KR20170019251A - 멤스 스캐너 패키지 - Google Patents

멤스 스캐너 패키지 Download PDF

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KR20170019251A
KR20170019251A KR1020150113419A KR20150113419A KR20170019251A KR 20170019251 A KR20170019251 A KR 20170019251A KR 1020150113419 A KR1020150113419 A KR 1020150113419A KR 20150113419 A KR20150113419 A KR 20150113419A KR 20170019251 A KR20170019251 A KR 20170019251A
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mirror
magnet
inner magnet
mems scanner
scanner
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KR1020150113419A
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이승찬
김지덕
임재혁
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엘지전자 주식회사
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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 멤스 스캐너 패키지는, 빛을 반사시키는 미러를 포함하는 멤스 스캐너(MEMS scanner), 미러의 후면과 마주보며 배치되는 내부 자석(Inner magnet)과 내부 자석의 외부에 배치되는 외부 자석(Outer magnet)을 포함하고, 내부 자석에는 홈이 형성되며, 내부 자석과 외부 자석은, 미러의 후면으로부터 기설정된 소정 거리 이격되어 배치됨으로써, 스캐너의 구동에 따른 소음을 저감시킬 수 있다.

Description

멤스 스캐너 패키지{MEMS Scanner Package}
본 발명은 멤스 스캐너 패키지에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 영상을 투사하는 스캐닝 프로젝터에 이용되는 멤스 스캐너 패키지에 관한 것이다.
최근 고품질, 대용량의 멀티미디어(Multimedia) 컨텐츠 소비의 증가와 함께, 디스플레이 화면의 대형화 및 고화질화가 요구되고 있다.
디스플레이 장치 중 프로젝터(Projector)는 영상을 투사하는 장치로, 회의실의 프리젠테이션(presentation), 극장의 영사기, 가정의 홈시어터(home theater) 등을 구현하는데 이용될 수 있다.
스캐닝 프로젝터는 스캐너를 이용하여, 스크린에 광을 스캐닝하여 영상을 구현함으로써, 다른 디스플레이 장치에 비하여, 대화면을 용이하게 구현할 수 있는 장점이 있다.
한편, 스캐닝 프로젝터로 16:9, 24:1 등 와이드(wide) 화면을 구현하기 위해서는 멤스 스캐너(MEMS scanner)의 수평 구동각의 증가가 필요하다.
멤스 스캐너의 수평 구동각이 증가하면, 미러 진폭량이 커지고, 멤스 스캐너의 수평 공진주파수가 변하게 된다.
이경우에, 변경되는 공진주파수가 가청 주파수에 위치할 수 있고, 소음이 발생하여 사용자가 큰 불편함을 느낄 수 있다.
따라서, 멤스 스캐너의 구동에 따른 소음을 저감시킬 수 있는 기술에 관한 연구가 이루어지고 있다.
본 발명의 목적은, 스캐너의 구동에 따른 소음을 방지할 수 있는 멤스 스캐너 패키지 구조를 제공함에 있다.
본 발명의 목적은, 와이드(wide) 화면을 구현하면서도 소음을 저감시킬 수 있는 멤스 스캐너 패키지 구조를 제공함에 있다.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 측면에 따른 멤스 스캐너 패키지는, 빛을 반사시키는 미러를 포함하는 멤스 스캐너(MEMS scanner), 미러의 후면과 마주보며 배치되는 내부 자석(Inner magnet)과 내부 자석의 외부에 배치되는 외부 자석(Outer magnet)을 포함하고, 내부 자석에는 홈이 형성되며, 내부 자석과 외부 자석은, 미러의 후면으로부터 기설정된 소정 거리 이격되어 배치됨으로써, 스캐너의 구동에 따른 소음을 저감시킬 수 있다.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 측면에 따른 멤스 스캐너 패키지는, 빛을 반사시키는 미러를 포함하는 멤스 스캐너(MEMS scanner), 미러의 후면과 마주보며 배치되는 내부 자석(Inner magnet)과 내부 자석의 외부에 배치되는 외부 자석(Outer magnet)을 포함하고, 내부 자석에는 홀이 형성됨으로써, 스캐너의 구동에 따른 소음을 저감시킬 수 있다.
본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 스캐너의 구동에 따른 소음을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 16:9 등 와이드(wide) 화면, 고해상도 화면을 구현하면서도 소음을 저감시킬 수 있는 멤스 스캐너 구조를 제공할 수 있다.
한편 그 외의 다양한 효과는 후술될 본 발명의 실시 예에 따른 상세한 설명에서 직접적 또는 암시적으로 개시될 것이다.
도 1은 스캐닝 프로젝터의 개념도를 예시한다.
도 2 내지 도 4는 스캐닝 프로젝터의 스캐너 구동시 소음 발생에 관한 설명에 참조되는 도면이다.
도 5와 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 멤스 스캐너 패키지에 관한 설명에 참조되는 도면이다.
도 7 내지 도 14는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 멤스 스캐너 패키지의 자석에 관한 설명에 참조되는 도면이다.
도 15 내지 도 19는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 멤스 스캐너 패키지의 동작에 관한 설명에 참조되는 도면이다.
도 20 내지 도 23은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 멤스 스캐너 패키지의 소음 저감에 관한 설명에 참조되는 도면이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니며 다양한 형태로 변형될 수 있음은 물론이다.
도면에서는 본 발명을 명확하고 간략하게 설명하기 위하여 설명과 관계 없는 부분의 도시를 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 극히 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 참조부호를 사용한다.
한편, 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 단순히 본 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되는 것으로서, 그 자체로 특별히 중요한 의미 또는 역할을 부여하는 것은 아니다. 따라서, 상기 "모듈" 및 "부"는 서로 혼용되어 사용될 수도 있다.
도 1은 스캐닝 프로젝터의 개념도를 예시한다.
도 1을 참조하면, 스캐닝 프로젝터 내의 스캐너(140)는, 입력되는 광을, 제1 방향 스캐닝 및 제2 방향 스캐닝을 순차 및 반복적으로 수행하여, 외부 투사 영역에 출력할 수 있다.
한편, 상기 스캐너(140)는 상기 스캐너(140)에 전자기력을 제공하는 자성체 등을 포함하는 스캐너 패키지일 수 있다.
도 1에서는 스크린(102)의 투사 영역에, 스캐닝 프로젝터로부터 가시광(RGB)에 기초한 투사 영상이 출력되는 것을 예시한다.
도 1을 참조하면, 스캐닝 프로젝터는, 복수의 광원(110r, 110g, 110b), 광 반사부(123), 광파장 분리부(124, 125), 스캐너(140)를 포함할 수 있다.
한편, 광원(110r, 110g, 110b)은, 외부 대상물에, 광 투사를 위해, 광의 시준성이 중요하며, 이를 위해, 레이저 다이오드를 사용할 수 있다.
한편, 광원(110r, 110g, 110b)은, 청색 단일광을 출력하는 청색 레이저 다이오드(110b), 녹색 단일광을 출력하는 녹색 레이저 다이오드(110g), 적색 단일광을 출력하는 적색 레이저 다이오드(110r)를 포함할 수 있다.
한편, 도 1에서는, 파장이 짧은 청색 레이저 다이오드(110b)가 스캐너(140)에서 가장 멀리 배치되고, 순차적으로, 녹색 레이저 다이오드(110g)와 적색 레이저 다이오드(210r)가 배치되는 것을 예시한다.
도 1과 같이, 스캐닝 프로젝터는 3개의 광원(110r, 110g, 110b)을 포함할 수 있고, 그 외 다양한 개수의 광원을 사용하는 것이 가능하다.
또한, 광원 및 광학 부품들의 배치 순서와 위치는 설계에 따라 다양한 방식으로 구현될 수 있다.
예를 들어, 소정 광원(110b)에서 출력되는 광은, 광 반사부(123)에서 반사되고, 광파장 분리부(124)에서 투과되어, 스캐너(140)로 입사될 수 있다.
또한, 소정 광원(110g)에서 출력되는 광은, 광파장 분리부(124)에서 반사되고, 광파장 분리부(125)에서 투과되어, 스캐너(140)로 입사될 수 있다.
또한, 소정 광원(210r)에서 출력되는 광은, 광파장 분리부(126)에서 반사되어, 스캐너(140)로 입사될 수 있다.
광파장 분리부(124, 125)는, 광 파장 별로, 반사 또는 투과가 가능한 것으로서, 예를 들어, 다이크로닉 미러(Dichronic Mirror)로 구현될 수 있다.
한편, 어느 하나의 광원의 파장이 다른 광원의 파장 보다 더 짧은 경우, 광파장 분리부(124, 125)는, 더 짧은 파장의 광은 투과시키고, 더 긴 파장의 광은 반사시킬 수 있다.
한편, 광학계(120)는 광 반사부(123), 광파장 분리부(124, 125)로 구성되는 도 1과 달리 다양하게 구성될 수 있다.
한편, 스캐너(140)는, 광원(110r, 110g, 110b)으로부터의 출력광을, 입력받아, 외부로 제1 방향 스캐닝 및 제2 방향 스캐닝을 순차적으로, 그리고 반복적으로 수행할 수 있다.
스캐너(140)는, 광학계(120)에서 합성된 광을, 입력받아, 수평 방향 및 수직 방향으로 투사할 수 있다. 예를 들어, 스캐너(140)는, 제1 라인에 대해 수평 방향으로 합성된 광을 투사(수평 스캐닝)하며, 제1 라인 하의 제2 라인으로 수직 이동(수직 스캐닝)한다. 이후, 다시 제2 라인에 대해 수평 방향으로 합성된 광을 투사(수평 스캐닝)할 수 있다. 이러한 방식에 따라, 스캐너(140)는, 표시할 영상을 스크린(102)의 전 영역에 투사할 수 있게 된다.
도면과 같이, 스캐너(140)는, 스캐닝 가능한 영역을 중심으로, 좌에서 우로 수평 스캐닝을 수행하고, 상에서 하로 수직 스캐닝을 수행하며, 다시 우에서 좌로 수평 스캐닝을 수행하고, 다시 상에서 하로 수직 스캐닝을 수행할 수 있다. 그리고, 이와 같은 스캐닝 동작을, 투사 영역의 전체에 대해, 반복하여 수행할 수 있다.
한편, 스캐너(140)는, 멤스(MEMS: micro-electro-mechenical system) 스캐너일 수 있다. 스캐너(140)는, 자기 방식으로 자석과 코일에 의한 자기장이 형성되어 해상도나 시스템의 조건에 따라 수평/수직으로 구동되며 빛을 반사시킬 수 있다.
도 2 내지 도 4는 스캐닝 프로젝터의 스캐너 구동시 소음 발생에 관한 설명에 참조되는 도면이다.
멤스 스캐너(MEMS scanner)를 이용한 스캐닝 프로젝터에 있어서, 16:9, 24:1 등 와이드(wide) 화면, 고해상도 화면을 구현할 필요성이 점점 더 증가하고 있다.
한편, 와이드(wide) 화면, 고해상도 화면을 구현하기 위해 멤스 스캐너의 수평 구동각이 증가하며, 미러 진폭량이 커지게 된다.
멤스 스캐너의 수평각(mechanical angle) 증가에 따라 멤스 스캐너의 미러의 진폭량이 증가하며, 이에 따라 음압이 증가하여 소음 레벨(level)이 증가한다.
이 경우에, 해상도 변경에 따른 가청 주파수 영역대(10~20kHz)에 스캐너 수평 공진주파수가 있을 경우, 고주파의 쇠소리 같은 불쾌한 소음이 발생할 수 있다.
도 2를 참조하면, 멤스 스캐너의 미러(mirror, 211)는 통상적인 화면보다 더 폭이 큰 와이드 화면을 스크린(202) 상에 구현하기 위해 더 큰 각도로 회전하게 된다.
이 경우에 구동시 미러(211)와 자기장 형성을 위한 자성체(220) 사이에 거리가 감소한다. 또한, 미러(211)와 자성체(220) 사이의 압력이 증가한다.
뿐만 아니라, 미러(211)와 자성체(220) 사이에 충분한 거리가 확보되지 않는 경우에는, 구동시 미러(211)가 자성체(220)에 부딪혀 간섭받는 상황이 발생할 수도 있다.
한편, 화면 해상도 변화에 따라, 이를 구현하기 위한 멤스 스캐너의 수평 공진주파수가 결정된다.
예를 들어, 수평 공진 주파수는 다음과 같은 수식에 따라 구해질 수 있다.
F_horizontal = N/2 * (active+blank)*F_vertical
F_horizontal = 수평 주파수 (Hz)
N = 수직 해상도
active = 비디오 액티브(video active) 구간
Blank = 비디오 오프(video off) 구간
F_vertical= 수직 주파수 (Hz)
예를 들어, active = 1, blank = 0.1로 가정하고, 수직 주파수(F_vertical)는 60Hz인 경우로 가정한다면, 해상도가 1280x720p인 경우에는 수평 주파수는 다음과 같이 25,920 Hz가 된다.
F_horizontal = 720/2 * (1+0.1) * 60 = 25,920 Hz
도3은 해상도별 소음 레벨(level) 측정 결과를 도시한 것이다.
도 3을 참조하면, 25,920 Hz는 사람이 인지 불가능한 영역으로 사용자는 소음을 인식하지 못한다.
한편, 스캐닝 프로젝터는 소형화와 고품질의 영상 구현이 동시에 가능하므로 다양한 분야에서 사용될 수 있다. 이에 따라, 다양한 해상도, 화면 비율이 요구될 수 있다. 예를 들어, 해상도가 3840x160인 와이드(wide) 화면인 경우에, 수평 주파수는 다음과 같이 5,280 Hz가 된다.
F_horizontal = 160/2 * (1+0.1) * 60 = 5,280 Hz
도 3을 참조하면, 5,280 Hz는 사람이 인지할 수 있는 가청 주파수 영역으로 사용자는 소음을 인식하게 된다.
도 4는 수평 구동각에 따른 소음 레벨(level) 측정 결과를 도시한 것이다.
멤스 스캐너의 수평각(mechanical angle) 증가에 따라 멤스 스캐너의 미러의 진폭량이 증가하며, 이에 따라 음압이 증가하여 소음 레벨(level)이 증가한다.
도 4를 참조하면, 구동각이 증가함에 따라, 소음 레벨이 증가함을 확인할 수 있다.
또한, 해상도 변경에 따른 가청 주파수 영역대에 스캐너 수평 공진주파수가 있을 경우, 고주파의 쇠소리 같은 불쾌한 소음이 발생할 수 있다.
따라서, 다양한 고객의 요구에 부응하도록, 와이드 화면, 고해상도 화면을 구현하기 위해서는 미러 구동에 의한 소음을 저감할 필요가 있다.
도 5와 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 멤스 스캐너 패키지에 관한 설명에 참조되는 도면이다.
도 7 내지 도 14는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 멤스 스캐너 패키지의 자석에 관한 설명에 참조되는 도면이다.
도 5와 도 6의 (a)를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 멤스 스캐너 패키지(MEMS scanner package)는, 빛을 반사시키는 미러(Mirror, 511)를 포함하는 멤스 스캐너(MEMS scanner, 510), 상기 미러(511)의 후면과 마주보며 배치되는 내부 자석(Inner magnet, 520), 및, 상기 내부 자석(520)의 외부에 배치되는 외부 자석(Outer magnet, 530)을 포함할 수 있다.
상기 내부 자석(520)과 외부 자석(530)은 상기 미러(511)의 후면과 소정의 간격을 가지고 위치할 수 있고, 전자기력(electromagnetic)을 유발시키는 역할을 할 수 있다.
또한, 상기 멤스 스캐너(510)는 전자기력에 의해 수평/수직으로 구동될 수 있다.
한편, 상기 멤스 스캐너(510)에는 FPCB(Flexible Printed circuit board), PCB(Printed circuit board) 등의 회로기판(미도시)이 연결될 수 있다.
한편, 상기 미러(511)는 제1 방향과 제2 방향으로 회전할 수 있다.
즉, 상기 미러(511)는 두 방향으로 회전 가능하고, 두 방향으로 회전하면서 빛을 반사시킬 수 있다. 이에 따라, 상기 멤스 스캐너(510)는 수직 방향 및 수평 방향으로 스캐닝(scanning)할 수 있다.
도 5와 도 6의 (a)를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 상기 내부 자석(520)에는 일정한 부피를 가지는 홈(521)이 형성될 수 있다.
실시예에 따라서는, 도 6의 (b)와 같이, 상기 내부 자석(520)에는 일정한 부피를 가지는 홀(hole, 522)이 형성될 수 있다.
도 6의 (a)과 (b)에서 예시된 멤스 스캐너 패키지는 내부 자석(520)에 각각홈(521)과 홀(522)이 형성되는 것 외에는 실질적으로 동일한 구조를 가진다.
즉, 본 발명의 실시예에 따른 멤스 스캐너 패키지(MEMS scanner package)는, 소음 저감을 위해 내부 자석(520) 형상 내에 일정한 부피를 기지는 홈(521) 또는 홀(522)이 형성되는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 내부 자석(520)과 상기 외부 자석(530)은, 상기 멤스 스캐너(510) 및 상기 미러(511)의 후면으로부터 기설정된 소정 거리 이격되어 배치될 수 있다.
또한, 상기 내부 자석(520)의 윗면 높이와 상기 외부 자석(530)의 윗면 높이는 실질적으로 동일할 수 있다.
더욱 바람직하게는, 상기 내부 자석(520)의 홈이 형성되지 않은 윗면과 상기 외부 자석(530)의 윗면은, 상기 멤스 스캐너(510) 및 상기 미러(511)의 후면과 평행한 면으로부터 실질적으로 동일한 거리만큼 이격되어 배치될 수 있다.
한편, 상기 홈(521) 또는 홀(522)의 크기는, 상기 미러(511)의 크기보다 클 수 있다.
도 2 내지 도 4를 참조하여 설명한 것과 같이, 멤스 스캐너(510) 구동 시 미러(511)의 거동에 의해 소음(Air-Borne Noise)이 발생할 수 있다.
미러(511)와 자석(520, 530) 사이 공기에서 발생된 압력(소음)은 내부 자석(520)에 형성된 홈(521) 또는 홀(522) 내부의 공기에 국부적으로 전달될 수 있다.
여기서, 내부 자석(520)에 형성된 홈(521) 또는 홀(522) 내부의 공기로 전달된 압력의 에너지가 소모되면서 소음 레벨을 줄일 수 있다.
또한, 홈 또는 홀 형상에 따라서 발생하는 압력(또는 소음) 레벨을 최소화 할 수 있다.
또한, 상기 홈 또는 홀은 멤스 스캐너 패키지 내에서 미러의 구동으로 발생하는 고압 영역과 저압 영역의 압력차에 의해 발생하는 소음을 감소시킬 수 있다.
도 7 내지 도 14는 본 발명의 실시예에 따른 다양한 홈 또는 홀 형상을 예시한 도면이다.
더욱 상세하게는, 도 7 내지 도 11은 홈 형상들의 등각투상도(a)와 정면도(b)를 도시한 것이고, 도 12 내지 도 14는 홀 형상들의 등각투상도(a)와 정면도(b)를 도시한 것이다.
도 7을 참조하면, 내부 자석(720)과 외부 자석(730)은 원형의 형상을 가질 수 있다. 또한, 내부 자석(720)에는 원형의 홈(721)이 형성될 수 있다.
한편, 실시예에 따라서는, 상기 홈의 형상은, 상기 미러의 형상에 대응할 수 있다.
예를 들어, 상기 미러(511)의 형상이 원형인 경우에 상기 홈(721)의 형상도 원형으로 형성될 수도 있다.
도 8과 도 9를 참조하면, 내부 자석(820, 920)과 외부 자석(830, 930)은 원형의 형상을 가질 수 있다. 또한, 내부 자석(820, 920)에는 각각 타원형 또는 사각형의 홈(821, 921)이 형성될 수 있다.
한편, 도 7 내지 도 14에서는 기본적으로 원형의 형상을 가지는 자석에 홈 또는 홀이 형성되는 것을 예시하지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 자석들은 정사각형, 직사각형 등 다각형의 형상을 가질 수 있다.
도 10을 참조하면, 내부 자석(1020)과 외부 자석(1030)은 원형의 형상을 가질 수 있다. 또한, 내부 자석(1020)은 윗면의 일측에서 타측으로 형성되는 통로형의 홈(1021)을 가질 수 있다.
한편, 상기 홈(1021)의 통로가 형성되는 방향은 미러를 지지하는 짐벌(미도시)에 대응하는 방향으로 형성될 수 있다.
또는, 도 11을 참조하면, 원형의 형상을 가지는 내부 자석(1120)과 외부 자석(1130) 중에서 내부 자석(1120)에 원형과 통로형이 함께 구성된 형태의 홈(1121)이 형성할 수 있다.
한편, 상기 홈(1121)의 통로는 미러를 지지하는 짐벌(미도시)에 대응하는 위치에 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 내부 자석에는 홈이 아닌 홀이 형성될 수 있다.
도 12 내지 도 14를 참조하면, 원형의 형상을 가지는 내부 자석(1220, 1320, 1420)과 외부 자석(1230, 1330, 1430) 중에서 내부 자석(1220, 1320, 1420)에 각각 원형, 타원형, 사각형의 형상으로 관통되는 홀(1222, 1322, 1422)이 형성할 수 있다.
도 7 내지 도 14를 참조하여 설명한 자석의 형상들은 예시적인 것으로 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 자석들은 설계 사양에 따라 예시된 형상 외에 다양한 형상을 가질 수 있을 것이다.
한편, 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 멤스 스캐너 패키지는, 상기 멤스 스캐너(510), 상기 내부 자석(520) 및 상기 외부 자석(530)을 수납하는 수납 공간을 형성하는 상부 케이스(540)와 하부 케이스(550)를 더 포함할 수 있다.
상부 케이스(540)와 하부 케이스(550)는 상기 멤스 스캐너(510), 상기 내부 자석(520) 및 상기 외부 자석(530)를 고정하고 지지하는 역할을 할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 멤스 스캐너 패키지는 요크(yoke, 560)를 더 포함할 수 있다. 요크(560)는 전류가 인가되는 경우 형성되는 자속(magnetic flux)의 통로가 될 수 있다.
요크(560)의 형상은 자석의 형상에 대응할 수 있고, 연자성 재료로 형성될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 멤스 스캐너 패키지의 멤스 스캐너는, 상기 미러 주위에 구비되어, 제1 탄성체를 통해 상기 미러를 지지하는 짐벌(gimbal)과 제2 탄성체를 통하여 상기 짐벌을 지지하는 지지부를 더 포함할 수 있다.
이 경우에, 상기 미러는, 상기 제 1 탄성체를 축으로 회전하고, 상기 짐벌은 상기 제 2 탄성체를 축으로 회전할 수 있다.
한편, 실시예에 따라서는, 상기 짐벌은 내부의 제1 짐벌과 외부의 제2 짐벌을 포함할 수 있다.
도 15 내지 도 19는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 멤스 스캐너 패키지의 동작에 관한 설명에 참조되는 도면이다.
도 15와 도 16은 멤스 스캐너 구조의 예들과 동작을 나타낸 도면이다.
도 15를 참조하면, 멤스 스캐너는 빛을 반사하기 위한 미러(1510)와, 미러(1510)를 제1 방향, 예를 들어, 수평 방향으로 회전시키기 위한 제1 탄성체(1521, 1522)와, 미러(1510)를 제2 방향, 예를 들어, 수직 방향으로 회전시키기 위한 제2 탄성체(1541, 1542)와, 미러(1510)의 수직 방향과 수평 방향 회전을 분리하기 위한 짐벌(1530)을 포함할 수 있다.
한편. 제2 탄성체(1541, 1542)는 각각 지지부(미도시)와 연결되어 지지될 수 있다.
미러(1510)는 제1 탄성체(1521, 1522)와 제2 탄성체(1541, 1542)를 통하여 수직 방향과 수평 방향으로 회전을 함으로서 입사된 빛을 스크린(screen)으로 투사되어, 수평 방향과 수직 방향에서 각각 스캔(scan)될 수 있다.
한편, 미러에 전류를 인가되면 자성체에 의한 자기장이 발생하고, 자기장에 의해 발생한 로렌츠 구동력에 따라 전자기력을 이용한 멤스 스캐너가 구동될 수 있다.
미러(1510)는 제1 방향과 제2 방향으로 회전할 수 있고, 상기 제1 방향의 회전 진동수과 상기 제2 방향의 회전 진동수가 서로 다를 수 있다.
한편, 도 15에서는 사각형 형상의 미러(1510)를 예시하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.
예를 들어, 도 16과 같이, 미러(1610)는 원형의 형상을 가질 수 있다.
도 16을 참조하면, 멤스 스캐너는 빛을 반사하기 위한 미러(1610)와, 미러(1610)를 제1 방향, 예를 들어, 수평 방향으로 회전시키기 위한 제1 탄성체(1621, 1622)와, 미러(1610)를 제2 방향, 예를 들어, 수직 방향으로 회전시키기 위한 제2 탄성체(1641, 1642)와, 미러(1610)의 수직 방향과 수평 방향 회전을 분리하기 위한 짐벌(1630), 상기 제2 탄성체(1641, 1642)와 연결되는 지지부(1651, 1652)를 포함할 수 있다.
도 17은 본 발명의 일실시예에 따른 멤스 스캐너 구조 및 전극 배치를 도시한 것이다.
도 17을 참조하면, 멤스 스캐너는 빛을 반사하기 위한 미러(1710)와, 미러(1710)를 제1 방향, 예를 들어, 수평 방향으로 회전시키기 위한 제1 탄성체(1721, 1722)와, 미러(1710)를 제2 방향, 예를 들어, 수직 방향으로 회전시키기 위한 제2 탄성체(1741, 1742)와, 미러(1710)의 수직 방향과 수평 방향 회전을 분리하기 위한 짐벌(1731, 1732)을 포함할 수 있다.
실시예에 따라서는 상기 짐벌(1731, 1732)은 상기 제1 탄성체(1721, 1722)를 통하여 상기 미러(1710)와 연결되는 제1 짐벌(1731)과 상기 제2 탄성체(1741, 1742)와 연결되는 제2 짐벌(1732)을 포함할 수 있다.
한편, 실시예에 따라서는, 멤스 스캐너는 상기 제2 탄성체(1741, 1742) 및/또는 상기 제2 짐벌(1732)에 연결되는 프레임(1700)을 포함하고, 프레임(1700)의 일측면 상에 전극 어레이(1775)가 배치될 수 있다.
또는 프레임(1700) 상에 상기 미러(1710)를 중심으로 양 측면에 한 쌍의 전극 어레이가 서로 마주보며 대칭으로 배치될 수도 있다.
한편, 상기 전극 어레이(1775)는 FPCB, PCB 등과 전기적으로 연결될 수 있다.
도 18은 본 발명의 일실시예에 따른 내/외부 자석 구조를 도시한 것이다.
도 18을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 멤스 스캐너 패키지는, 자성체로 내부 자석(1820)과 상기 내부 자석(1820)의 외부에 배치되는 외부 자석(1830)을 포함할 수 있다.
즉, 멤스 스캐너 패키지는, 소정의 단면 형태를 가지는 기둥형의 내부 자석(1820)과 상기 내부 자석(1820)을 둘러싼 튜브 형태의 외부 자석(1830)을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 상기 내부 자석(1820)에는 일정한 부피를 가지는 홈(1821)이 형성될 수 있다.
실시예에 따라서는, 상기 내부 자석(1820)에는 일정한 부피를 가지는 홀(hole)이 형성될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 멤스 스캐너 패키지는 요크(1860)를 더 포함할 수 있다. 요크(1860)는 전류가 인가되는 경우 형성되는 자속(magnetic flux)의 통로가 될 수 있다. 요크(1860)의 형상은 자석의 형상에 대응할 수 있고, 철 등의 재료로 형성될 수 있다.
도 18과 같이, 자성체, 즉, 내부 자석(1820)과 외부 자석(1830)에 의하여 자기장이 형성될 수 있고, 본 발명의 실시예에 따른 멤스 스캐너는 상기 자기장과 상호작용하여 짐벌을 회전시키도록 전류를 흐르게하는 권선을 포함할 수 있다.
실시예에 따라서는 권선은 짐벌에 형성될 수 있다. 상기 권선은 소장 구간에서 원을 그리도록 형성될 수 있다.
상기 권선에 전류를 인가하는 경우, 상기 권선을 통해 흐르는 전류는 상기 내부 자석(1820)과 외부 자석(1830)가 형성하는 자기장과 상호작용을 통해 상기 권선에 작용하는 전자기력을 생성할 수 있다.
실시예에 따라서는, 상기 권선에 2I 전류가 인가되고, I 전류들로 분기되어 흐를 수 있다. 또한, 실시예에 따라서는, 상기 권선은 2개 이상의 권선을 포함할 수 있다.
한편, 권선에 전류가 흐르는 경우, 상기 권선은 자기장과 상호작용하여 수직 방향의 로렌츠 힘을 작용받으며, 이로 인해 토크 T가 작용한다. 짐벌은 상기 생성된 전자기력을 토크 T로 작용받아 회전운동을 할 수 있다.
도 19는 본 발명의 일실시예에 따른 멤스 스캐너 패키지의 일예를 도시한 것이다.
도 19를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 멤스 스캐너 패키지는 빛을 반사시키는 미러(1911)를 포함하는 멤스 스캐너(1910), 내부 자석(1920)과 외부 자석(1930)을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 상기 내부 자석(1920)에는 일정한 부피를 가지는 홈(1921)이 형성될 수 있다.
또는, 상기 내부 자석(1920)에는 일정한 부피를 가지는 홀(hole)이 형성될 수 있다.
한편, 상기 멤스 스캐너(1910)는 상기 내부 자석(1920)과 외부 자석(1930)와 인접하여 배치될 수 있다. 상기 내부 자석(1920)과 외부 자석(1930)은 상기 멤스 스캐너(1910)의 후면과 소정 간격을 가지도록 배치될 수 있다.
더욱 바람직하게는, 상기 내부 자석(1920)의 홈이 형성되지 않은 윗면과 상기 외부 자석(1930)의 윗면은, 상기 멤스 스캐너(1910) 및 상기 미러(1911)의 후면과 평행한 면으로부터 실질적으로 동일한 거리만큼 이격되어 배치될 수 있다.
또한, 상기 내부 자석(1920)의 윗면 높이와 상기 외부 자석(1930)의 윗면 높이는 실질적으로 동일할 수 있다.
한편, 상기 홈(1921) 또는 홀의 크기, 면적은, 상기 미러(1911)의 크기, 면적보다 클 수 있다.
한편, 상기 내부 자석(1920)과 외부 자석(1930) 사이에 홀(hole)이 형성될 수 있다.
도 20 내지 도 23은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 멤스 스캐너 패키지의 소음 저감에 관한 설명에 참조되는 도면이다.
한편, 와이드(wide) 화면, 고해상도 화면을 구현하기 위해, 멤스 스캐너의 수평 구동각이 증가에 따라 멤스 스캐너의 미러의 진폭량이 증가한다. 이에 따라 음압이 증가하여 소음 레벨(level)이 증가하게 된다.
도 20을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 내부 자석(2020)에 홈(2021) 또는 홀이 형성된다.
멤스 스캐너의 미러(2011)가 와이드 화면을 구현하기 위해 더 큰 각도로 회전하게 되는 경우에도, 구동시 미러(2011)와 내부 자석(2020)의 홈(2021) 사이에는 소정 거리가 확보된다. 따라서, 미러(2011)와 내부 자석(2020) 사이의 압력이 감소할 수 있다.
또한, 미러(2011)와 내부 자석(2020) 사이에 충분한 거리를 확보함으로써, 구동시 미러(2011)와 내부 자석(2020)가 충돌하여 이상 구동이 생기는 것을 방지할 수 있다.
도 21은 내부 자석(2220)에 형성되는 홈 또는 홀의 크기에 대한 설명에 참조되는 도면이다.
도 21을 참조하면, 내부 자석(2220)에 형성되는 홈 또는 홀이 제1 크기(r1) 이하로 구현될 경우, 멤스 스캐너 구동 시, 미러(2210)의 구동각에 의해, 미러(2210)와 내부 자석(2220) 사이에 간섭이 발생할 수 있다.
따라서, 내부 자석(2220)에 형성되는 홈 또는 홀은 제1 크기(r1) 이하로 홈 또는 홀을 구현할 수 없다.
한편, 홈 또는 홀의 지름이, 제1 크기(r1)보다 크더라도, 소정의 제2 크기(r2) 보다 작으면, 미러(2210)와 내부 자석(2220) 사이의 간격이 좁아질 수 있다.
미러(2210)와 내부 자석(2220) 사이의 간격이 좁아짐에 따라 외력(스캐너 미러 구동)에 의한 압력(소음 레벨)이 높아질 수 있다.
미러(2210)가 구동 가능한 홈 또는 홀의 지름 사이즈로 설계되더라도 미러(2210)와 내부 자석(2220) 사이의 좁은 갭(Gap)에 의해서 압력차(소음)가 발생할 수 있으므로 소음 저감 효과가 떨어질 수 있다.
한편, 제1 크기(r1) 및 제2 크기(r2)는 미러(2210)의 크기, 홈 또는 홀과 미러(2210) 사이의 거리에 따라 달라질 수 있다.
도 22는 내부 자석(2220)에 형성되는 홈의 깊이에 대한 설명에 참조되는 도면이다.
멤스 스캐너 구동 시, 미러(2310)의 구동각에 의해, 미러(2310)와 내부 자석(2320) 사이에 간섭이 발생할 수 있으므로, 내부 자석(2320)에 형성되는 홈은 소정의 깊이, 제1 깊이(d1) 이하로 홈 또는 홀을 구현할 수 없다.
한편, 홈의 깊이가, 제1 깊이(d1) 보다 크더라도, 소정의 제2 깊이(d2) 보다 작으면, 미러(2310)와 내부 자석(2320) 사이의 간격이 좁아질 수 있다.
미러(2310)와 내부 자석(2320) 사이의 간격이 좁아짐에 따라 외력(스캐너 미러 구동)에 의한 압력(소음 레벨)이 높아질 수 있다.
한편, 제1 깊이(d1) 및 제2 깊이(d2)는 미러(2310)의 크기, 홈과 미러(3210) 사이의 거리에 따라 달라질 수 있다.
도 23은 내부 자석의 형상에 따른 음향 해석 결과를 도시한 것이다. 더욱 상세하게는 내부 자석에 형성되는 홈의 지름(Diameter)과 깊이(depth)를 다양하게 구성하여 실험한 음향 해석 결과이다.
도 23을 참조하면, 홈의 깊이가 깊어질수록 압력이 증가, 즉 소음 레벨이 커지는 경향을 보인다.
또한, 홈의 지름이 커질수록 음압이 떨어지는 경향을 보이며, 소음 레벨은 감소한다.
도 21 내지 도 23을 참조하여 설명한 사항들을 고려하여, 홈의 형상에 따라 소음을 저감할 수 있는 최적의 형상을 설계할 수 있다.
홈의 지름 증가는 소음 측면에서는 좋은 효과를 가져오지만, 자기력 (Magnetic force)이 감소하게 된다. 이를 보강하기 위해서는 전류(current)를 증가시켜야하므로 소비전력 및 코일(coil)의 발열이 증가하게 되는 문제가 있다.
따라서 홈 사이즈는 스캐너 구동(Driving) 효율을 함께 고려하여서 설계되어야할 것이다.
본 발명에 따른 멤스 스캐너 패키지는, 상기한 바와 같이 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.
멤스 스캐너: 510
미러: 511
내부 자석: 520
외부 자석: 530
상부 케이스: 540
하부 케이스: 550

Claims (19)

  1. 빛을 반사시키는 미러를 포함하는 멤스 스캐너(MEMS scanner);
    상기 미러의 후면과 마주보며 배치되는 내부 자석(Inner magnet); 및,
    상기 내부 자석의 외부에 배치되는 외부 자석(Outer magnet);을 포함하고,
    상기 내부 자석에는 홈이 형성되며,
    상기 내부 자석과 상기 외부 자석은, 상기 미러의 후면으로부터 기설정된 소정 거리 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는 멤스 스캐너 패키지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 내부 자석의 윗면 높이와 상기 외부 자석의 윗면 높이는 동일한 것을 특징으로 하는 멤스 스캐너 패키지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 홈의 크기는, 상기 미러의 크기보다 큰 것을 특징으로 하는 멤스 스캐너 패키지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 홈의 형상은, 상기 미러의 형상에 대응하는 것을 특징으로 하는 멤스 스캐너 패키지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 미러는 제1 방향과 제2 방향으로 회전할 수 있는 것을 특징으로 하는 멤스 스캐너 패키지.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 미러, 상기 내부 자석 및 상기 외부 자석을 수납하는 수납 공간을 형성하는 상부 케이스와 하부 케이스;를 더 포함하는 멤스 스캐너 패키지.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 멤스 스캐너는,
    상기 미러 주위에 구비되어, 제1 탄성체를 통해 상기 미러를 지지하는 짐벌(gimbal);과 제2 탄성체를 통하여 상기 짐벌을 지지하는 지지부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 멤스 스캐너 패키지.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 미러는, 상기 제 1 탄성체를 축으로 회전하고, 상기 짐벌은 상기 제 2 탄성체를 축으로 회전하는 것을 특징으로 하는 멤스 스캐너 패키지.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 짐벌은 내부의 제1 짐벌과 외부의 제2 짐벌을 포함하는 것을 특징으로 하는 멤스 스캐너 패키지.
  10. 빛을 반사시키는 미러를 포함하는 멤스 스캐너(MEMS scanner);
    상기 미러의 후면과 마주보며 배치되는 내부 자석(Inner magnet); 및,
    상기 내부 자석의 외부에 배치되는 외부 자석(Outer magnet);을 포함하고,
    상기 내부 자석에는 홀(hole)이 형성되는 것을 특징으로 하는 멤스 스캐너 패키지(MEMS scanner package).
  11. 제10항에 있어서,
    상기 내부 자석과 상기 외부 자석은, 상기 미러의 후면으로부터 기설정된 소정 거리 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는 멤스 스캐너 패키지.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 내부 자석의 윗면 높이와 상기 외부 자석의 윗면 높이는 동일한 것을 특징으로 하는 멤스 스캐너 패키지.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 홀의 크기는, 상기 미러의 크기보다 큰 것을 특징으로 하는 멤스 스캐너 패키지.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 홀의 형상은, 상기 미러의 형상에 대응하는 것을 특징으로 하는 멤스 스캐너 패키지.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 미러는 제1 방향과 제2 방향으로 회전할 수 있는 것을 특징으로 하는 멤스 스캐너 패키지.
  16. 제10항에 있어서,
    상기 미러, 상기 내부 자석 및 상기 외부 자석을 수납하는 수납 공간을 형성하는 상부 케이스와 하부 케이스;를 더 포함하는 멤스 스캐너 패키지.
  17. 제10항에 있어서,
    상기 멤스 스캐너는,
    상기 미러 주위에 구비되어, 제1 탄성체를 통해 상기 미러를 지지하는 짐벌(gimbal);과 제2 탄성체를 통하여 상기 짐벌을 지지하는 지지부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 멤스 스캐너 패키지.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 미러는, 상기 제 1 탄성체를 축으로 회전하고, 상기 짐벌은 상기 제 2 탄성체를 축으로 회전하는 것을 특징으로 하는 멤스 스캐너 패키지.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 짐벌은 내부의 제1 짐벌과 외부의 제2 짐벌을 포함하는 것을 특징으로 하는 멤스 스캐너 패키지.
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