초록 ▼

□ 연구개요
- 본 연구는 가동 마이크로 미러를 이용하여 레이저 광원으로부터 토출된 입사광을 원하는 궤적으로 스캔할 수 있는 MEMS 기술 기반의 초소형 스캐너를 구현하기 위한 핵심 원천 기술을 개발하는 것을 목표로 함. 기존 MEMS 스캐너의 한계 성능을 분석하고, 이를 통하여 기존 기술의 한계를 뛰어넘는 세계 최고 수준의 차세대 MEMS 스캐너 원천 기술을 개발하고자 함
- 종래의 정전력 및 전자력 구동 방식과는 차별화 된 높은 구동력을 생성할 수 있고, thin film 형태의 압전 물질의 한계인 대변위 발생 시의

□ 연구개요
- 본 연구는 가동 마이크로 미러를 이용하여 레이저 광원으로부터 토출된 입사광을 원하는 궤적으로 스캔할 수 있는 MEMS 기술 기반의 초소형 스캐너를 구현하기 위한 핵심 원천 기술을 개발하는 것을 목표로 함. 기존 MEMS 스캐너의 한계 성능을 분석하고, 이를 통하여 기존 기술의 한계를 뛰어넘는 세계 최고 수준의 차세대 MEMS 스캐너 원천 기술을 개발하고자 함
- 종래의 정전력 및 전자력 구동 방식과는 차별화 된 높은 구동력을 생성할 수 있고, thin film 형태의 압전 물질의 한계인 대변위 발생 시의 기계적인 안정성 문제를 근본적으로 해결할 수 있는 새로운 형태의 MEMS 구동 메커니즘을 개발하고자하며, 이를 위하여 bulk PZT를 단결정 실리콘과 결합할 수 있는 새로운 구조와 공정을 개발하고, 간접 구동 방식인 각변위 증폭 메커니즘을 이용하여 각변위를 극대화 하고자 함

□ 연구 목표대비 연구결과
1. 1차년도: Bulk PZT 기반 스캐너 feasibility test
- Cantilever type PZT plate를 이용한 실리콘 미러 구동 실험 및 시뮬레이션
- 유한 요소 해석과 집중 질량 모델을 이용한 각변위 증폭 메커니즘 개발
- 유한 요소 해석을 이용한 동적 변형 억제 반사면 지지 구조 개발
- 스캐너 기본 구조에 대한 조립 공정 개발
- 1축 및 2축 구동 실험
2. 2차년도: 스캐너 구조/공정 최적화
- 30kHz급 스캐너 구조 설계, 제작 및 성능 평가
- 시뮬레이션을 통한 각변위 증폭 메커니즘 및 반사면 지지 구조 최적화
- 스캐너 구조 단순화 및 소형화 요구를 반영한 스캐너 제작 공정 설계
- 전자력 기반 각변위 검출 센서 집적화 및 성능 평가
3. 3차년도: 스캐너 성능 최적화
- 40kHz급 스캐너 구조 설계 및 제작
- 스캐너 제작 공정 및 각변위 증대를 위한 패키징 공정 최적화
- 각변위 검출 센서 및 구동 회로 최적화 및 성능 평가

□ 연구개발결과의 중요성
- 본 연구에서는 bulk PZT를 이용한 새로운 MEMS 소자 구동 방식을 제안하고, 그 가능성을 확인함. 개발된 소자는 기존의 정전력 및 thin-film 압전 물질을 이용한 구동 방식 대비 단순한 구조로 압전 물질의 큰 구동력을 활용할 수 있으며, 전자력 구동과 달리 조립 이후 소자의 크기를 최대한 억제할 수 있음
- 유도 기전력을 이용한 새로운 방식의 각변위 센서를 개발하였으며, 공정 마지막 단계에 코일을 형성할 수 있고, 구조가 간단하며, 상대적으로 센서 신호가 커서 다양한 분야에 적용 가능한 장점이 있음
- 외국 기관의 연구 사례에서 볼 수 있듯이 MEMS 스캐너 기술은 레이저 기반의 프로젝션 디스플레이 및 스캐닝 방식 TOF LIDAR 센서의 개발에 있어 핵심적인 기술로, 프로젝션 디스플레이의 경우 초기 시장 진입 단계이고, TOF 센서 기술은 초기 연구 단계임. 관련 기술 개발을 상용 제품과 군사 및 우주 개발과 같은 첨단 분야를 아우르는 다양한 응용 분야에서 기술 선점 효과를 얻을 수 있을 것으로 기대됨

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 가. 연구의 개요 ... 4
• 나. 연구개발의 필요성 ... 4
• 다. 연구의 가설 및 최종목표 ... 6
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 8
• 가. Bulk PZT 기반 구동 메커니즘 개발 ... 8
• 나. 각변위 증폭 메커니즘 개발 ... 8
• 다. 동적 변형 억제를 위한 반사면 지지 구조 개발 ... 9
• 라. 스캐너 단위 공정 개발 ... 10
• 마. 스캐너 기본 성능 평가 ... 10
• 바. 스캐너 성능 고도화 기술 개발 ... 11
• 사. 각변위 증폭 메커니즘 및 반사면 지지 구조 최적화 ... 13
• 아. 스캐너 제작 공정 확립 ... 13
• 자. 각변위 검출 센서 집적화 및 구동 회로 제작 ... 14
• 차. 스캐너 구조 및 성능 최적화 ... 14
• 카. 스캐너 제작 공정 최적화 ... 15
• 타. 각변위 검출 센서 및 구동 회로 최적화 ... 16
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 18
• 가. 기술·학술적 중요성 ... 18
• 나. 경제·사회적 중요성 ... 18
• 4. 참고문헌 ... 19
• 5. 연구성과 ... 20
• 대표적 연구실적 ... 22
• 끝페이지 ... 36