WO2011037327A2 - 스캐닝 마이크로미러 - Google Patents

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WO2011037327A2
WO2011037327A2 PCT/KR2010/005749 KR2010005749W WO2011037327A2 WO 2011037327 A2 WO2011037327 A2 WO 2011037327A2 KR 2010005749 W KR2010005749 W KR 2010005749W WO 2011037327 A2 WO2011037327 A2 WO 2011037327A2
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WO
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gimbal
elastic body
mirror plate
open area
scanning micromirror
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PCT/KR2010/005749
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최동준
이병구
김태식
임태선
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엘지전자 주식회사
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Publication date
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    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
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    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
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    • G02B26/10—Scanning systems
    • G02B26/105—Scanning systems with one or more pivoting mirrors or galvano-mirrors

Definitions

  • the present invention relates to an optical scanning device, and more particularly, to a scanning micromirror for imaging an image or reading data by scanning a beam emitted from a light source in a one-dimensional or two-dimensional region.
  • a barcode scanner or a scanning laser display is a beam emitted from a light source.
  • Representative examples of techniques used by injecting are
  • High spatial resolution is typically required in beam scanning display systems, and for this purpose, a scanning mirror capable of realizing a high scanning speed and a large angular displacement or tilting angle is required.
  • the maximum screen size can be realized even in a narrow space.
  • An object of the present invention is to improve the structure of the scanner spring, to prevent the stress concentration phenomenon occurring in the spring during the rotational driving of the scanning micromirror, scanning micromirror that can adjust the maximum stress (max. Stress) generation area To provide.
  • Still another object of the present invention is to provide a scanning micromirror that prevents breakage by preventing unwanted excessive movement that may occur in the gimbal by using a structure for inserting a vertical spring into the gimbal's inner side, thereby increasing impact resistance.
  • the scanning micromirror according to the present invention comprises a substrate having an open area, a mirror plate positioned in the open area, and a bent in the open area between the substrate and the mirror plate and bent in the mirror plate direction along the X axis of the open area.
  • a second gimbal having a first gimbal having a first bend, a second gimbal positioned in an open region between the first gimbal and the mirror plate, and formed along a first bend of the first gimbal, the substrate and the first
  • a first elastic body connecting the first bend of the gimbal, a second elastic body connecting the first gimbal and the second gimbal along the Y axis of the open area, and a second gimbal and the mirror plate along the Y axis of the open area. It may be configured to include a third elastic body for connecting.
  • the distance between one side of the first bent portion and the substrate may be greater than the distance between the other side of the first bent portion and the mirror plate, and the distance between one side of the second bent portion and the substrate is the distance between the other side of the second bent portion and the mirror plate. It may be larger than
  • the distance between one side of the second bent portion and the mirror plate may be equal to the length of the third elastic body.
  • the inner circumferential surface of the first gimbal and the outer circumferential surface of the second gimbal face each other, and all faces facing each other may maintain the same distance.
  • first gimbal may have a groove formed in the Y-axis direction in an area connected to the end of the second elastic body
  • first gimbal may have a groove formed in the X-axis direction in an area connected with the end of the first elastic body
  • second gimbal may have a groove formed in the Y-axis direction in an area connected to the end of the third elastic body.
  • the width of the first gimbal and the second gimbal may be the same.
  • the first, second, and third elastic bodies have different lengths and may have the same widths.
  • the first elastic body is divided into an inner region located in the first curved portion and an outer region located outside the first curved portion, and the length of the inner region may be longer than the length of the outer region.
  • At least one of the first, second, and third elastic bodies may have a width gradually decreasing from both end regions toward the center region.
  • At least one of the first, second, and third elastic bodies may have a flat surface, and both sides may have a curved curved surface.
  • the third elastic body has a first end connected to a support of a second gimbal, a second end connected to a support of a mirror plate, and the thickness of the support may be thicker than the first and second ends of the third elastic body.
  • connection region between the first end of the third elastic body and the support of the second gimbal has a first inclined surface inclined at a predetermined inclination, and the connection area between the second end of the third elastic body and the support of the mirror plate is predetermined It has a second inclined surface inclined by the slope of, and the boundary line of the support may exist between the boundary line of the first inclined surface and the boundary line of the second inclined surface.
  • the scanning micromirror according to the present invention includes a substrate having an open area, a mirror plate located in the open area, a gimbal located in the open area between the substrate and the mirror plate, and a substrate along the X axis of the open area. And a first elastic body connecting the gimbal and a second elastic body connecting the gimbal and the mirror plate along the Y axis of the open area and gradually decreasing in the direction of the center area in both end areas.
  • the gimbal may have a bent portion bent in the mirror plate direction along the X axis of the open area, and the first elastic body may be connected to the bent portion of the gimbal.
  • the scanning micromirror according to the present invention has the following effects.
  • the present invention improves the scanner spring structure, thereby preventing the stress concentration phenomenon occurring in the spring during the rotational driving of the scanning micromirror, and can adjust the maximum stress (max. Stress) generating area, the maximum rotational drive amount Can be increased.
  • the present invention can reduce the mass (inertia) of the gimbal itself by using a flexible gimbal, it is possible to increase the impact resistance of the system by absorbing it in the gimbal even when an impact occurs.
  • the present invention uses a structure for inserting the vertical spring into the gimbal, it is possible to prevent the unwanted excessive movement that may occur in the gimbal to prevent breakage to improve the impact resistance.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a typical electromagnetically driven biaxial scanning micromirror
  • FIG. 2 is a plan view and a side view of the micromirror of FIG. 1 and a horizontal spring supporting it;
  • FIG. 3 is a view for explaining an etching slope generated during an etching process
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of a spring processed using the wet etching process of FIG.
  • FIG. 5 is a view showing a structure in which the thickness of the micromirror and the horizontal spring are different
  • FIG. 6 is a view showing a processing method of a horizontal spring according to the present invention
  • FIG. 7 is a view showing a stress distribution appearing in a horizontal spring of a constant width structure during rotational driving
  • FIG. 8 is a view showing a stress distribution appearing in the horizontal spring of the present invention, when rotating
  • FIG. 10 shows a micromirror system according to the invention.
  • FIG. 11 is a view showing a deformation form when an impact occurs in a scanner having a gimbal having a rigid stiff structure.
  • FIG. 12 is a view showing a deformation form when an impact occurs in a scanner having a flexible gimbal structure capable of bending according to the present invention.
  • the present invention seeks to provide a method for increasing driving angular displacement in a scanning micromirror made by MEMS technology.
  • the present invention seeks to provide a method for preventing the occurrence of breakage before the rotational driving angle due to the occurrence of stress concentration phenomenon.
  • the mirror In general, in the case of a micro scanner used for a display, the mirror has an allowable dynamic deformation level according to the wavelength of the incident light, which must have a certain thickness or more to satisfy it.
  • the swing should be performed at a frequency of a predetermined standard, and the shape is designed based on the width, thickness, and length of the spring to match the frequency.
  • the vertical driving frequency is about tens of Hz and the horizontal driving frequency is about tens of kHz.
  • the shape of the spring must be designed to match this frequency.
  • the width and thickness of various structures such as the mirror and the spring are different from each other, and the dry etching process and the wet etching are performed to shape the mirror and the spring. etching) process is mixed properly.
  • stress concentration at the boundary line acts as a factor that does not increase the driving angular displacement of the MEMS scanner.
  • the mask must be designed, and the structure must be designed so that a large stress does not occur at the boundary line, so that the driving angle can be increased.
  • the spring is taken from the simple square beam shape to the center part, the stress generated at the boundary line and the weak point can be reduced, thereby further increasing the maximum angular displacement.
  • the present invention is to provide a method of increasing the impact resistance of the structure by presenting a flexible gimbal structure.
  • gimbals and mirrors which occupy most of the scanner's inertia when an external impact is involved, are accompanied by excessive translation and rotational movements, and the vertical springs supporting the gimbal and mirrors eventually fracture. stress is reached and destroyed.
  • the outer spring is also more susceptible to impact because the inertia of the gimbal acts together with the mirror, which is a great weakness in the actual system application.
  • the weight of the gimbal itself is reduced, and when the impact amount comes in, the impact amount can be absorbed by the deformation of the gimbal, thereby improving the impact resistance of the system. do.
  • the present invention provides a structure to act as a stopper to limit the excessive movement of the gimbal by inserting a vertical spring in the gimbal to prevent excessive rotation / translation of the gimbal to propose a structure to improve impact resistance I would like to.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a typical electromagnetically driven biaxial scanning micromirror.
  • the incident light 1 is reflected by the micromirror 2 in vertical / horizontal rotation to produce an image 7 proportional to its driving angle.
  • a typical scanning micromirror consists of a micromirror (2), a horizontal spring (3), a gimbal (4), a vertical spring (5), and a support end (6).
  • the micromirror 2 is supported by a horizontal spring 3 which acts as a rotating shaft at both ends thereof and, when driven, provides a horizontal restoring force torque.
  • the gimbal 4 is also supported by a vertical spring 5, which also acts as a rotating shaft, which, when driven, provides a vertical restoring torque.
  • FIG. 2 is a plan view and a side view of the micromirror of FIG. 1 and a horizontal spring supporting it.
  • the thickness h0 of the micromirror 2 is equal to the thickness of the horizontal spring 3.
  • FIG. 3 is a view for explaining an etching slope generated during an etching process. As shown in FIG. 3, a photo on the edge region 9 of the wafer is etched to etch the central region 10 of the wafer. A resist (PR) layer is coated.
  • PR resist
  • an inclined surface 11, a boundary line 12, and a weak point 13 appear on the interface between the center region and the edge region of the wafer.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of a spring processed using the wet etching process of FIG. 3.
  • the thickness h0 of the micromirror 2 and the thickness h1 of the horizontal spring 3 are different from each other. Is generated, and the dry etching process and the wet etching process are suitably mixed in order to shape the same.
  • an etching slope 11 of about 54.7 degrees is generated at a mask boundary.
  • FIG. 5 is a view illustrating a structure in which the thickness of the micromirror and the horizontal spring are different, and as shown in FIG. 5, the photoresist layer 16 is placed on the wafer 17, and the wet etching process is performed using the mask 15. In this case, the inclined surface 11, the boundary line 12 of the inclined surface 11, and a weak point 13 appear on the etched horizontal spring 14.
  • boundary line 12 of the inclined surface is present between the boundary line 18 of the support end, so that the vulnerabilities 13 also exist between the boundary line 18 of the support end.
  • FIG. 6 is a view showing a method of processing a horizontal spring according to the present invention, an example of a design that can increase the maximum driving angle of the system by preventing stress concentration in the inclined surface structure generated during the wet etching process.
  • boundary line 18 of the support end is present between the boundary line 12 of the inclined surface, so that the vulnerabilities 13 also exist on the support end between the boundary line 18 of the inclined surface.
  • the present invention is a method for placing the boundary line 12 and the vulnerability 13 located on the etching slope 11 into the support end boundary line 18 so as to be located in the support end.
  • the support end is a part in which movement or deformation of the system does not have movement or deformation or almost no stress, in the present invention, by forming the end of the horizontal spring in the support end, the driving angle is greatly improved. You can.
  • FIG. 7 is a view showing a stress distribution appearing on the horizontal spring of a constant width during rotational drive.
  • the horizontal spring 3 has the form of a rectangular cross-section beam of height h0, width b0, and length Lo.
  • This simple rectangular cross-beam spring is generated in the middle portion of the long side (b0) surface during the mirror rotation drive, the maximum stress (max. Stress) is distributed over a relatively large area.
  • FIG. 8 is a view showing a stress distribution appearing in the horizontal spring of the present invention during rotational driving.
  • the horizontal spring of the present invention has a structure in which the width b of the horizontal spring 3 becomes narrower from both ends b0 to the center b1.
  • the horizontal spring 3 of the present invention has a form of a beam in which the width of the cross section is changed from b0 to b1, deviating from the shape of the simple rectangular cross-section beam.
  • Such a shape can be easily and simply implemented by modifying a mask pattern in a MEMS process and processing such as dry reactive ion etching.
  • a torsion-driven micromirror stresses the stress concentration at the machining boundary and weak point caused by the machining method rather than breaking at the central part of the long side of the spring. It is often broken by.
  • FIG. 9 is a view illustrating a general micromirror system, and as shown in FIG. 9, a scanning micromirror manufactured by MEMS technology is susceptible to impact.
  • FIG. 10 is a view showing a micromirror system according to the present invention, having a structure in which a vertical spring is inserted into a gimbal.
  • the substrate the mirror plate 20, the first gimbal 30, the second gimbal 40, the first, second, third elastic bodies 50, 60, 70 It can be configured to include.
  • the substrate (not shown) has an open area at the center, and the support end 10 is formed on the substrate and is connected to the first elastic body 50.
  • the mirror plate 20 is located in an open area of the substrate and drives the first, second, and third elastic bodies 50, 60, and 70 with the rotation axis.
  • the first gimbal 30 is positioned in an open area between the support end 10 of the substrate and the mirror plate 20 and is bent in the direction of the mirror plate 20 along the X axis of the open area 70.
  • the second gimbal 40 is located in an open area between the first gimbal 30 and the mirror plate 20 and is formed along the first bent part 70 of the first gimbal 30.
  • the first and second gimbals 30 and 40 have an ellipse shape in which the width in the X-axis direction is larger than the width in the Y-axis direction, between one side of the first bent portion 70 and the substrate support end 10. Is greater than the distance between the other side of the first bent portion 70 and the mirror plate 20, the distance between one side of the second bent portion 80 and the substrate support end 10 and the other side of the second bent portion (80) It is desirable to be larger than the distance between the mirror plates 20.
  • the first elastic body 50 is a vertical spring connecting the substrate support end 10 and the first bent portion 70 of the first gimbal 30, and the first gimbal 30 connects the first elastic body 50. Rotate and drive with the rotating shaft.
  • the second elastic body 60 is a horizontal spring that connects the first and second gimbals 30 and 40 along the Y axis of the open area, and the second gimbal 40 uses the second elastic body 60 as the rotation axis. Can be rotated.
  • the third elastic body 70 is a horizontal spring connecting the second gimbal 40 and the mirror plate 20 along the Y axis of the open area, and the widths at both ends and the center are different from each other.
  • the width of the third elastic body 70 gradually decreases from both ends b0 to the central portion b1.
  • the upper and lower surfaces of the third elastic body 70 is preferably formed so that the width of both ends is wider than the width of the central portion.
  • the upper and lower surfaces of the third elastic body 70 has a flat surface, and both sides have a curved curved surface.
  • the third elastic body 70 has a first end connected to the support 90 of the second gimbal 40, the second end is connected to the support 100 of the mirror plate 20.
  • the thickness of the support 90, 100 is preferably thicker than the first and second ends of the third elastic body 70, and the support 90 of the first end of the third elastic body 70 and the second gimbal 40.
  • the connection region therebetween has a first inclined surface inclined at a predetermined inclination, and the connection region between the second end of the third elastic body 70 and the support 100 of the mirror plate 20 is inclined at a predetermined inclination. It has two slopes.
  • the boundary line of the support 90, 100 exists between the boundary line of the first slope and the boundary line of the second slope.
  • the distance between one side of the second bent portion 40 and the mirror plate 20 may be equal to the length of the third elastic body 70.
  • the inner circumferential surface of the first gimbal 30 and the outer circumferential surface of the second gimbal 40 face each other, and all surfaces facing each other preferably maintain the same distance.
  • the groove 110 may be further formed along the Y-axis direction in the opposite direction of the mirror plate 20 so that the first gimbal 30 is connected to the end of the second elastic body 60.
  • the first gimbal 30 may have a groove formed in the X-axis direction in a region connected to the end of the first elastic body 50.
  • the second gimbal 40 may have a groove formed in the Y-axis direction in a region connected to the end of the third elastic body 70.
  • the widths of the first gimbal 30 and the second gimbal 40 may be the same.
  • first, second, and third elastic bodies 50, 60, and 70 may have different lengths and may have the same width.
  • At least one of the first, second, and third elastic bodies 50, 60, and 70 may have a width gradually decreasing from both end regions toward the center region.
  • At least one of the first, second, and third elastic bodies 50, 60, and 70 may have a flat surface, and both sides may have a curved curved surface.
  • the first elastic body 70 may be divided into an inner region located in the first bent part 70 and an outer region located outside the first bent part 70.
  • the length of the inner region is greater than the length of the outer region. It is preferably formed long.
  • the first and second gimbals 30 and 40 are designed to be movable in the Z-axis direction of the open area when a predetermined force such as an impact is applied from the outside due to the first and second bends 70 and 80. Structure.
  • the spring is inserted into the gimbal, so that the excessive movement of the gimbal is limited in the vertical spring in a situation such as an external impact along with a scanner-wide reduction effect.
  • the vertical spring can serve as a stopper to prevent the large displacement of the system against the impact, resulting in an improvement in impact resistance.
  • the present invention may comprise a substrate, a mirror plate, at least one gimbal, a first elastic body, and a second elastic body.
  • the gimbal may be one or a plurality of gimbals, and may be located in an open area between the support end of the substrate and the mirror plate.
  • the first elastic body connects the substrate and the gimbal along the X axis of the open area
  • the second elastic body connects the gimbal and the mirror plate along the Y axis of the open area, and the width gradually decreases from the both end areas toward the center area.
  • the gimbal may have a bent portion that is bent in the direction of the mirror plate along the X axis of the open area, and the first elastic body may be connected to the bent portion of the gimbal.
  • the gimbal may have one gimbal, and in this case, the elastic body may be two, and the elastic body connected between the gimbal and the mirror plate may have a width gradually decreasing in the direction of the center region at both end regions. Can be.
  • FIG. 11 is a view illustrating a deformation form when an impact occurs in a scanner having a gimbal having a stiff structure that is not bent.
  • the micromirror and the gimbal have a translation and rotational motion with almost one body, and the vertical spring supports and deforms the impact amount.
  • FIG. 12 is a view showing a form that is deformed when an impact occurs in a scanner having a flexible gimbal structure capable of bending according to the present invention.
  • the flexible gimbal of the present invention refers to a gimbal that can be deformed relative to driving or impact by reducing its thickness or width rather than a stiff gimbal.
  • deformation occurs in the gimbal to absorb the impact, thereby absorbing some of the impact, thereby dispersing the amount of impact transmitted to the weakest vertical spring.
  • the deformation occurs in the flexible gimbal, and the impact amount transmitted to the vertical spring is dispersed, so that the deformation amount of the vertical spring is reduced and the generated stress is reduced, so that the stiff ( The impact resistance is relatively higher than that of a stiff gimbal scanner.
  • Embodiments of the scanning micromirror according to the present invention may be used in the display field.

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Abstract

광원으로부터 출사된 빔을 1차원 또는 2차원의 영역에 주사하여 화상을 결상하거나 데이터를 읽어들이는 스캐닝 마이크로미러에 관한 것으로, 오픈영역을 갖는 기판과, 오픈영역에 위치하는 미러판과, 기판과 미러판 사이의 오픈영역에 위치하여 오픈영역의 X축을 따라, 미러판 방향으로 굴곡되는 제 1 굴곡부를 갖는 제 1 짐벌(gimbal)과, 제 1 짐벌과 미러판 사이의 오픈영역에 위치하여 제 1 짐벌의 제 1 굴곡부를 따라 형성되는 제 2 굴곡부를 갖는 제 2 짐벌과, 기판과 제 1 짐벌의 제 1 굴곡부를 연결하는 제 1 탄성체와, 오픈영역의 Y축을 따라, 제 1 짐벌과 제 2 짐벌 사이를 연결하는 제 2 탄성체와, 오픈영역의 Y축을 따라, 제 2 짐벌과 미러판을 연결하는 제 3 탄성체를 포함하여 구성될 수 있다.

Description

스캐닝 마이크로미러
본 발명은 광스캐닝 소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 특히 광원으로부터 출사된 빔을 1차원 또는 2차원의 영역에 주사하여 화상을 결상하거나 데이터를 읽어들이는 스캐닝 마이크로미러에 관한 것이다.
최근 광 소자 기술의 발전과 더불어 각종 정보의 입출력단 및 정보 전달의 매개체로 광을 이용한 다양한 기술들이 개발되고 있는데, 특히 바코드 스캐너(barcode scanner)나 스캐닝 레이저 디스플레이(scanning laser display)는 광원에서 나오는 빔을 주사하여 사용하는 기술들의 대표적인 예다.
이러한 기술들은 MEMS 기술과 접목되어 더욱 소형화하고 경량화한 제품 개발이 이루어지고 있다.
빔 스캐닝 디스플레이 시스템에서는 통상적으로 높은 공간 분해능(high spatial resolution)이 요구되고 있으며, 이를 위해서 빠른 주사 속도와 큰 각변위(angular displacement or tilting angle)를 구현할 수 있는 스캐닝 미러(scanning mirror)가 요구된다.
특히 스캐닝 미러의 각변위를 크게할 경우, 협소한 공간내에서도 최대 화면 사이즈를 크게 구현할 수 있는 장점을 가질 수 있다.
본 발명의 목적은 스캐너 스프링 구조를 개선하여, 스캐닝 마이크로미러의 회전 구동시 스프링에서 발생하는 응력집중(stress concentration) 현상을 방지하고, 최대 응력(max. stress) 발생 영역을 조절할 수 있는 스캐닝 마이크로미러를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 유연한 짐벌(gimbal)을 사용하여 짐벌 자체의 질량(mass)과 관성(inertia)를 줄일 수 있고, 충격 발생시에도 짐벌에서 이를 흡수하여 시스템의 내충격성을 높일 수 있는 스캐닝 마이크로미러를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 수직 스프링을 짐벌 안측으로 삽입하는 구조를 이용하여, 짐벌에서 발생할 수 있는 원하지 않는 과도한 움직임을 방지하여 파손을 막아 내충격성이 높일 수 있는 스캐닝 마이크로미러를 제공하는데 있다.
본 발명에 따른 스캐닝 마이크로미러는, 오픈영역을 갖는 기판과, 오픈영역에 위치하는 미러판과, 기판과 미러판 사이의 오픈영역에 위치하여 오픈영역의 X축을 따라, 미러판 방향으로 굴곡되는 제 1 굴곡부를 갖는 제 1 짐벌(gimbal)과, 제 1 짐벌과 미러판 사이의 오픈영역에 위치하여 제 1 짐벌의 제 1 굴곡부를 따라 형성되는 제 2 굴곡부를 갖는 제 2 짐벌과, 기판과 제 1 짐벌의 제 1 굴곡부를 연결하는 제 1 탄성체와, 오픈영역의 Y축을 따라, 제 1 짐벌과 제 2 짐벌 사이를 연결하는 제 2 탄성체와, 오픈영역의 Y축을 따라, 제 2 짐벌과 미러판을 연결하는 제 3 탄성체를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 제 1 굴곡부의 일측과 기판 사이의 거리는 제 1 굴곡부의 타측과 미러판 사이의 거리보다 더 클 수 있으며, 제 2 굴곡부의 일측과 기판 사이의 거리는 제 2 굴곡부의 타측과 미러판 사이의 거리보다 더 클 수도 있다.
그리고, 제 2 굴곡부의 일측과 미러판 사이의 거리는 제 3 탄성체의 길이와 동일할 수도 있다.
이어, 제 1 짐벌의 내주면과 제 2 짐벌의 외주면은 서로 마주보며, 서로 마주보는 모든 면은 동일한 간격을 유지할 수 있다.
또한, 제 1 짐벌은 제 2 탄성체의 끝단과 연결되는 영역에 Y축 방향으로 홈이 형성될 수도 있고, 제 1 짐벌은 제 1 탄성체의 끝단과 연결되는 영역에 X축 방향으로 홈이 형성될 수도 있으며, 제 2 짐벌은 제 3 탄성체의 끝단과 연결되는 영역에 Y축 방향으로 홈이 형성될 수도 있다.
그리고, 제 1 짐벌과 제 2 짐벌의 폭은 서로 동일할 수도 있다.
이어, 제 1, 제 2, 제 3 탄성체는 서로 다른 길이를 가지고, 서로 동일한 폭을 가질 수도 있다.
다음, 제 1 탄성체는 제 1 굴곡부 내에 위치하는 내측영역과 제 1 굴곡부 외부에 위치하는 외측영역으로 구분되고, 내측영역의 길이가 외측영역의 길이보다 더 길 수도 있다.
또한, 제 1, 제 2, 제 3 탄성체들 중 적어도 어느 하나는 양 끝영역에서 중심영역 방향으로 점차적으로 줄어드는 폭을 가질 수도 있다.
여기서, 제 1, 제 2, 제 3 탄성체들 중 적어도 어느 하나의 상/하부면은 편평한 면을 가지고, 양측면은 휘어진 만곡면을 가질 수 있다.
그리고, 제 3 탄성체는 제 1 끝단이 제 2 짐벌의 지지대에 연결되고, 제 2 끝단이 미러판의 지지대에 연결되며, 지지대의 두께는 제 3 탄성체의 제 1, 제 2 끝단보다 더 두꺼울 수 있다.
이때, 제 3 탄성체의 제 1 끝단과 제 2 짐벌의 지지대 사이의 연결영역은 소정의 기울기로 경사진 제 1 경사면을 가지고, 제 3 탄성체의 제 2 끝단과 미러판의 지지대 사이의 연결영역은 소정의 기울기로 경사진 제 2 경사면을 가지며, 제 1 경사면의 경계라인과 제 2 경사면의 경계라인 사이에는 지지대의 경계 라인이 존재할 수 있다.
본 발명에 따른 스캐닝 마이크로미러는, 오픈영역을 갖는 기판과, 오픈영역에 위치하는 미러판과, 기판과 미러판 사이의 오픈영역에 위치하는 짐벌(gimbal)과, 오픈영역의 X축을 따라, 기판과 짐벌을 연결하는 제 1 탄성체와, 오픈영역의 Y축을 따라, 짐벌과 미러판을 연결하고, 양끝 영역에서 중심영역 방향으로 점차로 줄어드는 폭을 갖는 제 2 탄성체를 포함하여 구성될 수도 있다.
여기서, 짐벌은 오픈영역의 X축을 따라, 미러판 방향으로 굴곡되는 굴곡부를 가지고, 제 1 탄성체는 짐벌의 굴곡부에 연결될 수 있다.
본 발명에 따른 스캐닝 마이크로미러는 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명은 스캐너 스프링 구조를 개선하여, 스캐닝 마이크로미러의 회전 구동시 스프링에서 발생하는 응력집중(stress concentration) 현상을 방지하고, 최대 응력(max. stress) 발생 영역을 조절할 수 있으므로, 최대 회전 구동량을 증가시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 유연한 짐벌을 사용하여 짐벌 자체의 질량(mass)과 관성(inertia)를 줄일 수 있고, 충격 발생시에도 짐벌에서 이를 흡수하여 시스템의 내충격성을 높일 수 있다.
그리고, 본 발명은 수직 스프링을 짐벌 안측으로 삽입하는 구조를 이용하여, 짐벌에서 발생할 수 있는 원하지 않는 과도한 움직임을 방지하여 파손을 막아 내충격성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 일반적인 전자기력 구동 2축 스캐닝 마이크로미러의 개략도
도 2는 도 1의 마이크로미러와 이를 지지하는 수평스프링의 평면도와 측면도
도 3은 식각 공정시에 발생하는 식각 경사면을 설명하기 위한 도면
도 4는 도 3의 습식 식각 공정을 이용하여 가공된 스프링의 단면도
도 5는 마이크로미러와 수평 스프링의 두께가 다른 구조를 보여주는 도면
도 6은 본 발명에 따른 수평 스프링의 가공방법을 보여주는 도면
도 7은 회전구동시, 폭이 일정한 구조의 수평 스프링에 나타나는 응력 분포를 보여주는 도면
도 8은 회전구동시, 본 발명의 수평 스프링에 나타나는 응력 분포를 보여주는 도면
도 9은 일반적인 마이크로미러 시스템을 보여주는 도면
도 10은 본 발명에 따른 마이크로미러 시스템을 보여주는 도면
도 11은 휘지 않는 스티프(stiff)한 구조의 짐벌을 갖는 스캐너에서 충격 발생시 변형되는 형태를 보여주는 도면
도 12는 본 발명에 따른 휨이 가능한 플랙시블(flexible)한 짐벌 구조를 갖는 스캐너에서 충격 발생시 변형되는 형태를 보여주는 도면
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 MEMS 기술로 만들어지는 스캐닝 마이크로미러에서, 구동 각변위를 크게할 수 있는 방법을 제공하고자 한다.
특히, 본 발명은 응력 집중 현상의 발생으로 인하여, 회전 구동각 이전에서 파괴가 일어나는 현상을 방지하도록 하는 방법을 제공하고자 한다.
일반적으로, 디스플레이에 이용되는 마이크로 스캐너의 경우, 그 미러는 입사광의 파장에 따라 허용되는 동적 변형 허용 정도(dynamic deformation level)가 정해지며, 이를 만족시키려면 일정 정도 이상의 두께를 가져야 한다.
또한, 수직 및 수평 구동의 경우, 정해진 규격의 주파수로 스윙(swing)을 해야 하는데, 주파수를 맞추기 위해 스프링의 폭과 두께와 길이를 기초로 하여 그 형상을 설계하게 된다.
예를 들면, 마이크로미러를 레이저 디스플레이에 사용하여 화면 결상용 광회전 부품으로 사용하게 되는 경우, 수직 구동 주파수는 수십Hz 정도, 수평 구동 주파수는 수십kHz에서 사용하게 되는데, 수직대 수평 주파수에 비는 보통 수백대 일의 차이가 나게 되며, 이러한 주파수(frequency)를 맞추도록 스프링의 형상을 설계해야 한다.
이와 같이, 미러와 스프링의 설계 요구 조건과 형상을 맞추다 보면, 미러와 스프링 등 각종 구조물의 폭과 두께가 다르게 되는 경우가 다반사이고, 이를 형상화하기 위해서 건식식각(dry etching) 공정과 습식식각(wet etching) 공정이 적절히 섞이게 된다.
특히, 공정상 습식식각이 들어가는 경우, 마스크(MASK) 경계선에서 약 54.7도의 에칭 경사면이 발생하게 되고, 이러한 경사면에서 응력이 발생한다면, 그 경계선(edge line)에는 응력 집중이 발생하여, 조금만 구동 각변위를 키워도 파괴 응력(fracture stress)에 도달하여 파손되고 만다.
따라서, 경계선에서의 응력 집중 현상은 MEMS 스캐너의 구동 각변위를 크게 하지 못하는 요소로 작용하고 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해서는 구조물 두께 차에 따라 발생하는 가공 경사면 간의 경계선(2개의 경사면이 만나는 라인을 말함)과 취약점(weak point)(경계선과 경계선이 만나는 점을 말함)의 위치를 잘 선정할 수 있도록, 마스크(MASK)를 설계해야 하며, 경계선에서 큰 응력이 발생하지 않도록 구조물을 설계해야 구동각을 크게할 수 있게 된다.
또한, 스프링을 단순한 사각보 형태에서 중앙 부분을 잘록한 형태를 취하면, 경계선 및 취약점(weak point)에서 발생하는 응력을 줄일 수 있어서 최대 각변위를 더 증가시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 유연한(flexible) 짐벌 구조를 제시하여 구조물의 내충격성을 높이는 방법을 제공하고자 한다.
스캐닝 마이크로 미러의 경우, 외부 충격이 들어 왔을 때 스캐너의 관성(inertia) 대부분을 차지하는 짐벌과 미러는 과도한 병진운동과 회전 운동을 수반하게 되고, 짐벌과 미러를 지지하는 수직 스프링은 결국 파괴 응력(fracture stress)에 도달하여 파괴된다.
특히, 짐벌 구조를 갖는 스캐닝 미러의 경우, 그 외측 스프링에는 미러와 더불어 짐벌의 관성(inertia)도 함께 작용하므로 충격에 더욱 취약하기 쉽고, 이는 실제 시스템 적용시 큰 약점이 되고 있다.
기존의 짐벌은 휘지 않는 스티프(stiff)한 상태를 유지하도록 설계되어져 왔다.
그러나, 짐벌을 유연(flexible) 하도록 설계한 경우, 짐벌 자체의 무게(mass)가 적어지고, 또한 충격량이 들어올 때 짐벌의 변형에 의해 충격량을 흡수할 수 있어서 시스템의 내충격성을 향상하는 효과를 가지게 된다.
또한, 본 발명은 짐벌의 과도한 회전/병진운동을 막고자 짐벌내 수직 스프링을 삽입하여 짐벌의 과도한 운동을 수직 스프링이 제한하는 스토퍼의 역할을 하게 되는 구조를 제공하여 내충격성을 향상하는 구조를 제시하고자 한다.
도 1은 일반적인 전자기력 구동 2축 스캐닝 마이크로미러의 개략도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 입사광(1)은 수직/수평 회전을 하는 마이크로미러(2)로 반사되어 그 구동각에 비례하는 화상(7)을 만들게 된다.
일반적인 스캐닝 마이크로미러는 마이크로미러(2), 수평스프링(3), 짐벌(4), 수직스프링(5), 그리고 지지단(6)으로 구성된다.
여기서, 마이크로미러(micromirror)(2)는 그 양단에서 회전축의 역할을 하면서, 구동시, 수평 복원력 토오크를 제공하는 수평 스프링(3)에 의해 지지된다.
그리고, 수평 스프링(3)은 짐벌(4)에 연결된다.
짐벌(4)은 역시 회전축의 역할을 하면서, 구동시, 수직 복원력 토오크를 제공하는 수직 스프링(5)에 의해 지지되고, 지지단(6)에 연결된다.
도 2는 도 1의 마이크로미러와 이를 지지하는 수평스프링의 평면도와 측면도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 마이크로미러(2)의 두께 h0는 수평 스프링(3)의 두께와 동일하게 나타남을 알 수 있다.
이러한 경우, 평면상에서 에지(edge)부분을 라운딩 처리를 한 경우라면, 미러의 최대 각 구동시, 최대 응력이 발생하는 수평 스프링(3)의 중앙부분에서 파괴가 일어나는 경우가 일반적이다.
도 3은 식각 공정시에 발생하는 식각 경사면을 설명하기 위한 도면으로서, 도 3에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(wafer)의 중앙영역(10)을 식각하기 위해, 웨이퍼의 가장자리 영역(9) 위에 포토레지스트(PR)층을 코팅한다.
그리고, 습식 식각 공정을 수행하면, 웨이퍼의 중앙영역과 가장자리 영역과의 경계면에는 경사면(11), 경계선(12), 취약점(weak point)(13)이 나타남을 알 수 있다.
즉, 설계에 따라 구조물의 형상을 가공하기 위해서는 습식 식각 공정을 수행해야 되는데, 이 경우, 구조물에 식각 경사면이 발생하면, 경계선(12)과 취약점(weak point)(13)에 응력 집중이 발생하게 된다.
도 4는 도 3의 습식 식각 공정을 이용하여 가공된 스프링의 단면도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 스캐닝 마이크로미러의 실제 설계시, 여러가지 요소를 고려하다 보면, 마이크로미러(2)의 두께(h0)와 수평 스프링(3)의 두께(h1)가 서로 달라지게 되는 경우가 발생하게 되고, 이를 형상화 하기 위해서 건식 식각(dry etching) 공정과 습식 식각(wet etching)공정이 적절히 섞이게 된다.
특히, 공정상 습식 식각(wet etching)이 들어가는 경우, 마스크(MASK) 경계선에서 약 54.7도의 에칭 경사면(11)이 발생하게 된다.
도 5는 마이크로미러와 수평 스프링의 두께가 다른 구조를 보여주는 도면으로서, 도 5에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(17) 위에 포토레지스트층(16)을 올리고, 마스크(15)를 이용하여 습식 식각 공정을 수행하면, 식각된 수평 스프링(14)에 경사면(11), 경사면(11)의 경계선(12) 및 취약점(weak point)(13)이 나타난다.
여기서, 경사면의 경계선(12)은 지지단의 경계선(18) 사이에 존재하게 되어, 취약점(13)들 또한, 지지단의 경계선(18) 사이에 존재하게 된다.
이와 같이, 취약점(13)들이 지지단의 경계선(18) 사이에 존재하게 되면, 파손되기 쉽다.
다시 말해, 구조물 상에 약 54.7도의 식각 경사면이 발생하게 되는 경우, 특히, 도면과 같이, 경계선(12)과 취약점(13)이 지지단 경계라인(18) 바깥쪽에 위치하는 경우, 이러한 경사면에서 응력이 발생한다면, 그 경계선(12)과 취약점(13)에는 응력 집중이 발생하여, 조금만 구동 각변위를 키워도 파괴 응력 (fracture stress)에 도달하여 이내 파손되고 만다.
가공 경계에서의 응력 집중 현상은 MEMS 스캐너의 구동 각변위를 크게 하지 못하는 요소로 작용하고 있다.
도 6은 본 발명에 따른 수평 스프링의 가공방법을 보여주는 도면으로서, 습식 식각 공정시에 발생하는 경사면 구조에서 응력 집중을 막아 시스템의 최대 구동각을 증가시킬수 있는 설계의 일예시도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에서는 웨이퍼(17) 위에 포토레지스트층(16)을 올리고, 마스크(15)를 이용하여 습식 식각 공정을 수행하면, 식각된 수평 스프링(14)에 경사면(11), 경사면(11)의 경계선(12) 및 취약점(weak point)(13)이 나타난다.
여기서, 지지단의 경계선(18)은 경사면의 경계선(12) 사이에 존재하게 되어, 취약점(13)들 또한, 경사면의 경계선(18) 사이인 지지단 위에 존재하게 된다.
이와 같이, 취약점(13)들이 지지단 위에 존재하게 되면, 안정적이다.
다시 말해, 본 발명은 식각 경사면(11)에 위치한 경계선(12)과 취약점(13)을 지지단 경계라인(18)의 안으로 넣어서 지지단 내에 위치하도록 하는 방법이다.
이와 같이, 경계선(12)과 취약점(13)이 지지단 안으로만 들어가게 되면, 그렇지 않은 경우보다 구동각이 크게 향상되고, 경계선(12)과 취약점(13)이 지지단 안으로 들어갈수록 더욱 그 효과는 커지게 된다.
이러한 지지단은 시스템의 움직임이나 변형이 발생했을 때, 움직임이나 변형이 없거나 응력(stress)가 거의 발생하지 않는 부분이므로, 본 발명에서는 수평 스프링의 끝단을 지지단 내에 형성함으로써, 구동각을 크게 향상시킬 수 있다.
도 7은 회전구동시, 폭이 일정한 구조의 수평 스프링에 나타나는 응력 분포를 보여주는 도면이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 수평 스프링(3)은 높이 h0, 폭 b0, 길이 Lo의 사각 단면보의 형태를 가진다.
이러한 단순 사각 단면보 스프링은 미러 회전 구동시, 장측(b0)면의 중간 부분에서 최대 응력 (max. stress)이 발생하며 비교적 넓은 영역에 걸쳐 분포하게 된다.
도 8은 회전구동시, 본 발명의 수평 스프링에 나타나는 응력 분포를 보여주는 도면이다.
본 발명의 수평 스프링은 도 8에 도시된 바와 같이, 수평 스프링(3)의 폭 b가 양끝단 b0에서 중앙 b1으로 갈수록 좁아지는 구조를 가지고 있다.
본 발명의 수평 스프링(3)은 단순 사각 단면보의 형태에서 벗어나 단면의 폭을 b0에서 b1으로 변화가 있는 보(beam)의 형태를 가지고 있다.
이러한 형태는 MEMS 가공에서 마스크 패턴(MASK pattern)을 수정하고 건식 반응성 이온 에칭(DRIE etching) 등의 가공 방법으로 쉽고, 간단하게 구현이 가능하다.
미러가 회전 구동을 하는 경우, 단순 사각보의 스프링에서 최대 응력은 장측면 중앙 영역에서 발생하게 된다.
일반적으로 토션(torsion) 구동을 하는 마이크로미러의 경우, 이론대로 스프링의 장측면 중앙부분에서 파손되는 경우보다 가공 방법에 의해 발생하는 가공 경계선 및 취약점(weak point)에서 응력 집중(stress concentration) 현상에 의해 파손되는 경우가 많다.
그런데, 도 8과 같이, 잘록한 형태의 스프링을 적용하여 최대 응력이 발생하는 영역을 중앙으로 모으고 응력 집중(stress concentration)이 발생하는 부위의 응력을 상대적으로 줄이게 되면, 마이크로 미러의 최대 구동각을 더 증가 시킬 수 있다.
도 9은 일반적인 마이크로미러 시스템을 보여주는 도면으로서, 도 9에 도시된 바와 같이, MEMS기술로 제작된 스캐닝 마이크로미러는 충격에 약하다.
특히 짐벌과 미러의 관성(inertia)에 의해, 짐벌에 접한, 최외측 스프링인 수직 스프링에서의 파손이 일반적이다.
도 10은 본 발명에 따른 마이크로미러 시스템을 보여주는 도면으로서, 짐벌 안으로 수직 스프링을 집어넣은 구조를 갖는다.
본 발명은 도 10에 도시된 바와 같이, 기판, 미러판(20), 제 1 짐벌(30), 제 2 짐벌(40), 제 1, 제 2, 제 3 탄성체(50, 60, 70)를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 기판(도시되지 않음)은 중심부에 오픈영역을 가지고, 기판 위에 지지단(10)이 형성되어 제 1 탄성체(50)와 연결되고 있다.
그리고, 미러판(20)은 기판의 오픈영역에 위치하고, 제 1, 제 2, 제 3 탄성체(50, 60, 70)를 회전축으로 구동한다.
이어, 제 1 짐벌(30)은 기판의 지지단(10)과 미러판(20) 사이의 오픈영역에 위치하여 오픈영역의 X축을 따라, 미러판(20) 방향으로 굴곡되는 제 1 굴곡부(70)를 갖는다.
그리고, 제 2 짐벌(40)은 제 1 짐벌(30)과 미러판(20) 사이의 오픈영역에 위치하여 제 1 짐벌(30)의 제 1 굴곡부(70)를 따라 형성되는 제 2 굴곡부(80)를 갖는다.
여기서, 제 1, 제 2 짐벌(30, 40)은 X축 방향의 폭이 Y축 방향의 폭보다 더 큰 타원 형태를 가지는데, 제 1 굴곡부(70)의 일측과 기판 지지단(10) 사이의 거리는 제 1 굴곡부(70)의 타측과 미러판(20) 사이의 거리보다 더 크고, 제 2 굴곡부(80)의 일측과 기판 지지단(10) 사이의 거리는 제 2 굴곡부(80)의 타측과 미러판(20) 사이의 거리보다 더 큰 것이 바람직하다.
이와 같이, 제 1, 제 2 짐벌(30, 40)에 굴곡부를 형성하는 이유는 후술하기로 한다.
이어, 제 1 탄성체(50)는 기판 지지단(10)과 제 1 짐벌(30)의 제 1 굴곡부(70)를 연결하는 수직 스프링으로서, 제 1 짐벌(30)은 제 1 탄성체(50)를 회전축으로 하여 회전구동한다.
그리고, 제 2 탄성체(60)는 오픈영역의 Y축을 따라, 제 1, 제 2 짐벌(30, 40)을 연결하는 수평 스프링으로서, 제 2 짐벌(40)은 제 2 탄성체(60)를 회전축으로 하여 회전구동할 수 있다.
이어, 제 3 탄성체(70)는 오픈영역의 Y축을 따라, 제 2 짐벌(40)과 미러판(20)을 연결하는 수평 스프링으로서, 양끝단과 중심부의 폭이 서로 다르게 형성된다.
여기서, 제 3 탄성체(70)의 폭은 도 8에 도시된 바와 같이 양끝단(b0)으로부터 중심부(b1)로 갈수록 점차적으로 좁아진다.
즉, 제 3 탄성체(70)의 상/하부면은 양끝단의 폭이 중심부의 폭보다 더 넓게 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 제 3 탄성체(70)의 상/하부면은 편평한 면을 가지고, 양측면은 휘어진 만곡면을 갖는다.
여기서, 제 3 탄성체(70)는 제 1 끝단이 제 2 짐벌(40)의 지지대(90)에 연결되고, 제 2 끝단이 미러판(20)의 지지대(100)에 연결된다.
지지대(90, 100)의 두께는 제 3 탄성체(70)의 제 1, 제 2 끝단보다 두꺼운 것이 바람직하며, 제 3 탄성체(70)의 제 1 끝단과 제 2 짐벌(40)의 지지대(90) 사이의 연결영역은 소정의 기울기로 경사진 제 1 경사면을 가지고, 제 3 탄성체(70)의 제 2 끝단과 미러판(20)의 지지대(100) 사이의 연결영역은 소정의 기울기로 경사진 제 2 경사면을 가진다.
이때, 제 1 경사면의 경계라인과 제 2 경사면의 경계라인 사이에는 지지대(90, 100)의 경계 라인이 존재하는 것이 바람직하다.
또한, 도 10에서, 제 2 굴곡부(40)의 일측과 미러판(20) 사이의 거리는 제 3 탄성체(70)의 길이와 동일할 수도 있다.
그리고, 제 1 짐벌(30)의 내주면과 제 2 짐벌(40)의 외주면은 서로 마주보며, 서로 마주보는 모든 면은 동일한 간격을 유지하는 것이 바람직하다.
이어, 제 1 짐벌(30)은 제 2 탄성체(60)의 끝단과 연결되도록, Y축 방향을 따라, 미러판(20)의 반대방향으로 홈(110)이 더 형성될 수도 있다.
경우에 따라서, 제 1 짐벌(30)은 제 1 탄성체(50)의 끝단과 연결되는 영역에 X축 방향으로 홈이 형성될 수도 있다.
또한, 제 2 짐벌(40)은 제 3 탄성체(70)의 끝단과 연결되는 영역에 Y축 방향으로 홈이 형성될 수도 있다.
그리고, 제 1 짐벌(30)과 제 2 짐벌(40)의 폭은 서로 동일할 수도 있다.
이어, 제 1, 제 2, 제 3 탄성체(50, 60, 70)는 서로 다른 길이를 가지고, 서로 동일한 폭을 가질 수도 있다.
여기서, 제 1, 제 2, 제 3 탄성체(50, 60, 70)들 중 적어도 어느 하나는 양 끝영역에서 중심영역 방향으로 점차적으로 줄어드는 폭을 가질 수 있다.
그리고, 제 1, 제 2, 제 3 탄성체(50, 60, 70)들 중 적어도 어느 하나의 상/하부면은 편평한 면을 가지고, 양측면은 휘어진 만곡면을 가질 수 있다.
다음, 제 1 탄성체(70)는 제 1 굴곡부(70) 내에 위치하는 내측영역과 제 1 굴곡부(70) 외부에 위치하는 외측영역으로 구분될 수 있는데, 내측영역의 길이가 외측영역의 길이보다 더 길게 형성되는 것이 바람직하다.
따라서, 제 1, 제 2 짐벌(30, 40)은 제 1, 제 2 굴곡부(70, 80)으로 인하여 외부로부터 충격과 같은 소정의 힘이 가해지면, 오픈영역의 Z축 방향으로 이동가능하게 설계된 구조이다.
즉, 본 발명은 짐벌 안으로 스프링이 삽입되어, 스캐너 전체 폭 축소 효과와 더불어 외부 충격과 같은 상황에서 짐벌의 과도한 움직임이 수직 스프링에서 제한이 된다.
그러므로, 수직 스프링이 충격에 대해 시스템의 큰 변위가 발생하는 것을 방지하는 스토퍼의 역할을 할 수 있게 되어 내충격성에 향상을 가져올 수 있다.
다른 실시예로서, 본 발명은 기판, 미러판, 적어도 하나의 짐벌, 제 1 탄성체, 제 2 탄성체을 포함하여 구성될 수도 있다.
여기서, 짐벌은 하나이거나, 또는 복수개일 수도 있으며, 기판의 지지단과 미러판 사이의 오픈영역에 위치할 수 있다.
그리고, 제 1 탄성체는 오픈영역의 X축을 따라, 기판과 짐벌을 연결하고, 제 2 탄성체는 오픈영역의 Y축을 따라, 짐벌과 미러판을 연결하고, 양끝 영역에서 중심영역 방향으로 점차로 줄어드는 폭을 가질 수 있다.
경우에 따라, 짐벌은 오픈영역의 X축을 따라, 미러판 방향으로 굴곡되는 굴곡부를 가질 수 있는데, 제 1 탄성체는 짐벌의 굴곡부에 연결될 수 있다.
즉, 본 발명은 다른 실시예로서, 하나의 짐벌을 가질 수도 있으며, 이 경우에는 탄성체는 2개일 수 있으며, 짐벌과 미러판 사이에 연결되는 탄성체는 양끝 영역에서 중심영역 방향으로 점차로 줄어드는 폭을 가질 수 있다.
도 11은 휘지 않는 스티프(stiff)한 구조의 짐벌을 갖는 스캐너에서 충격 발생시 변형되는 형태를 보여주는 도면이다.
도 11과 같이, 들어온 충격량에 대해 마이크로미러와 짐벌이 거의 한몸으로 병진과 회전운동이 발생하고, 수직 스프링이 이를 지지하면서 변형하고 있는 상황을 보여주고 있다.
이 경우, 충격량을 거의 모두 수직 스프링에서 감당하고 있어서, 이내 파괴 응력에 도달하고 파손되는 경우가 일반적이다.
도 12는 본 발명에 따른 휨이 가능한 플랙시블(flexible)한 짐벌 구조를 갖는 스캐너에서 충격 발생시 변형되는 형태를 보여주는 도면이다.
본 발명의 플랙시블(Flexible)한 짐벌은 스티브(stiff)한 짐벌보다 그 두께나 폭을 줄여 상대적으로 구동이나 충격에 대해 변형이 발생할 수 있는 짐벌을 의미한다.
도 12와 같이, 들어온 충격에 대해 짐벌에서 변형이 발생하여 충격을 일부 흡수하고 있어서, 제일 취약한 수직 스프링에 전해지는 충격량을 분산하게 된다.
즉, 본 발명의 짐벌 구조를 갖는 스캐너는 충격량이 발생했을 때, 유연한 짐벌에서 변형이 발생하여, 수직 스프링에 전해지는 충격량이 분산됨으로써, 수직 스프링의 변형량이 줄어들고, 발생 응력이 줄어들게 되어서, 스티프(stiff)한 짐벌 구조의 스캐너보다 상대적으로 내충격성이 우수하다.
발명의 실시를 위한 형태는 발명의 실시를 위한 최선의 형태에서 함께 기술되었다.
본 발명에 따른 스캐닝 마이크로미러의 실시예는 디스플레이 분야 등에 이용될 수 있다.

Claims (20)

  1. 오픈영역을 갖는 기판;
    상기 오픈영역에 위치하는 미러판;
    상기 기판과 미러판 사이의 오픈영역에 위치하여 상기 오픈영역의 X축을 따라, 상기 미러판 방향으로 굴곡되는 제 1 굴곡부를 갖는 제 1 짐벌(gimbal);
    상기 제 1 짐벌과 미러판 사이의 오픈영역에 위치하여 상기 제 1 짐벌의 제 1 굴곡부를 따라 형성되는 제 2 굴곡부를 갖는 제 2 짐벌;
    상기 기판과 상기 제 1 짐벌의 제 1 굴곡부를 연결하는 제 1 탄성체;
    상기 오픈영역의 Y축을 따라, 상기 제 1 짐벌과 제 2 짐벌 사이를 연결하는 제 2 탄성체; 그리고,
    상기 오픈영역의 Y축을 따라, 상기 제 2 짐벌과 상기 미러판을 연결하는 제 3 탄성체를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 스캐닝 마이크로미러.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1, 제 2 짐벌은 X축 방향의 폭이 Y축 방향의 폭보다 더 큰 타원형인 것을 특징으로 하는 스캐닝 마이크로미러.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 굴곡부의 일측과 상기 기판 사이의 거리는 상기 제 1 굴곡부의 타측과 상기 미러판 사이의 거리보다 더 큰 것을 특징으로 하는 스캐닝 마이크로미러.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 굴곡부의 일측과 상기 기판 사이의 거리는 상기 제 2 굴곡부의 타측과 상기 미러판 사이의 거리보다 더 큰 것을 특징으로 하는 스캐닝 마이크로미러.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 굴곡부의 일측과 상기 미러판 사이의 거리는 상기 제 3 탄성체의 길이와 동일한 것을 특징으로 하는 스캐닝 마이크로미러.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 짐벌의 내주면과 제 2 짐벌의 외주면은 서로 마주보며, 상기 서로 마주보는 모든 면은 동일한 간격을 유지하는 것을 특징으로 하는 스캐닝 마이크로미러.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 짐벌은 상기 제 2 탄성체의 끝단과 연결되는 영역에 Y축 방향으로 홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 스캐닝 마이크로미러.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 짐벌은 상기 제 1 탄성체의 끝단과 연결되는 영역에 X축 방향으로 홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 스캐닝 마이크로미러.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 짐벌은 상기 제 3 탄성체의 끝단과 연결되는 영역에 Y축 방향으로 홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 스캐닝 마이크로미러.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 짐벌과 제 2 짐벌의 폭은 서로 동일한 것을 특징으로 하는 스캐닝 마이크로미러.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 짐벌과 제 2 짐벌은 외부 힘에 의해 상기 오픈영역의 Z축 방향으로 이동가능한 것을 특징으로 하는 스캐닝 마이크로미러.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1, 제 2, 제 3 탄성체는 서로 다른 길이를 가지고, 서로 동일한 폭을 갖는 것을 특징으로 하는 스캐닝 마이크로미러.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 탄성체는 상기 제 1 굴곡부 내에 위치하는 내측영역과 상기 제 1 굴곡부 외부에 위치하는 외측영역으로 구분되고, 상기 내측영역의 길이가 상기 외측영역의 길이보다 더 긴 것을 특징으로 하는 스캐닝 마이크로미러.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1, 제 2, 제 3 탄성체들 중 적어도 어느 하나는 양 끝영역에서 중심영역 방향으로 점차적으로 줄어드는 폭을 갖는 것을 특징으로 하는 스캐닝 마이크로미러.
  15. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1, 제 2, 제 3 탄성체들 중 적어도 어느 하나의 상/하부면은 편평한 면을 가지고, 양측면은 휘어진 만곡면을 갖는 것을 특징으로 하는 스캐닝 마이크로미러.
  16. 제 1 항에 있어서, 상기 제 3 탄성체는 제 1 끝단이 상기 제 2 짐벌의 지지대에 연결되고, 제 2 끝단이 상기 미러판의 지지대에 연결되며, 상기 지지대의 두께는 상기 제 3 탄성체의 제 1, 제 2 끝단보다 더 두꺼운 것을 특징으로 하는 스캐닝 마이크로미러.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 제 3 탄성체의 제 1 끝단과 상기 제 2 짐벌의 지지대 사이의 연결영역은 소정의 기울기로 경사진 제 1 경사면을 가지고, 상기 제 3 탄성체의 제 2 끝단과 상기 미러판의 지지대 사이의 연결영역은 소정의 기울기로 경사진 제 2 경사면을 가지며, 상기 제 1 경사면의 경계라인과 제 2 경사면의 경계라인 사이에는 상기 지지대의 경계 라인이 존재하는 것을 특징으로 하는 스캐닝 마이크로미러.
  18. 오픈영역을 갖는 기판;
    상기 오픈영역에 위치하는 미러판;
    상기 기판과 미러판 사이의 오픈영역에 위치하는 짐벌(gimbal);
    상기 오픈영역의 X축을 따라, 상기 기판과 상기 짐벌을 연결하는 제 1 탄성체; 그리고,
    상기 오픈영역의 Y축을 따라, 상기 짐벌과 상기 미러판을 연결하고, 양끝 영역에서 중심영역 방향으로 점차로 줄어드는 폭을 갖는 제 2 탄성체를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 스캐닝 마이크로미러.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 짐벌은 상기 오픈영역의 X축을 따라, 상기 미러판 방향으로 굴곡되는 굴곡부를 갖는 것을 특징으로 하는 스캐닝 마이크로미러.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 제 1 탄성체는 상기 짐벌의 굴곡부에 연결되는 것을 특징으로 하는 스캐닝 마이크로미러.
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