명의 이 예에서, 이 프로세스는 수직 스캔 미러를 사전 틸팅하고 수직 빗살 드라이브를 구현하기 위하여 사용된다. 이 예에서, 푸시다운 핀(92, 93)은 초기 미러 각도(사전 틸팅 각도)를 설정하고, 수직 빗살 드라이브를 만들기 위하여 사용된다.

다른 예에서, 미러 및 프레임은 미러에서의 움직이는 빗살 돌기와 프레임에서의 고정된 빗살 돌기 사이의 겹침(overlap)을 유지하면서, 제 1 광 스캐너에 대한 대략 45도의 최종 미러 각도를 구현하기 위하여 서로 다른 사전 틸팅 각도를 가질 수 있다. 미러의 움직이는 빗살과 프레임의 고정된 빗살이 거의 완전히 연동되어 있지 않을 것이기 때문에, 45도 틸팅은 일반적으로 어렵다. 일부 예에서, 연동되지 않은 빗살은 미러를 구동시키기에 충분한 힘을 생성하지 못할 것이다. 이 예에서, 외부 프레임은 대략 30 도로 틸팅되고, 내부 미러는 외부 프레임으로부터 대략 15 도로 틸팅된다. 이는 내부 미러와 빗살 돌기 연동의 총 45도 절대 틸팅을 낳 는다. (겹칩 및 연동은 이 예에서 미러가 프레임에 대하여 15 도 틸팅되기 때문에 가능함에 주목하라). 푸시다운 핀의 두 개의 다른 레벨을 사용하거나 다른 위치에서의 푸시다운 핀의 두 개의 다른 위치를 사용하여(한 푸시다운 핀은 미러를 누르고, 다른 푸시 다운 핀은 프레임을 누름), 두 개의 다른 틸팅이 한 번에 달성될 수 있다. 두 푸시다운 핀이 같은 높이를 갖고 있긴 하지만, 회전 축으로부터의 거리에 따라서 결과적인 사전 틸팅 각도가 달라질 것이다. 다른 예에서는, 회전 축으로부터 같은 거리에 위치한 다른 높이를 갖는 두 푸시다운 핀이 사용될 수 있다.

상술한 설명은 예시적 실시예들을 설명하기 위해 제공된 것이고 제한적인 것으로 해석되어서는 안된다. 본 발명의 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 당업자에게 명백하다. 예를 들어, 다양한 지지 표면 윤곽(support surface contour) 및 슬롯 폭이 사용될 수 있다. 또한, 여기에 명시적으로 설명되지 않은 수많은 다른 물질 및 프로세스가 예시적인 방법 및 구조물의 범위 내에서 사용될 수 있으며, 당업자에 의해 이해될 것이다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구항에 의해 정의되며, 상세한 설명에 의해 제한되어서는 안된다. 또한, 특정 예들이 논의되었고, 어떻게 이 예들이 관련 분야에서 어떤 단점들을 해결할 것으로 생각되는지 논의되었다. 하지만, 이러한 논의가 단점들을 실제로 극복하거나 해결하는 방법 및/또는 시스템에 대한 다양한 예를 제한하려는 의도는 아니다.

다음의 간행물들은 본 상세한 설명의 더욱 정확한 이해를 위하여 참조될 수 있을 것이다.

[1] H. Schenk, P. Durr, D. Kunze, H. Lakner, and H. Kuck,"A resonantly excited 2D-micro-scanning-mirror with large deflection, " Sensors and Actuators A, vol 89, pp.104-111, 2001.

[2] Sunghoon Kwon, Veljko Milanovic, Luke P. Lee, ``Vertical Microlens Actuator for 3D Imaging Applications,'' IEEE Photonics Technology Letters, vol. 14(11), pp.1572-1574, 2002.

[3] Sunghoon Kwon, V. Milanovic, L. P. Lee, "A High Aspect Ratio 2D Gimbaled Microscanner with Large Static Rotation," IEEE/LEOS Optical MEMS 2002, Lugano, Switzerland, Aug. 2002

[4] J.B. Kim, H. Choo, L. Lin and R.S. Muller, "Microfabricated Torsional Actuator Using Self-Aligned Plastic Deformation," 12th Int. Conference on Solid State Sensors and Actuators, Transducers'03, Technical Digest, pp. 1015-1018, Boston, June 2003.

[5] Sunghoon Kwon and Luke P. Lee, "Micromachined transmissive scanning confocal microscope",OPTICS LETTERS, Vol. 29, No. 7, 2004

[6] Sunghoon Kwon and Luke P. Lee, "Stacked Two Dimensional Microlens Scanner for Micro Confocal Imaging Array," MEMS2002, Las Vegas, U.S., 2002.

본 발명에 의한 광 프로젝션 엔진 및 그 제조 방법은 저가로 제작될 수 있다 는 장점이 있다.

본 발명에 의한 광 프로젝션 엔진 및 그 제조 방법은 여러 이미지 포맷을 간단히 지원할 수 있다는 장점이 있다.

본 발명에 의한 광 프로젝션 엔진 및 그 제조 방법은 이미지를 가까이에서 관찰하는 경우에도 픽셀들이 어두운 선에 의하여 분리되지 아니한다는 장점이 있다.

본 발명에 의한 광 프로젝션 엔진 및 그 제조 방법은 작고 단순한 광 프로젝션 엔진을 제공할 수 있다는 장점이 있다.

본 발명에 의한 광 프로젝션 엔진 및 그 제조 방법은 높은 명암비를 가지는 광 프로젝션 엔진을 제공할 수 있다는 장점이 있다.

Claims (18)

1. 광원;

   도파관-상기 도파관의 이동에 의하여, 상기 광원으로부터 전달된 하나 이상의 광 빔이 제1 방향을 따라 스캐닝됨-을 구비하는 제 1 광 스캐너; 및

   상기 제 1 광 스캐너로부터 전달된 상기 하나 이상의 광 빔을 상기 제 1 방향과 평행하지 아니한 제 2 방향을 따라 스캐닝하는 제 2 광 스캐너

   를 포함하는 광 프로젝션 엔진.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1 방향과 제 2 방향은 서로 직교하는 광 프로젝션 엔진.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1 광 스캐너는 두 개 이상의 도파관을 포함하는 광 프로젝션 엔진.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 2 광 스캐너는 움직이는 미러 또는 렌즈를 포함하는 광 프로젝션 엔진.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 미러 또는 렌즈는 사전 틸팅(pre-tilted)된 광 프로젝션 엔진.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1 및 제 2 광 스캐너는 단일 반도체 기판에 집적되는 광 프로젝션 엔진.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 광원과 상기 제 1 및 제 2 광 스캐너는 단일 반도체 칩 또는 웨이퍼에 집적되는 광 프로젝션 엔진.
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 광원과 상기 제 1 광 스캐너 사이에 위치하며, 상기 광원에서 출력되는 복수의 광 빔을 결합하여 상기 하나 이상의 광 빔을 형성하여 이를 상기 제 1 광 스캐너로 전달하는 광 결합기를 더 포함하는 광 프로젝션 엔진
9. 제 1 항에 있어서,

   상기 광원은 발광 다이오드(Light Emitting Diodes) 또는 레이저 다이오드(Laser Diodes)를 포함하는 광 프로젝션 엔진.
10. 제 1 항에 있어서,

    상기 제 2 광 스캐너에서 전달되는 상기 하나 이상의 광 빔을 스크린 상에 투사하기 위한 프로젝션 렌즈를 더 포함하는 광 프로젝션 엔진.
11. 제 10 항에 있어서,

    상기 프로젝션 렌즈는 투명 팩키징 커버 상에 형성되는 광 프로젝션 엔진.
12. 광 프로젝션 엔진의 제조 방법에 있어서,

    기판에 제 1 및 제 2 광 스캐너를 형성하는 단계를 포함하고,

    상기 제 1 광 스캐너는 도파관-상기 도파관의 이동에 의하여, 광원으로부터 전달된 하나 이상의 광 빔이 제1 방향을 따라 스캐닝됨-을 포함하고,

    상기 제 2 광 스캐너는 상기 제 1 방향과 평행하지 않은 제 2 방향을 따라 상기 제 1 광 스캐너로부터 전달되는 상기 광 빔을 스캐닝하도록 구성되는

    광 프로젝션 엔진의 제조 방법.
13. 제 12 항에 있어서,

    상기 제 1 광 스캐너와 제 2 광 스캐너는 상기 기판에 모놀리딕식으로(monolithically) 집적되는 광 프로젝션 엔진의 제조 방법.
14. 제 12 항에 있어서,

    상기 제 1 방향과 제 2 방향은 서로 직교하는 광 프로젝션 엔진의 제조 방 법.
15. 제 12 항에 있어서,

    상기 제 1 광 스캐너는 두 개 이상의 도파관을 포함하는 광 프로젝션 엔진의 제조 방법.
16. 제 12 항에 있어서,

    상기 제 2 광 스캐너는 움직이는 미러 또는 렌즈를 포함하는 광 프로젝션 엔진의 제조 방법.
17. 광 프로젝션 엔진의 제조 방법에 있어서,

    기판의 평면에 움직이는 미러 및 프레임을 형성하는 단계; 및

    상기 기판에 대하여 소정의 제 1 각도만큼 상기 프레임을 기울이고 상기 프레임에 대하여 소정의 제 2 각도만큼 상기 미러를 기울임으로써, 상기 기판의 상기 평면에 대한 상기 미러의 사전 기울임을 수행하는 단계

    를 포함하는 광 프로젝션 엔진의 제조 방법.
18. 제 17 항에 있어서,

    상기 사전 기울임을 수행하는 단계는

    추가적인 기판에 부착된 두 개의 핀으로 상기 미러 및 상기 프레임을 밀어서 기울이는 단계

    를 포함하는 광 프로젝션 엔진의 제조 방법.

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