KR102585787B1

KR102585787B1 - Micro Mirror

Info

Publication number: KR102585787B1
Application number: KR1020220008719A
Authority: KR
Inventors: 김세민; 김환선; 구희성; 김은비
Original assignee: 주식회사 멤스
Priority date: 2022-01-20
Filing date: 2022-01-20
Publication date: 2023-10-06
Also published as: WO2023140463A1; KR20230112450A

Abstract

개시되는 마이크로 미러는, 양 끝단이 한 쌍의 지지대에 고정되는 막대형상의 토션빔; 및 판형상으로 상기 토션빔의 중심에 형성되는 미러;를 가지는 미러부; 상기 미러부 주변에 형성되는 고정부; 상기 토션빔의 폭방향 일측에 형성되는 일측 무빙전극 및; 상기 토션빔의 폭방향 타측에 형성되는 타측 무빙전극;을 포함하는 무빙 전극부; 및 상기 고정부에 형성되고 상기 일측 무빙전극과 마주하도록 배치되는 일측 고정전극; 및 상기 고정부에 형성되고 상기 타측 무빙전극과 마주하도록 배치되는 타측 고정전극을 포함하는 고정 전극부;를 포함하고, 외부에서 구동전압이 인가되면, 상기 일측 고정전극 및 상기 일측 무빙전극 사이에 일측 정전기력이 생성되고, 상기 타측 고정전극 및 상기 타측 무빙전극 사이에 타측 정전기력이 생성되며, 상기 일측 정전기력 및 상기 타측 정전기력은 상기 토션빔의 길이 방향 축을 회전축으로 하고 동일한 방향으로 회전하는 회전력(torque)을 발생시킨다.The disclosed micromirror includes a bar-shaped torsion beam whose both ends are fixed to a pair of supports; and a mirror formed at the center of the torsion beam in a plate shape; a mirror unit having a plate-shaped mirror; a fixing part formed around the mirror part; One moving electrode formed on one side in the width direction of the torsion beam; a moving electrode unit including; another moving electrode formed on the other side of the torsion beam in the width direction; and one fixed electrode formed on the fixed part and disposed to face the one moving electrode. and a fixed electrode part formed in the fixed part and including another fixed electrode disposed to face the other moving electrode. When a driving voltage is applied from the outside, one side is positioned between the one fixed electrode and the one moving electrode. An electrostatic force is generated, and the other electrostatic force is generated between the other fixed electrode and the other moving electrode, and the one electrostatic force and the other electrostatic force are a torque rotating in the same direction with the longitudinal axis of the torsion beam as the rotation axis. generates

Description

Micro Mirror

본 발명(Disclosure)은, 마이크로 미러에 관한 것으로서, 구체적으로 적층되어 서로 다른 전위값을 가지는 전극체 구조 및 고정 전극부 및 무빙 전극부의 전극체 구조를 달리함으로써, 회전축 양측에 배치되는 콤 전극에서 동일한 방향의 회전력을 제공하도록 정전기력을 발생시켜 안정적인 미러 경사를 유지할 수 있고, 불필요한 정전기력을 상쇄함으로써, 미러 회전의 정밀도를 높이고 회전 작동의 기하학적 안정도를 높일 수 있는 마이크로 미러에 관한 것이다.The present invention (Disclosure) relates to a micromirror, and specifically, by varying the electrode body structure of the stacked electrode body having different potential values and the electrode body structure of the fixed electrode portion and the moving electrode portion, the same comb electrodes disposed on both sides of the rotation axis are used. It relates to a micromirror that can maintain a stable mirror tilt by generating electrostatic force to provide directional rotational force, and can increase the precision of mirror rotation and geometric stability of rotational operation by offsetting unnecessary electrostatic force.

여기서는, 본 발명에 관한 배경기술이 제공되며, 이들이 반드시 공지기술을 의미하는 것은 아니다(This section provides background information related to the present disclosure which is not necessarily prior art).Here, background information related to the present invention is provided, and this does not necessarily mean prior art (This section provides background information related to the present disclosure which is not necessarily prior art).

마이크로미터(㎛) 단위의 크기를 가지며 전기적으로 작동하는 마이크로 미러(micro mirror)는, 전자기파의 일종인 빛의 진행 경로를 다양하게 가변함으로써, 빛을 이용한 신호전달 체계에서 전달되는 신호를 사용자가 임의로 제어할 수 있다.Micro mirrors, which have a size in the micrometer (㎛) unit and operate electrically, vary the path of light, a type of electromagnetic wave, so that the user can control the signal transmitted from the signal transmission system using light. You can control it.

즉, 현재 소개되고 있는 마이크로 미러는, 물리 화학적 상호작용이 제한적인 광신호(光信號, Light Signal)의 유일한 변조 매커니즘을 제공할 수 있는 능동 소자이다.In other words, the currently introduced micromirror is an active device that can provide a unique modulation mechanism for light signals with limited physical and chemical interactions.

마이크로 미러는, 과거 광 저장장치 또는 광통신용 핵심부품으로 이용되어왔다. Micromirrors have been used as core components for optical storage devices or optical communications in the past.

이중 광통신 분야는, 5G와 같이 초고속 통신망의 확대와 더불어, 늘어나는 디지털 정보를 원활하게 전송하기 위한 필수적인 기술분야이다.Among these, the optical communication field is an essential technology field for smoothly transmitting the increasing digital information along with the expansion of high-speed communication networks such as 5G.

과거의 광통신 분야는, FTTo(Fiber To The Office), FTTc(Fiber To The Curb), FTTH(Fiber To The Home)과 같이 사무실이나 가정 및 특정 지역에서 모여진 대량의 정보를 장거리 전송하는 것을 주요 목적으로 하였다.In the past, the optical communication field had the main purpose of transmitting large amounts of information collected in offices, homes, and specific areas over long distances, such as FTTo (Fiber To The Office), FTTc (Fiber To The Curb), and FTTH (Fiber To The Home). did.

따라서, 고속 광원 및 구동회로에 대한 개발이 가장 중요한 개발 이슈들을 이루고 있었다.Therefore, the development of high-speed light sources and driving circuits was the most important development issue.

그러나 앞서 기술한 바와 같이, 갈수록 정보량은 늘어날 뿐만 아니라, 전속 속도 역시 급속gl 빨라지고 있다. However, as described earlier, not only is the amount of information increasing, but the transfer speed is also rapidly increasing.

최근 디지털 광 처리(DLP, Digital Light Processing) 기술을 이용한 각종 장비 및 제품들이 상용화됨에 따라, 이들 장비 및 제품들에 적합한 마이크로 미러 개발이 한층 활발해지고 있다. Recently, as various equipment and products using digital light processing (DLP) technology have been commercialized, the development of micromirrors suitable for these equipment and products is becoming more active.

이는 정보처리에 있어서, 처리해야할 정보량뿐만 아니라, 전송속도 또는 처리속도 역시 빨라지기 때문에, 과거의 전기적 신호에 대한 제어 방법으로는, 한계점이 분명하며, 이를 타개하기 위해 광 신호에 대한 다양한 제어 기술들이 주목받고 있음을 말해준다. In information processing, not only the amount of information to be processed, but also the transmission speed or processing speed becomes faster, so there are clear limitations with past control methods for electrical signals, and various control technologies for optical signals are being developed to overcome this. It tells you that you are receiving attention.

따라서 광통신 분야에 있어서도, 고집적도를 구현할 수 있으며, 기계적 작동 정밀도를 높일 수 있고, 저전력 구동이 가능한 마이크로 미러에 대한 수요가 증가할 것으로 예상된다. Therefore, even in the field of optical communications, the demand for micromirrors that can achieve high integration, increase mechanical operation precision, and operate at low power is expected to increase.

일반적으로 알려진 광통신용 마이크로 미러는, 정전기력(electrostatic force)을 이용한 콤 드라이브(빗살 구동기, comb drive)를 이용한다.Generally known micromirrors for optical communication use a comb drive using electrostatic force.

콤 드라이브는, 서로 마주하는 빗살 형상의 전극에 서로 다른 전위값을 인가하고 그 전위차(전압)에 따라 형성되는 정전기력을 이용한다.The comb drive applies different potential values to comb-shaped electrodes facing each other and uses electrostatic force formed according to the potential difference (voltage).

두 개의 전극에 형성되는 정전기력은, 마주하는 전극 중에 자유도를 가지는 무빙전극의 변위(變位)를 유발하고, 이에 따라 무빙전극에 연결된 미러의 변위(變位) 발생 현상을 이용할 수 있다.The electrostatic force formed on the two electrodes causes displacement of the moving electrode, which has a degree of freedom among the opposing electrodes, and thus the phenomenon of displacement of the mirror connected to the moving electrode can be used.

이러한 콤 드라이브는, 작동 및 구조의 기하학적 형태에 따라, 수평형 콤 드라이브(in-plane comb drive) 및 수직형 콤 드라이브(vertical comb drive)로 구분할 수 있다. These comb drives, depending on their operation and structural geometry, can be divided into in-plane comb drives and vertical comb drives.

수평형 콤 드라이브는, 서로 마주하는 고정전극 및 무빙전극이 동일 평면에 형성되고, 이에 따라 무빙전극의 변위 역시 동일한 평면상에 발생한다.In a horizontal comb drive, fixed electrodes and moving electrodes facing each other are formed on the same plane, and accordingly, displacement of the moving electrodes also occurs on the same plane.

이에 반하여 수직형 콤 드라이브는, 고정전극과 무빙전극이 서로 다른 높이에 배치되고, 이에 따라 무빙전극에 인가되는 정전기력에 의해 무빙전극이 회전할 수 있는 특징을 제공한다. In contrast, the vertical comb drive provides the feature that the fixed electrode and the moving electrode are arranged at different heights, and the moving electrode can rotate due to the electrostatic force applied to the moving electrode.

광 경로를 가변함으로써, 광 신호의 변조 또는 제어를 가능하게 하고자 하는 마이크로 미러의 기능적 측면을 고려할 때, 수평형 콤 드라이브 보다 수직형 콤 드라이브가 보다 적합하다 할 수 있다.Considering the functional aspect of a micromirror that aims to enable modulation or control of optical signals by varying the optical path, a vertical comb drive may be more suitable than a horizontal comb drive.

그러나 수직형 콤 드라이브는 미세 구조이면서 복잡한 3차원 형상의 전극 구조물을 형성해야 하기 때문에, 제조가 어렵다는 단점이 있다. However, the vertical comb drive has the disadvantage of being difficult to manufacture because it must form an electrode structure with a fine structure and complex three-dimensional shape.

이러한 문제는 미러의 양방향 회전을 위한 복잡한 기계적, 전기적 패터닝이 어려우며, 이에 따라 단방향 회전 기능을 가지는 회전형 마이크로 미러가 사용되는 상황의 원인을 제공한다. This problem makes it difficult to perform complex mechanical and electrical patterning for bidirectional rotation of the mirror, which causes a situation where a rotating micromirror with a unidirectional rotation function is used.

특히, 단방향 회전기능을 가지는 회전형 마이크로 미러에서는, 미러의 회전축의 양측 방향의 콤 드라이브를 모두 사용하지 못하고, 어느 한 방향의 콤 드라이브 만을 사용하기 때문에, 실질적으로는 미러가 회전과 동시에 이동하는 문제점이 발생한다.In particular, in a rotating micromirror with a unidirectional rotation function, the comb drives in both directions of the mirror's rotation axis cannot be used, and only the comb drive in one direction is used, so in practice, the mirror moves at the same time as it rotates. This happens.

1. 한국공개특허공보 제10-2004-0015497호1. Korean Patent Publication No. 10-2004-0015497

본 발명(Disclosure)은, 미러의 회전력을 강할 수 있는 마이크로 미러의 제공을 일 목적으로 한다.One purpose of the present invention (Disclosure) is to provide a micro mirror capable of strong rotational force of the mirror.

여기서는, 본 발명의 전체적인 요약(Summary)이 제공되며, 이것이 본 발명의 외연을 제한하는 것으로 이해되어서는 아니 된다(This section provides a general summary of the disclosure and is not a comprehensive disclosure of its full scope or all of its features).Here, a general summary of the present invention is provided, and this should not be construed as limiting the scope of the present invention (This section provides a general summary of the disclosure and is not a comprehensive disclosure of its full scope or all of its features).

상기한 과제의 해결을 위해, 본 발명을 기술하는 여러 관점들 중 어느 일 관점(aspect)에 따른 마이크로 미러는, 양 끝단이 한 쌍의 지지대에 고정되는 막대형상의 토션빔; 및 판형상으로 상기 토션빔의 중심에 형성되는 미러;를 가지는 미러부; 상기 미러부 주변에 형성되는 고정부; 상기 토션빔의 폭방향 일측에 형성되는 일측 무빙전극 및; 상기 토션빔의 폭방향 타측에 형성되는 타측 무빙전극;을 포함하는 무빙 전극부; 및 상기 고정부에 형성되고 상기 일측 무빙전극과 마주하도록 배치되는 일측 고정전극; 및 상기 고정부에 형성되고 상기 타측 무빙전극과 마주하도록 배치되는 타측 고정전극을 포함하는 고정 전극부;를 포함하고, 외부에서 구동전압이 인가되면, 상기 일측 고정전극 및 상기 일측 무빙전극 사이에 일측 정전기력이 생성되고, 상기 타측 고정전극 및 상기 타측 무빙전극 사이에 타측 정전기력이 생성되며, 상기 일측 정전기력 및 상기 타측 정전기력은 상기 토션빔의 길이 방향 축을 회전축으로 하고 동일한 방향으로 회전하는 회전력(torque)을 발생시킨다.In order to solve the above problem, a micromirror according to one aspect among several aspects describing the present invention includes a torsion beam in the shape of a bar whose both ends are fixed to a pair of supports; and a mirror formed at the center of the torsion beam in a plate shape; a mirror unit having a plate-shaped mirror; a fixing part formed around the mirror part; One moving electrode formed on one side in the width direction of the torsion beam; a moving electrode unit including; another moving electrode formed on the other side of the torsion beam in the width direction; and one fixed electrode formed on the fixed part and disposed to face the one moving electrode. and a fixed electrode part formed in the fixed part and including another fixed electrode disposed to face the other moving electrode. When a driving voltage is applied from the outside, one side is positioned between the one fixed electrode and the one moving electrode. An electrostatic force is generated, and the other electrostatic force is generated between the other fixed electrode and the other moving electrode, and the one electrostatic force and the other electrostatic force are a torque rotating in the same direction with the longitudinal axis of the torsion beam as the rotation axis. generates

본 발명의 일 관점(aspect)에 따른 마이크로 미러는, 전도성 재질로 형성되고, 절연층에 의해 구분되어 상하 방향으로 적층되고 외부에서 서로 다른 전위값이 인가되어 상기 구동전압이 인가되는 제1 전도체 및 제2 전도체;를 더 포함하고, 상기 일측 고정전극과 상기 타측 무빙전극이 조합을 이루고, 상기 타측 고정전극과 상기 일측 무빙전극이 조합을 이루고, 상기 조합들 중 어느 하나는 상기 제1 전도체 및 상기 제2 전도체 중 어느 하나로만 형성되는 제1 조합이고, 다른 하나는 상기 제1 전도체 및 상기 제2 전도체를 모두 포함하여 형성될 수 있다.A micromirror according to an aspect of the present invention includes a first conductor formed of a conductive material, separated by an insulating layer, stacked in the vertical direction, and to which the driving voltage is applied by applying different potential values from the outside; It further includes a second conductor, wherein the one fixed electrode and the other moving electrode form a combination, the other fixed electrode and the one moving electrode form a combination, and one of the combinations includes the first conductor and the The first combination may be formed with only one of the second conductors, and the other may be formed including both the first conductor and the second conductor.

본 발명의 일 관점(aspect)에 따른 마이크로 미러에서, 상기 제1 조합은, 상기 제1 전도체 및 상기 제2 전도체 중 하측에 배치되는 것만으로 구성될 수 있다.In the micromirror according to one aspect of the present invention, the first combination may be composed of only one disposed on the lower side of the first conductor and the second conductor.

본 발명의 일 관점(aspect)에 따른 마이크로 미러에서 상기 고정부와 상기 텐션부 및 상기 미러는, 상기 제1 전도체 및 상기 제2 전도체를 모두 포함하여 형성될 수 있다.In the micro mirror according to one aspect of the present invention, the fixing part, the tension part, and the mirror may be formed to include both the first conductor and the second conductor.

본 발명에 따르면, 미러의 회전축 양측에 배치되어 서로 다른 방향으로 작용하고 동일한 크기를 가지는 정전기력을 발생시키는 콤 드라이브 구조를 이용함으로써, 미러의 회전력을 향상시킬 수 있다.According to the present invention, the rotational force of the mirror can be improved by using a comb drive structure that is disposed on both sides of the rotation axis of the mirror and generates electrostatic forces that act in different directions and have the same magnitude.

본 발명에 따르면 미러 회전 작동이 안정적이고 정밀하게 제어될 수 있다.According to the present invention, the mirror rotation operation can be controlled stably and precisely.

도 1은 본 발명에 따른 마이크로 미러의 일 실시형태를 보인 도면.
도 2는 도 1의 마이크로 미러의 일부를 제거하여 단면을 보인 도면.
도 3는 도 1의 마이크로 미러에 구동 전압이 인가된 상태를 보인 도면.
도 4는 도 3의 마이크로 미러의 일부를 제거하여 단면을 보인 도면.
도 5는 본 발명에 따른 마이크로 미러의 작동을 설명하는 도면.1 is a diagram showing one embodiment of a micromirror according to the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a portion of the micromirror of FIG. 1 removed.
FIG. 3 is a diagram showing a state in which a driving voltage is applied to the micromirror of FIG. 1.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a portion of the micromirror of FIG. 3 removed.
Figure 5 is a diagram explaining the operation of a micro mirror according to the present invention.

이하, 본 발명에 따른 마이크로 미러를 구현한 실시형태를 도면을 참조하여 자세히 설명한다.Hereinafter, an embodiment implementing the micro mirror according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

다만, 본 발명의 본질적인(intrinsic) 기술적 사상은 이하에서 설명되는 실시형태에 의해 그 실시 가능 형태가 제한된다고 할 수는 없고, 본 발명의 본질적인(intrinsic) 기술적 사상에 기초하여 통상의 기술자에 의해 이하에서 설명되는 실시형태를 치환 또는 변경의 방법으로 용이하게 제안될 수 있는 범위를 포섭함을 밝힌다. However, the essential technical idea of the present invention cannot be said to be limited to the embodiments described below, and based on the essential technical idea of the present invention, it cannot be said that the possible embodiments are limited by the embodiments described below. It is disclosed that the embodiment described in covers the scope that can be easily proposed by way of replacement or change.

또한, 이하에서 사용되는 용어는 설명의 편의를 위하여 선택한 것이므로, 본 발명의 본질적인(intrinsic) 기술적 사상을 파악하는 데 있어서, 사전적 의미에 제한되지 않고 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미로 적절히 해석되어야 할 것이다. In addition, the terms used below are selected for convenience of explanation, so in understanding the essential technical idea of the present invention, they are not limited to dictionary meanings and are appropriately interpreted as meanings that correspond to the technical idea of the present invention. It should be.

도 1은 본 발명에 따른 마이크로 미러의 일 실시형태를 보인 도면이고, 도 2는 도 1의 마이크로 미러의 일부를 제거하여 단면을 보인 도면이다.FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of a micromirror according to the present invention, and FIG. 2 is a diagram showing a cross section of the micromirror of FIG. 1 with a portion removed.

도 3는 도 1의 마이크로 미러에 구동 전압이 인가된 상태를 보인 도면이고, 도 4는 도 3의 마이크로 미러의 일부를 제거하여 단면을 보인 도면이다.FIG. 3 is a diagram showing a state in which a driving voltage is applied to the micromirror of FIG. 1, and FIG. 4 is a diagram showing a cross section of the micromirror of FIG. 3 with a portion removed.

도 5는 본 발명에 따른 마이크로 미러의 작동을 설명하는 도면이다.Figure 5 is a diagram explaining the operation of the micro mirror according to the present invention.

도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 실시형태에 따른 미이크로 미러는, 미러부(100), 고정부(200), 무빙 전극부(300) 및 고정 전극부(400)를 가진다.Referring to Figures 1 to 5, the micro mirror according to this embodiment has a mirror part 100, a fixed part 200, a moving electrode part 300, and a fixed electrode part 400.

미러부(100)는, 양 끝단이 한 쌍의 지지대(130)에 고정되는 막대형상의 토션빔(120) 및 판형상으로, 토션빔(120)의 중심에 형성되는 미러(110)를 가진다.The mirror unit 100 has a bar-shaped torsion beam 120 whose both ends are fixed to a pair of supports 130, and a plate-shaped mirror 110 formed at the center of the torsion beam 120.

토션빔(120)은, 구동전압이 인가됨에 따라 토션빔(120)의 중심축을 중심으로 미러(110)가 회전할 때 불 가역적 파손없이, 비틀림 변형된다.The torsion beam 120 is torsionally deformed without irreversible damage when the mirror 110 rotates around the central axis of the torsion beam 120 as a driving voltage is applied.

또한 구동전압이 해제되면, 비틀림 변형에 따라 축적된 탄성력으로 미러(110) 수평 상태로 복귀하게 한다. Additionally, when the driving voltage is released, the mirror 110 returns to the horizontal state using the elastic force accumulated according to the torsional deformation.

미러(110)는 상면으로 투사되는 빛을 반사한다. 구동전압이 인가되면 토션빔(120)의 길이방향 축을 회전 중심으로하여 회전하여 빛의 경로를 변경한다.The mirror 110 reflects light projected onto the upper surface. When the driving voltage is applied, the torsion beam 120 rotates with the longitudinal axis of the torsion beam 120 as the rotation center to change the path of light.

고정부(200)는, 미러부(100) 주변에 형성되고, 후술하는 고정 전극부(400) 형성된다.The fixing part 200 is formed around the mirror part 100, and the fixing electrode part 400, which will be described later, is formed.

고정부(200)와 지지대(130)는, 일체형으로 결합된 구조체로 형성되는 것이 바람직하다. The fixing part 200 and the support 130 are preferably formed as an integrated structure.

무빙 전극부(300)는 토션빔(120)의 폭방향 일측에 형성되는 일측 무빙전극(310) 및 토션빔(120)의 폭방향 타측에 형성되는 타측 무빙전극(320)을 포함한다.The moving electrode unit 300 includes one moving electrode 310 formed on one side in the width direction of the torsion beam 120 and the other moving electrode 320 formed on the other side in the width direction of the torsion beam 120.

고정 전극부(400)는, 고정부(200)에 형성되고 일측 무빙전극(310)과 마주하도록 배치되는 일측 고정전극(410) 및 고정부(200)에 형성되고 타측 무빙전극(320)과 마주하도록 배치되는 타측 고정전극(420)을 포함한다.The fixed electrode unit 400 is formed on the fixed unit 200 and disposed to face the one moving electrode 310, and one fixed electrode 410 is formed on the fixed unit 200 and faces the other moving electrode 320. It includes a fixed electrode 420 on the other side arranged so as to do so.

본 실시형태에 따른 마이크로 미러의 작동은 다음과 같다. The operation of the micro mirror according to this embodiment is as follows.

도 3 내지 도 4를 참조하면, 본 실시형태에 따른 마이크로 미러는, 외부에서 구동전압이 인가되면, 일측 고정전극(410) 및 일측 무빙전극(310) 사이에 일측 정전기력(f1)이 생성되고, 타측 고정전극(420) 및 타측 무빙전극(320) 사이에 타측 정전기력(f2)이 생성된다. Referring to Figures 3 and 4, in the micromirror according to this embodiment, when a driving voltage is applied from the outside, an electrostatic force (f1) is generated between one fixed electrode 410 and one moving electrode 310, The other electrostatic force f2 is generated between the other fixed electrode 420 and the other moving electrode 320.

이때, 일측 정전기력(f1) 및 타측 정전기력(f2)은 토션빔(120)의 길이 방향 축을 회전축으로 하고 동일한 방향으로 회전하는 회전력(torque)을 발생시킨다.At this time, the electrostatic force f1 on one side and the electrostatic force f2 on the other side use the longitudinal axis of the torsion beam 120 as the rotation axis and generate a torque rotating in the same direction.

이에 따라, 본 실시형태에 따른 마이크로 미러는, 구동전압에 따라 일측 무빙전극(310)과 일측 고정전극(410)으로 구성되는 일측 콤 드라이브(d1) 및 타측 무빙전극(320)과 타측 고정전극(420)으로 구성되는 타측 콤 드라이브(d2)가 동일한 방향의 회전력을 토션빔(120)에 인가하게 된다. Accordingly, the micro mirror according to this embodiment has one comb drive (d1) consisting of one moving electrode 310 and one fixed electrode 410, the other moving electrode 320, and the other fixed electrode ( The other comb drive (d2) consisting of 420) applies rotational force in the same direction to the torsion beam 120.

앞서 기술한 바와 같이, 일측 콤 드라이브 또는 타측 콤 드라이브중 어느 하나만 정전기력으로 작동하게 되면, 작동하지 않는 반대측에 형성된 콤 드라이브가 불필요하게 된다. As described above, if only one of the comb drive on one side or the comb drive on the other side is operated by electrostatic force, the comb drive formed on the non-operating side becomes unnecessary.

또한, 일측 또는 타측 콤 드라이브 각각에 의한 정전기력은, 가로 방향의 정전기력으로 인해 미러의 이상적인 회전작동을 방해하는 간섭현상을 발생시킨다.In addition, the electrostatic force generated by one or the other comb drive generates an interference phenomenon that interferes with the ideal rotation of the mirror due to the electrostatic force in the horizontal direction.

도 5에서 일측 정전기력(f1) 및 타측 정전기력(f2)를 구성하는 힘의 벡터 분석을 통하여 이들의 본 실시형태에 따른 마이크로 미러의 작동을 상세히 설명한다.In Figure 5, the operation of the micro mirror according to this embodiment will be described in detail through vector analysis of the forces constituting the electrostatic force f1 on one side and the electrostatic force f2 on the other side.

도 5는 도 4에서 측방향(p1)으로 바라본 상태이며, 무빙 전극부(300) 및 고정 전극부(400)의 작동을 명확히 구분하기 위해, 일측 및 타측 고정전극(410, 420)를 무빙 전극부(300)를 중심으로 일측과 타측으로 이격시킨 상태를 도시한 것임을 밝혀둔다. FIG. 5 is a state viewed in the lateral direction (p1) in FIG. 4, and in order to clearly distinguish the operation of the moving electrode unit 300 and the fixed electrode unit 400, one side and the other fixed electrodes 410 and 420 are used as moving electrodes. It should be noted that this is shown in a state in which one side and the other side are spaced around the part 300.

일측 정전기력(f1) 및 타측 정전기력(f2)은 일측 및 타측 콤 드라이브(d1, d2)에 의해 발생하는 발생 정전기력(f1t, f2t) 각각에서 상하 방향으로 작용하는 세로방향 분력(分力)이다.One side electrostatic force (f1) and the other side electrostatic force (f2) are vertical components acting in the vertical direction from the electrostatic forces (f1t, f2t) generated by one side and the other comb drive (d1, d2), respectively.

발생 정전기력(f1t, f2t)은 가로 방향으로 작용하는 가로방향 분력(f1h, f2h)도 포함한다. The generated electrostatic forces (f1t, f2t) also include the horizontal components (f1h, f2h) that act in the horizontal direction.

이때, 무빙 전극부(300) 및 고정 전극부(400)는 제1 전도체(11) 및 제2 전도체(12)를 포함한다. At this time, the moving electrode unit 300 and the fixed electrode unit 400 include a first conductor 11 and a second conductor 12.

제1 전도체(11) 및 제2 전도체(12)는, 전도성 재질로 형성되고, 절연층에 의해 구분되어 상하 방향으로 적층되고, 외부에서 서로 다른 전위값이 인가되어 구동전압을 인가함으로써, 앞서 기술한 일측 및 타측 콤 드라이브에 정전기력을 유도한다.The first conductor 11 and the second conductor 12 are formed of a conductive material, are separated by an insulating layer and are stacked in the vertical direction, and different potential values are applied from the outside to apply a driving voltage, as described above. Electrostatic force is induced in one side and the other comb drive.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 실시형태에 따른 마이크로 미러는, 일측 고정전극(410)과 타측 무빙전극(320)이 조합을 이루고, 타측 고정전극(420)과 일측 무빙전극(310) 또 다른 조합을 이룰 때, 이 조합들 중 어느 하나는 제1 전도체(11) 및 제2 전도체(12) 중 어느 하나로만 형성되는 제1 조합이되고, 다른 하나는 제1 전도체(11) 및 제2 전도체(12)를 모두 포함하여 형성되는 제2 조합이 된다.Referring to Figures 1 to 4, the micro mirror according to this embodiment is a combination of one fixed electrode 410 and the other moving electrode 320, and the other fixed electrode 420 and one moving electrode 310. When forming different combinations, one of these combinations becomes the first combination formed only by either the first conductor 11 and the second conductor 12, and the other is formed by only one of the first conductor 11 and the second conductor 12. The second combination is formed by including all of the conductors 12.

이때 제1 조합은, 제1 전도체(11) 및 제2 전도체(12) 중 하측에 배치되는 것 만으로 구성되는 것이 바람직하다. At this time, the first combination is preferably composed of only the first conductor 11 and the second conductor 12 disposed on the lower side.

무빙 전극부(300)와 고정 전극부(400) 사이에 발생하는 정전기력(electrostatic force)는 각 전극이 가지는 전하 사이의 쿨롱 힘(coulomb force)에 기인한다. The electrostatic force generated between the moving electrode unit 300 and the fixed electrode unit 400 is due to the Coulomb force between the charges of each electrode.

같은 전위차를 가지는 전극 사이에는 척력이, 서로 다른 전위차를 가지는 전극 사이에는 인력이 작용한다.A repulsive force acts between electrodes with the same potential difference, and an attractive force acts between electrodes with different potential differences.

본 실시형태에 따른 마이크로 미러에서는 제1 전도체(11)와 제2 전도체(12)가 서도 다른 전위(electric potential)를 가짐에 따라 구동전압이 인가되면, 인접한 서로 다른 전위를 가지는 전도체와의 사이에 인력이 발생한다. In the micromirror according to this embodiment, the first conductor 11 and the second conductor 12 have different electric potentials, so when a driving voltage is applied, there is a gap between adjacent conductors having different electric potentials. manpower is generated.

도 5를 참조하면, 제2 전도체(12)로 구성되는 타측 무빙전극(320)은 타측 고정전극(420)의 제1 전도체(11)와 인력이 형성된다.Referring to FIG. 5, the other moving electrode 320 composed of the second conductor 12 is attracted to the first conductor 11 of the other fixed electrode 420.

동시에, 일측 무빙전극(310)의 제1 전도체(11)는 일측 고정전극(410)의 제2 전도체(12)와 인력이 형성된다.At the same time, the first conductor 11 of one moving electrode 310 is attracted to the second conductor 12 of one fixed electrode 410.

이렇게 형성되는 정전기력은 무빙 전극부(300)를 회전시키는 세로방향 분력을 포함하면서도, 동일 평면상에 형성되는 무빙 전극부(300) 및 고정 전극부(400)의 배치 구조에 따라 가로방향 분력도 발생한다.The electrostatic force formed in this way includes a vertical component that rotates the moving electrode unit 300, but also generates a horizontal component depending on the arrangement structure of the moving electrode unit 300 and the fixed electrode unit 400 formed on the same plane. do.

이때, 본 실시형태에 따른 마이크로 미러는, 가로방향 분력(f1h, f2h)은 서로 상쇄되지만, 세로방향 분력은 토션빔(120)을 중심으로 토션빔(120) 및 미러(110)를 회전시키는 일측 정전기력(f1) 및 타측 정전기력(f2)의 합으로 이루어지는 회전력으로 작용한다. At this time, in the micro mirror according to the present embodiment, the horizontal component forces (f1h, f2h) cancel each other, but the vertical component force rotates the torsion beam 120 and the mirror 110 around the torsion beam 120. It acts as a rotational force consisting of the sum of the electrostatic force (f1) and the electrostatic force (f2) of the other side.

토션빔(120) 및 미러(110)의 회전력에 기여하지 않으면서, 선형으로 작용하는 가로방향 분력(f1h, f2h)은 상쇄하고, 세로방향 분력은 상호 보강하도록 함으로써, 본 실시형태에 따른 마이크로 미러는, 미러(110)의 회전 작동이 기하학적으로 이상적 형태를 가질 수 있다.The micro mirror according to the present embodiment does not contribute to the rotational force of the torsion beam 120 and the mirror 110, but cancels the horizontal components (f1h, f2h) that act linearly and reinforces the longitudinal components. , the rotational operation of the mirror 110 may have a geometrically ideal shape.

또한, 본 실시형태에 따른 마이크로 미러는, 무빙 전극부와 고정 전극부가 과도하게 근접하거나 접촉하여, 구동전압이 해제되더라도 이격되지 못하는 비가역적 작동 불능 상태가 발생하는 것을 방지할 수 있다.In addition, the micromirror according to this embodiment can prevent an irreversible inoperable state from occurring in which the moving electrode portion and the fixed electrode portion are excessively close to each other or contact each other and cannot be separated even when the driving voltage is released.

마이크로 미러는, 전도성 재질로 형성되고 수마이크로 단위의 크기를 가지는 미세 구조물이다. A micromirror is a microstructure made of a conductive material and having a size of several microns.

일상 생활과 같은 거시 세계에서는 크기가 작아 심각한 문제를 일으키지 않는 정전기나 반데르발스 힘(van der Waals)과 같은 미세 작용힘도, 마이크로 미러와 같은 극도로 작은 미시적 구조물에는 큰 영향을 미친다.Even microscopic forces such as static electricity or van der Waals forces, which are small in size and do not cause serious problems in the macroscopic world such as everyday life, have a significant impact on extremely small microscopic structures such as micromirrors.

각 구조물의 물성에 의한 복원력이 상술한 미세 작용힘을 보다 작으면, 토션빔 또는 토션빔에 형성된 무빙 전극부가 고정 전극부와 접촉하거나 또는 과도하게 근접한 상태를 해소할 수 없게 된다. If the restoring force due to the physical properties of each structure is smaller than the above-described micro-acting force, it will not be possible to resolve the condition in which the torsion beam or the moving electrode formed on the torsion beam is in contact with or excessively close to the fixed electrode portion.

즉, 구동 전압이 인가되어 미러가 이동하거나 회전한 상태에서 원 상태로 복원되지 못하여 작동 불능상태가 된다.That is, when the driving voltage is applied and the mirror moves or rotates, it cannot be restored to its original state and becomes inoperable.

본 실시형태에 따른 마이크로 미러는, 일측 정전기력과 타측 정전기력이 서로 다른 방향으로 작용하고 특히 가로방향 분력(f1h, f2h) 분력은 서로 상쇄하는 방향으로 작용하기 때문에, 무빙 전극부의 이동 변위와 이에 따른 작동 불능 상태를 방지할 수 있다.In the micromirror according to the present embodiment, the electrostatic force on one side and the electrostatic force on the other side act in different directions, and in particular, the horizontal component forces (f1h, f2h) act in directions that cancel each other out, resulting in the movement displacement of the moving electrode portion and the resulting operation. Disability can be prevented.

가로방향 분력(f1h, f2h)을 상쇄하면 토션빔(120)의 좌굴(buckling) 현상을 방지하는 효과도 동시에 기대할 수 있다.By offsetting the horizontal components (f1h, f2h), the effect of preventing buckling of the torsion beam 120 can be expected at the same time.

상술한 바와 같이, 토션빔(120)은, 구동전압이 인가됨에 따라 발생하는 일측 정전기력(f1) 및 타측 정전기력(f2)에 의해 비틀림 변형된다.As described above, the torsion beam 120 is torsionally deformed by electrostatic force f1 on one side and electrostatic force f2 on the other side generated as the driving voltage is applied.

이때, 가로방향 분력(f1h, f2h)은 토션빔(120)의 비틀림 변형에 의해 토션빔(120)의 길이방향 벡터 성분을 가지게 된다.At this time, the horizontal components f1h and f2h have a longitudinal vector component of the torsion beam 120 due to the torsional deformation of the torsion beam 120.

즉, 토션빔(120)이 비틀림 변형되어 미러가 기울어질 때, 토션빔(120)은 길이 방향으로 가압되어 휘어지는 좌굴(buckling)현상이 발생한다. That is, when the torsion beam 120 is twisted and deformed and the mirror is tilted, the torsion beam 120 is pressed in the longitudinal direction and a buckling phenomenon occurs.

이러한 현상은 앞서 기술한 무빙 전극부 및 고정 전극부의 접촉 또는 과도한 근접 상태를 더욱 심화시키는 요인으로 작용할 수 있다.This phenomenon may serve as a factor that further intensifies the contact or excessive proximity of the moving electrode portion and the fixed electrode portion described above.

그러나 본 실시형태에 따른 마이크로 미러는, 가로방향 분력(f1h, f2h)을 모두 상쇄하기 때문에, 가로방향 분력(f1h, f2h)의 직접적인 작용뿐만 아니라, 토션빔(120)의 비틀림 변형과 함께 수반되는 간접적 작용를 원천적으로 제거할 수 있는 효과를 가진다.However, since the micromirror according to the present embodiment cancels out all of the transverse components f1h and f2h, not only the direct action of the transverse components f1h and f2h is accompanied by the torsional deformation of the torsion beam 120. It has the effect of fundamentally eliminating indirect effects.

본 실시형태에 따른 마이크로 미러에서, 고정부(200)와 텐션부(120) 및 미러는(110), 상술한 제1 전도체(11) 및 제2 전도체(12)를 모두 포함하여 형성되는 것이 바람직하다. In the micro mirror according to this embodiment, the fixing part 200, the tension part 120, and the mirror 110 are preferably formed to include both the first conductor 11 and the second conductor 12 described above. do.

이에 따라 고정부(200)와 미러(110) 각각의 마주하는 끝단에서도 쿨롱 힘에 따른 정전기력이 생성될 수 있다. Accordingly, electrostatic force according to the Coulomb force may be generated at the opposing ends of the fixing part 200 and the mirror 110, respectively.

구동 전압이 인가되어 무빙 전극부(300) 및 고정 전극부(400) 사이에 발생하는 정전기력에 따라 미러(110)가 회전하면, 미러(110)와 고정부(200) 각각의 마주하는 끝 단 사이에도 기울어진 상태를 유지하도록 하는 인력이 발생한다. When the driving voltage is applied and the mirror 110 rotates according to the electrostatic force generated between the moving electrode part 300 and the fixed electrode part 400, the mirror 110 rotates between the opposite ends of the fixed part 200. An attractive force is generated to maintain the tilted state.

따라서, 기울어진 상태를 안정적으로 유지할 수 있다. Therefore, the tilted state can be stably maintained.

본 실시형태에 따른 마이크로 미러는, 실리콘 웨이퍼 상에 제1 절연층이 형성되고, 그 상측에 제2 전도체(12)가 형성되고, 그 상측에 제2 절연층이 형성되고, 그 상측에 제1 전도체(11)가 형성된 SOI(Silicon on Insulator)를 이용하여 제조되는 것이 바람직하다. In the micromirror according to this embodiment, a first insulating layer is formed on a silicon wafer, a second conductor 12 is formed on the upper side, a second insulating layer is formed on the upper side, and a first insulating layer is formed on the upper side. It is preferable that the conductor 11 is manufactured using silicon on insulator (SOI).

이에 따르면, 제1 조합(본 실시형태에 있어서 타측 무빙전극(320) 및 일측 고정전극(410)으로 이루어지는 조합)을, 일측 및 타측 무빙전극(310, 320)중 어느 한 쪽, 그리고 타측 및 일측 고정전극(410, 420)중 어느 한쪽의 제1 전도체(11)를 선택적으로 식각하는 단 1회의 식각공정으로 제거함으로써, 쉽게 형성할 수 있다.According to this, the first combination (in this embodiment, a combination consisting of the other moving electrode 320 and the one fixed electrode 410) is one of the one side and the other moving electrode 310, 320, and the other side and the one side. It can be easily formed by removing the first conductor 11 of one of the fixed electrodes 410 and 420 with just one etching process to selectively etch.

또한, 제1 전도체(11) 상측에 제1 전극메탈(13) 및 제2 전도체(2) 상측에 제2 전극메탈(14)을 형성함으로써, 제1, 2 전도체(11, 12)에 서로 다른 전위를 인가하여 구동전압을 형성할 수 있다.In addition, by forming the first electrode metal 13 on the first conductor 11 and the second electrode metal 14 on the second conductor 2, the first and second conductors 11 and 12 have different A driving voltage can be formed by applying a potential.

제2 전극메탈(14)는 제1 전도체(11) 및 제2 절연층을 식각하여 노출된 제2 전도체(12) 상면에 형성할 수 있다.The second electrode metal 14 can be formed on the exposed upper surface of the second conductor 12 by etching the first conductor 11 and the second insulating layer.

Claims

A torsion beam in the shape of a bar whose ends are fixed to a pair of supports; and a mirror formed at the center of the torsion beam in a plate shape; a mirror unit having a plate-shaped mirror;
a fixing part formed around the mirror part;
One moving electrode formed on one side in the width direction of the torsion beam; a moving electrode unit including; another moving electrode formed on the other side of the torsion beam in the width direction; and
One fixed electrode formed on the fixed part and disposed to face the one moving electrode; and a fixed electrode portion formed in the fixed portion and including a second fixed electrode disposed to face the other moving electrode.
When a driving voltage is applied from the outside, one electrostatic force is generated between the one fixed electrode and the one moving electrode, and the other electrostatic force is generated between the other fixed electrode and the other moving electrode, and the one electrostatic force and the other electrostatic force are Generating a torque rotating in the same direction with the longitudinal axis of the torsion beam as the rotation axis,
It further includes a first conductor and a second conductor, which are formed of a conductive material, are separated by an insulating layer, are stacked in the vertical direction, and to which the driving voltage is applied by applying different potential values from the outside,
The one fixed electrode and the other moving electrode are combined, and the other fixed electrode and the one moving electrode are combined,
One of the combinations is a first combination formed by only one of the first conductor and the second conductor, and the other is a micro microorganism that is a second combination formed by including both the first conductor and the second conductor. mirror.

delete

In claim 1,
The first combination is,
A micromirror consisting only of the first conductor and the second conductor disposed on the lower side.

In claim 1,
The fixing part, the tension part, and the mirror,
A micromirror formed including both the first conductor and the second conductor.