KR20020036302A

KR20020036302A - 2축 회전이 가능한 마이크로미러

Info

Publication number: KR20020036302A
Application number: KR1020000066437A
Authority: KR
Inventors: 김태식; 이상신; 이영주
Original assignee: 구자홍; 엘지전자주식회사
Priority date: 2000-11-09
Filing date: 2000-11-09
Publication date: 2002-05-16
Also published as: KR100677204B1

Abstract

본 발명은 2축 회전이 가능한 마이크로미러에 관한 것으로, 기판 위에 돌출 형성되는 돌출 지지부와, 상기 돌출 지지부 상면의 중앙부에 형성되는 굴신연결부와, 상기 굴신연결부의 주위에 형성되는 4개의 기판전극과, 상기 굴신연결부의 상단부에 연결되는 미러를 포함하여 구성된다. 이러한 본 발명은 기존의 마이크로미러와는 달리 기판 위에 높게 돌출 형성된 돌출 지지부 위에 굴신연결부가 형성되고 이 굴신연결부에 미러가 연결되어 있으므로 미러의 회전각도를 증가시킴과 아울러 기판전극 사이의 전압을 충분히 좁혀 구동 전압을 감소시킬 수 있으며, 간단한 공정으로 제조할 수 있다. 따라서, 본 발명은 종래의 장치와 비교하였을 때에 공정의 간편성, 큰 회전 각도, 낮은 구동 전압이 특성들을 얻을 수 있기 때문에 본 발명이 2축 회전이 가능한 마이크로미러는 프로젝션 디스플레이(projection display), 스페이셜 라이트 모듈레이터(spatial light modulator), 옵티컬 커뮤니케이션(optical communication) 등에 매우 유리하게 응용할 수 있는 효과가 있다.

Description

2축 회전이 가능한 마이크로미러{A DEFORMABLE MICROMIRROR WITH TWO DIMENSION}

본 발명은 2축 회전이 가능한 마이크로미러에 관한 것으로, 특히 광학 MEMS 기술을 이용하여 프로젝션 디스플레이(projection display), 스페이셜 라이트 모듈레이터(spatial light modulator), 옵티컬 커뮤니케이션(optical communication) 등에 유리하게 응용할 수 있도록 미러의 2축 회전이 가능하고, 조절각도가 증대되도록 한 2축 회전이 가능한 마이크로미러에 관한 것이다.

최근 마이크로일렉트로미케니컬(Microelectromechanical system;MEMS) 기술이 광학소자에 적용되어 기존의 옵토메카니컬(optomechanical) 소자와 비교했을 경우 무게가 가볍고, 크기가 적으며, 빠른 속도와 전력 소모가 낮은 새로운 광학소자와 시스템이 다수 보고되고 있으며, 종래에 마이크로 엑튜에이터(microactuator)의 메카니즘으로 알려지고 있는 것들에는 압전 메카니즘(piezoeletric mechanism), 서멀 엑튜에이션 메카니즘(thermal actuation mechanism), 마그네토스태틱 메카니즘(magneticstatic), 일렉트로스태틱 엑튜에이션(electrostatic actuation) 등이 있다.

위와 같은 마이크로 엑튜에이터의 메카니즘에서 압전 메카니즘에 의해 구동되는 미러(mirror)은 물질의 특성상 압전 구조물의 크기가 커야만 충분한 변위를 발생시킬 수 있는 단점이 있으며, 서멀 엑튜에이션 메카니즘의 경우는 열적 응답속도를 높이면 전력 소비가 증가하는 단점이 있었다. 또한, 마이크로 엑튜에이터의경우는 전력 소비가 크고, 기존 IC(intergrated circuit) 공정과의 양립성 문제 등이 있었다.

그리고, 일렉트로스태틱 엑튜에이션의 경우는 충분한 변위를 발생시키기 위핸 큰 면적과 두 물체 사이의 간격이 좁아야 하므로 공정상의 어려움이 있으나 전력 소비가 거의 없으며, 기존 IC공정으로 쉽게 제작이 가능하기 때문에 이 분야에 많은 연구가 진행되고 있으며, 미러를 이용한 광학소자 구현에서도 정전력(electostatic force)을 구동력으로 갖는 미러가 많이 연구되고 있다.

도 1(a),(b))는 위와 같은 종래 일렉트로스태틱 엑튜에이션 장치의 구성을 보인 사시도이고, 도 2는 종래 일렉트로스태틱 엑튜에이션 장치의 작용을 보인 단면도로서, 이에 도시한 바와 같이 기판(1)위에 미러(2)가 경첩 역할을 하는 연결부(3)로 연결되고, 기판(1)의 상면에는 상기 반사의 하부에 위치하도록 기판전극(4)이 형성된 구성으로 되어 있다.

이와 같은 종래 일렉트로스태틱 엑튜에이션 장치의 구동원리는 기판(1)에 연결부(3)로 연결된 미러(2)가 미러(2)와 기판전극(4) 사이의 정전력과 연결부(3)의 토션스크링력에 의해 좌우로 회동하여 각도가 조절된다. 이와 같이 정전력을 구동력으로 사용하는 구조에서는 기판(1) 위의 기판전극(4)과 미러(2) 사이의 간격이 충분히 좁으면 낮은 전압에서 미러(2)가 구동될 수 있지만 미러(2)의 회전각도가 줄어드는 단점이 있다. 또한, 회전 각도를 증가시키기 위해 기판(1) 위의 기판전극(4)과 미러(2) 사이의 간격을 늘이면 미러(2)를 구동시키기 위한 구동 전압을 높여야 하는 단점이 있다. 그리고, 최근에는 2축 회전이 가능한 미러의 구조도 보고되고 있지만 이 경우 제작과정이 복잡하다는 단점이 있다.

본 발명은 이와 같은 종래의 문제점 및 결함을 해소하기 위하여 창안한 것으로, 기판 위에 돌출형성한 돌출 지지부에 굴신연결부를 형성하고, 이 굴신연결부에 미러를 연결하고, 굴신연결부에 4개의 전극을 배치하여 미러의 2축 회전이 가능하고, 조절각도가 증대될 수 있게 되는 2축 회전이 가능한 마이크로미러를 제공하기 위한 것이다.

도 1(a),(b)는 종래 일렉트로스태틱 엑튜에이션 장치의 구성을 보인 사시도.

도 2는 종래 일렉트로스태틱 엑튜에이션 장치의 작용을 보인 단면도.

도 3 내지 도 5는 본 발명에 의한 2축 회전이 가능한 마이크로미러에 관한 도면으로서,

도 3은 미러가 수평을 유지하고 있는 평상상태의 사시도.

도 4는 미러가 정전력에 의해 기울어진 상태를 보인 사시도.

도 5는 미러의 각도조절 작용을 보인 단면도.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 기판11 : 돌출 지지부

12 : 굴신연결부13 : 미러

14 : 기판전극

이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 2축 회전이 가능한 마이크로미러는 기판 위에 돌출 형성되는 돌출 지지부와, 상기 돌출 지지부 상면의 중앙부에 형성되는 굴신연결부와, 상기 굴신연결부의 주위에 형성되는 4개의 기판전극과, 상기 굴신연결부의 상단부에 연결되는 미러를 포함하여 구성된다.

이와 같은 본 발명의 장치는 광학 MEMS 기술을 이용하여 프로젝션 디스플레이(projection display), 스페이셜 라이트 모듈레이터(spatial light modulator), 옵티컬 커뮤니케이션(optical communication) 등에 이용이 가능한 미러 배열에 사용될 단위 미러를 유리하게 제작할 수 있다.

이하, 이와 같은 본 발명의 실시예를 첨부 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 미러가 수평을 유지하고 있는 평상상태의 사시도이고, 도 4는 미러가 정전력에 의해 기울어진 상태를 보인 사시도이며,도 5는 미러의 각도조절 작용을보인 단면도로서, 이에 도시한 바와 같이 기판(10) 위에 돌출 지지부(11)가 형성되고, 상기 돌출 지지부(11) 위에 휘어지고 펴짐이 가능한 굴신연결부(12)가 형성되며, 상기 돌출 지지부(11)의 상부에 배치되는 미러(13)의 하면에 상기 굴신연결부(12)의 상단부가 연결되고, 상기 돌출 지지부(11)의 상면에는 상기 미러(13)을 회동시키기 위한 복수개의 기판전극(14)이 형성된 구성으로 되어 있다.

이러한 본 발명 장치의 바람직한 실시형태는 도시한 바와 같이 상기 돌출 지지부(11)의 상면에 4개의 기판전극(14)을 좌우, 전후로 배치하여 형성함으로써 상기 미러(13)의 2축 회전이 가능하도록 구성하는 것이나, 상기 기판전극(14)의 수는 필요에 따라 증감할 수 있다. 또, 상기 돌출 지지부(11)는 장방 기둥형으로 형성하는 것이 바람직하나, 원기둥형, 역원추형 등의 다른 형태로 형성하는 것도 가능하다.

이와 같은 본 발명의 장치를 제조함에 있어서는 예를 들어 기판(10) 위에 식각공정이나 도금공정으로 돌출 지지부(11)를 만들고 그 위에 굴신연결부(12)로 사용될 물질(Si, Si₃N₄, Ni 등)을 증착한다. 또 폴리실리콘(polysilicon)을 증착하여 미러(13)을 만들어, 전체적으로 2축 회전이 가능한 구조로 만든다.

상기한 바와 같은 본 발명 2축 회전이 가능한 마이크로미러의 동작원리는 도 3과 같이 미러(13)가 수평을 유지하고 있는 평상의 상태에서 미러(13)을 어떤 한 방향으로 기울이기 위해 4개의 기판전극(14) 중에서 임의의 것에 전압을 가하면, 도 4와 같이, 미러(13)가 기판전극(14)과의 사이에 발생되는 정전력에 의해 하측으로 기울어진다. 그리고, 도 5는 미러(13)가 정전력에 의해 2축 회전될 수 있음을보여주고 있다. 이 도 5와 같이 본 발명 장치는 미러(13)가 기판(10) 위에 높게 돌출 형성된 돌출 지지부(11)에 설치되어 있으므로 상기 도 1(c)의 회전각보다 더 큰 회전각로 회동하여 더 큰 범위에서 각도 조절이 가능하게 된다. 그리고 미러(13)가 정전력에 의해 기울어져 있을 때에는 굴신연결부(12)가 스프링 역할을 하여 복원력을 갖게 되며, 이 때 임의 기판전극(14)에 인가되던 전압을 제거하면 기울어져 있던 미러(13)가 굴신연결부(12)의 복원탄력에 의해 원래 상태로 돌아가게 되며, 이와 같은 방법으로 4개의 기판전극(14)을 이용하여 2축 회전이 가능하게 된다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명은 기존의 마이크로미러와는 달리 기판 위에 높게 돌출 형성된 돌출 지지부 위에 굴신연결부가 형성되고 이 굴신연결부에 미러가 연결되어 있으므로 미러의 회전각도를 증가시킴과 아울러 기판전극 사이의 전압을 충분히 좁혀 구동 전압을 감소시킬 수 있으며, 간단한 공정으로 제조할 수 있다. 따라서, 본 발명은 종래의 장치와 비교하였을 때에 공정의 간편성, 큰 회전 각도, 낮은 구동 전압이 특성들을 얻을 수 있기 때문에 본 발명의 2축 회전이 가능한 마이크로미러는 프로젝션 디스플레이(projection display), 스페이셜 라이트 모듈레이터(spatial light modulator), 옵티컬 커뮤니케이션(optical communication) 등에 매우 유리하게 응용할 수 있는 효과가 있다.

Claims

기판 위에 돌출 형성되는 돌출 지지부와, 상기 돌출 지지부 상면의 중앙부에 형성되는 굴신연결부와, 상기 굴신연결부의 주위에 형성되는 4개의 기판전극과, 상기 굴신연결부의 상단부에 연결되는 미러를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 2축 회전이 가능한 마이크로미러.