KR100898129B1 - 녹색 레이저 모듈 패키지 - Google Patents

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Abstract

녹색 레이저 모듈 패키지가 개시된다. 본 발명의 실시예에 따르면 녹색 파장대의 레이저광을 생성하는 녹색 레이저 모듈 패키지에 있어서, 상기 녹색 레이저 모듈 패키지의 기저면에 위치하는 스템(stem); 펌프광을 생성하여 출력하는 펌핑 광원; 상기 펌프광을 입력받아 적외광으로 변환 출력하는 레이저 매질; 상기 적외광을 입력받아 녹색 파장대의 레이저광으로 변환 출력하는 광학 크리스털; 상기 스템 상에 위치하고, 상기 펌핑 광원과 열적으로 결합하여 상기 펌핑 광원의 동작 온도를 제어하는 제1 열전 소자(thermoelectric element); 상기 광학 크리스털로부터 출력된 녹색 레이저광을 상기 펌핑 광원의 광축에 수직하는 방향으로 반사시키는 반사 미러; 및 상기 반사 미러에 의해 수직 반사된 상기 녹색 레이저광을 상기 녹색 레이저 모듈 패키지 외부로 출력될 수 있도록 투과시키는 투과창을 포함하는 녹색 레이저 모듈 패키지가 제공된다. 본 발명에 의하면 녹색 레이저 모듈을 구성하는 소자들의 동작 온도를 제어함으로써 외부 온도 및 내부 열 등에 의한 영향을 줄이는 동시에 제작된 녹색 레이저 모듈의 크기, 부피를 최소화할 수 있는 효과가 있다.
녹색 레이저, 열전 소자, 펌핑 광원, 반사 미러.

Description

녹색 레이저 모듈 패키지{Green laser module package}
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따라 수평 배치 구조를 갖는 녹색 레이저 모듈 패키지의 개략적인 구성을 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따라 수평 배치 구조를 갖는 녹색 레이저 모듈 패키지의 개략적인 구성을 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따라 수평 배치 구조을 갖는 녹색 레이저 모듈 패키지의 개략적인 구성을 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따라 수직 배치 구조를 갖는 녹색 레이저 모듈 패키지의 개략적인 구성을 나타낸 도면.
도 5는 도 4에 도시된 녹색 레이저 모듈 패키지의 일부분을 일 방향에 따라 바라본 도면.
도 6은 본 발명의 제5 실시예에 따라 수직 배치 구조를 갖는 녹색 레이저 모듈 패키지의 개략적인 구성을 나타낸 도면.
도 7은 본 발명의 제6 실시예에 따라 수직 배치 구조를 갖는 녹색 레이저 모듈 패키지의 개략적인 구성을 나타낸 도면.
도 8은 도 7에 도시된 녹색 레이저 모듈 패키지를 위에서 바라본 도면.
도 9는 본 발명의 제7 실시예에 따라 수직 배치 구조를 갖는 녹색 레이저 모듈 패키지의 개략적인 구성을 나타낸 도면.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
110 : 펌핑 광원 120 : 레이저 매질
130 : 광학 크리스털 140 : 반사 미러
150 : 열전 소자 160 : 광검출기
170 : 서미스터 180 : 스템
185 : 탑재부 190 : 투과창
본 발명은 레이저 모듈 패키지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 녹색 파장대의 레이저광을 생성하는 녹색 레이저 모듈 패키지(Green laser module package)에 관한 것이다.
최근 컬러 디스플레이 기술이 발달함에 따라 TV, 모니터 등의 대형 디스플레이 장치는 물론 휴대 단말기, PDA(Personal Digital Assistants), PMP(Portable Multimedia Player) 등의 소형 디스플레이 장치에 대한 수요도 날로 증가하고 있다. 이러한 컬러 영상을 생성함에 있어서 백색 광원으로부터 조사된 광을 컬러 필 터 등을 통하여 빛의 3원색이 적색, 청색, 녹색으로 분리하여 사용하는 방식이 이용되기도 하지만, 적색, 청색, 녹색의 3색 광원을 별도로 두고 동시 또는 순차 조사하는 방식을 이용할 수도 있다.
이때, 적색 광원 또는 청색 광원은 단일 레이저 다이오드 광원으로서 적색광 또는 청색광을 생성시킬 수 있는 반면, 녹색 광원은 단일 레이저 다이오드 광원으로서 직접 녹색광을 생성시키는 것은 상용화 수준에 못미치는 문제가 있다. 따라서, 녹색 광원의 경우 펌핑 광원으로부터 출력된 펌프광을 레이저 매질로 통과시켜 적외광으로 변환시킨 후, 다시 소정의 광학 크리스털로 통과시켜 녹색광으로 변환 생성시키는 방식이 이용된다. 예를 들어, 펌핑 광원으로부터 808nm 파장의 펌프광이 출력되는 경우를 가정할 때, 펌프광은 레이저 매질을 거치면서 1064nm 파장의 적외광으로 변환되고, 다시 광학 크리스털을 거치면서 532nm 파장의 녹색 파장대를 갖는 레이저광으로 변환됨으로써 녹색광이 생성될 수 있다.
그러나 종래 기술에 따른 녹색 레이저 모듈 패키지에 의하면, 패키지 외부의 온도 변화 또는 패키지 내부에서의 녹색 레이저 모듈의 동작에 따라 자체 발생하는 열에 의하여 펌핑 광원, 레이저 매질, 광학 크리스털 등의 패키지 내부의 각 소자가 영향을 받아 출력광의 파장과 파워가 변화하는 문제점이 있었다. 예를 들어, 펌핑 광원의 경우에는 패키지 내부의 온도가 1℃ 상승할 때마다 펌핑 광원으로부터 생성되는 펌프광의 파장이 약 0.3nm 만큼씩 변화하게 되며, 이러한 이유로 기제작된 녹색 레이저 모듈이 원래 의도한 출력의 녹색 레이저광을 생성하지 못하고 광출력이 불안정하게 흔들리는 문제가 발생할 수 있다. 특히, 적색 레이저 모듈 또는 청색 레이저 모듈의 경우 그 정상 동작을 위해 요구되는 동작 온도 범위가 대략 -10 ~ 50℃인 것에 비해, 녹색 레이저 모듈의 경우 정상 동작에 필요한 동작 온도 범위는 대략 25 ~ 35℃로서 그 허용폭이 훨씬 작다.
따라서, 녹색 레이저 모듈 패키지의 보다 정확하고 안정적인 동작을 보장하기 위해서는 녹색 레이저 모듈 패키지를 구성하는 주요 소자들에 대하여 각 소자의 동작 온도를 적절히 조절해줄 필요가 있다. 또한, 녹색 레이저 모듈을 구성하는 각 소자(즉, 펌핑 광원, 레이저 매질, 광학 크리스털 등)마다 온도, 열에 대한 민감도 및 요구되는 동작 온도가 상이하게 나타날 수 있으므로, 소자별로 분리하여 동작 온도를 제어해줄 필요가 있다.
따라서, 본 발명은 녹색 레이저 모듈을 구성하는 소자들의 동작 온도를 정밀히 제어함으로써 오동작을 방지하고, 녹색 레이저 모듈의 동작 정확성, 신뢰도 및 안정성을 극대화시킬 수 있는 녹색 레이저 모듈 패키지를 제공한다.
또한, 본 발명은 열전 소자를 이용하여 외부 온도 및 내부 열 등에 의한 영향을 줄이는 동시에 녹색 레이저 모듈의 크기, 부피를 최소화할 수 있는 녹색 레이저 모듈 패키지를 제공한다.
또한, 본 발명은 제작된 녹색 레이저 모듈 패키지의 크기 및 부피를 줄여 휴대폰, PMP 등의 소형 컬러 디스플레이 장치에도 적용 가능한 녹색 레이저 모듈 패키지를 제공한다.
본 발명의 이외의 목적들은 하기의 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 녹색 파장대의 레이저광을 생성하는 녹색 레이저 모듈 패키지에 있어서, 상기 녹색 레이저 모듈 패키지의 기저면에 위치하는 스템(stem); 펌프광을 생성하여 출력하는 펌핑 광원; 상기 펌프광을 입력받아 적외광으로 변환 출력하는 레이저 매질; 상기 적외광을 입력받아 녹색 파장대의 레이저광으로 변환 출력하는 광학 크리스털; 상기 스템 상에 위치하고, 상기 펌핑 광원과 열적으로 결합하여 상기 펌핑 광원의 동작 온도를 제어하는 제1 열전 소자(thermoelectric element); 상기 광학 크리스털로부터 출력된 녹색 레이저광을 상기 펌핑 광원의 광축에 수직하는 방향으로 반사시키는 광학 부품; 및 상기 광학 부품에 의해 수직 반사된 상기 녹색 레이저광이 상기 녹색 레이저 모듈 패키지 외부로 출력될 수 있도록 투과시키는 투과창을 포함하는 녹색 레이저 모듈 패키지가 제공될 수 있다.
여기서, 상기 펌핑 광원은 808nm 파장의 펌프광을 출력할 수 있다. 이때, 상기 레이저 매질은 상기 808nm 파장의 펌프광을 1064nm 파장의 적외광으로 변환하고, 상기 광학 크리스털은 상기 1064nm 파장의 적외광을 532nm 파장의 레이저광으로 변환할 수 있다.
여기서, 상기 레이저 매질은 Nd:YVO4(Neodymium:Yttrium Vanadate)이고, 상 기 광학 크리스털은 KTP 크리스털(Potassium-titanyl-phosphate crystal)일 수 있다. 이때, 상기 레이저 매질의 광출력면과 상기 광학 크리스털의 광입력면은 면접(面接)할 수 있다.
여기서, 상기 레이저 매질 및 상기 광학 크리스털은 상기 제1 열전 소자 상에 위치하되, 상기 레이저 매질 및 상기 광학 크리스털은 상기 제1 열전 소자에 의해 동작 온도가 제어될 수 있다.
여기서, 상기 레이저 매질 및 상기 광학 크리스털은 상기 펌핑 광원의 광축과 동일한 광축을 갖도록 배치될 수 있다.
여기서, 상기 투과창을 통해 외부로 출력되는 녹색 레이저광의 광축은 상기 녹색 레이저 모듈 패키지의 중심축과 일치할 수 있다.
본 발명은 상기 펌핑 광원의 동작 온도를 측정하여 상기 제1 열전 소자에 전달하는 서미스터(thermistor)를 더 포함할 수 있다.
본 발명은 상기 녹색 레이저광의 광출력 세기를 모니터링하기 위한 광검출기를 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 광검출기는 상기 투과창에 의해 일부 반사되는 녹색 레이저광을 검출하여 상기 광출력 세기를 모니터링할 수 있다. 이를 위하여 상기 투과창은 상기 녹색 레이저 모듈 패키지 외부로 출력되는 녹색 레이저광의 광축의 직교면을 기준으로 소정 각도만큼 경사지게 배치되되, 상기 광검출기는 상기 경사 배치된 투과창에 의해 일부 반사된 녹색 레이저광을 입력받을 수 있는 위치에 배치될 수 있다.
여기서, 상기 광검출기는 밴드갭이 1.6eV 이상인 화합물 반도체를 광흡수층 으로 할 수 있다. 이때, 상기 광검출기는 실리콘(Si)을 상기 광흡수층으로 하되, 상기 광검출기의 전면, 후면 또는 양면에는 808nm 및 1064nm 파장의 적외광에 대해서는 0.5 이상의 반사율을 가지고, 532nm 파장의 녹색광에 대해서는 0.5 이하의 반사율을 갖는 유전체 박막을 코팅할 수 있다. 또한, 상기 광검출기는 CdS, InGaN, AlGaN을 상기 광흡수층으로 할 수 있다. 또한, 상기 광검출기의 광입력단의 전면에는 808nm 및 1064nm 파장의 적외광은 반사 또는 흡수하고 532nm 파장의 녹색광에 대해서는 투과시키는 광학 필터가 더 구비될 수 있다.
본 발명은 상기 레이저 매질 및 상기 광학 크리스털의 동작 온도를 제어하는 제2 열전 소자를 더 포함하되, 상기 레이저 매질 및 상기 광학 크리스털은 상기 제2 열전 소자에 의해 상기 펌핑 광원과 분리되어 동작 온도가 제어될 수 있다. 여기서, 상기 제1 열전 소자와 상기 제2 열전 소자 사이의 분리 공간에 대응하는 상기 스템의 소정 영역은 열차단 물질로 이루어져 상기 제1 열전 소자와 상기 제2 열전 소자 간을 열적으로 분리시킬 수 있다.
여기서, 상기 녹색 레이저 모듈 패키지의 구동에 이용되는 전압을 인가하기 위한 복수의 리드를 더 포함하되, 상기 복수의 리드는 상기 열차단 물질로 이루어진 상기 스템의 소정 영역을 관통하여 연결될 수 있다.
본 발명은 상기 레이저 매질 및 상기 광학 크리스털의 동작 온도를 측정하여 상기 제2 열전 소자에 전달하기 위한 서미스터를 별도로 하나 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 녹색 레이저 모듈 패키지는 원통 형태로 제작될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 녹색 파장대의 레이저광을 생성하는 녹색 레 이저 모듈 패키지에 있어서, 상기 녹색 레이저 모듈 패키지의 기저면에 위치하는 스템(stem); 펌프광을 생성하여 출력하는 펌핑 광원; 상기 펌프광을 입력받아 적외광으로 변환 출력하는 레이저 매질; 상기 적외광을 입력받아 녹색 파장대의 레이저광으로 변환 출력하는 광학 크리스털; 상기 스템 상에 위치하고, 상기 펌핑 광원과 열적으로 결합하여 동작 온도를 제어하는 열전 소자(thermoelectric element); 일면에 상기 펌핑 광원을 탑재하고, 타면은 상기 열전 소자 상에 안착되는 탑재부; 및 상기 광학 크리스털로부터 출력되는 녹색 레이저광이 상기 녹색 레이저 모듈 패키지 외부로 출력될 수 있도록 투과시키는 투과창을 포함하는 녹색 레이저 모듈 패키지가 제공될 수 있다.
여기서, 상기 레이저 매질 및 상기 광학 크리스털은 상기 펌핑 광원의 광축과 동일한 광축을 갖도록 배치될 수 있다.
여기서, 상기 투과창을 통해 외부로 출력되는 녹색 레이저광의 광축은 상기 녹색 레이저 모듈 패키지의 중심축과 일치할 수 있다.
여기서, 상기 탑재부의 상기 일면은 상기 타면에 직교하는 방향의 면일 수 있다. 이때, 상기 탑재부의 상기 타면은 상기 열전 소자 상의 전면(全面)에 안착될 수 있다.
여기서, 상기 탑재부는 열전도성 재료로 제작되되, 상기 열전 소자는 상기 탑재부를 매개하여 상기 펌핑 광원과 열적으로 결합할 수 있다. 이때, 상기 레이저 매질 및 상기 광학 크리스털은 상기 탑재부의 상기 일면에 탑재되고, 상기 탑재부에 의해 매개되어 상기 열전 소자와 열적으로 결합될 수 있다.
본 발명은 상기 녹색 레이저광의 광출력 세기를 모니터링하기 위한 광검출기를 더 포함할 수 있다.
본 발명은 상기 광학 크리스털로부터 출력된 녹색 레이저광을 입력받아 일부는 상기 광검출기로 향하고, 나머지는 상기 투과창으로 향하도록 분리 출력시키는 빔 스플리터(beam splitter)를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 투과창은 상기 녹색 레이저 모듈 패키지 외부로 출력되는 녹색 레이저광의 광축의 직교면을 기준으로 소정 각도만큼 경사지게 배치되되, 상기 광검출기는 상기 경사 배치된 투과창에 의해 일부 반사된 녹색 레이저광을 입력받을 수 있는 위치에 배치될 수 있다.
여기서, 상기 녹색 레이저 모듈 패키지는 원통 형태로 제작될 수 있다.
본 발명의 또다른 측면에 따르면, 녹색 파장대의 레이저광을 생성하는 녹색 레이저 모듈 패키지에 있어서, 상기 녹색 레이저 모듈 패키지의 기저면에 위치하는 스템(stem); 펌프광을 생성하여 출력하는 펌핑 광원; 상기 펌프광을 입력받아 적외광으로 변환 출력하는 레이저 매질; 상기 적외광을 입력받아 녹색 파장대의 레이저광으로 변환 출력하는 광학 크리스털; 상기 스템 상에 위치하고, 상기 펌핑 광원과 열적으로 결합하여 상기 펌핑 광원의 동작 온도를 제어하는 제1 열전 소자; 상기 스템 상에 위치하고, 상기 레이저 매질 및 상기 광학 크리스털과 열적으로 결합하여 동작 온도를 제어하는 제2 열전 소자; 일면에 상기 펌핑 광원을 탑재하고, 타면은 상기 제1 열전 소자 상에 안착되는 제1 탑재부; 일면에 상기 레이저 매질 및 상기 광학 크리스털을 탑재하고, 타면은 상기 제2 열전 소자 상에 안착되는 제2 탑재 부; 및 상기 광학 크리스털로부터 출력되는 녹색 레이저광이 상기 녹색 레이저 모듈 패키지 외부로 출력될 수 있도록 투과시키는 투과창을 포함하는 녹색 레이저 모듈 패키지가 제공될 수 있다.
여기서, 상기 레이저 매질 및 상기 광학 크리스털은 상기 펌핑 광원의 광축과 동일한 광축을 갖도록 배치될 수 있다.
여기서, 상기 제1 탑재부의 상기 타면 및 상기 제2 탑재부의 상기 타면은 상기 녹색 레이저 모듈 패키지의 기저면에 각각 평행한 방향의 면이고, 상기 제1 탑재부의 상기 일면 및 상기 제2 탑재부의 상기 일면은 상기 기저면에 각각 직교하는 방향의 면일 수 있다.
여기서, 상기 레이저 매질 및 상기 광학 크리스털은 상기 펌핑 광원의 광축에 수직하는 방향의 광축을 갖도록 배치될 수 있다.
본 발명은 상기 펌프광을 상기 펌핑 광원의 광축에 수직하는 방향으로 반사시키는 광학 부품를 더 포함하되, 상기 펌프광은 상기 광학 부품에 의해 수직 반사되어 상기 레이저 매질로 입력될 수 있다.
여기서, 상기 제1 탑재부 및 상기 제2 탑재부는 각각 열전도성 재료로 제작되되, 상기 제1 열전 소자는 상기 제1 탑재부를 매개하여 상기 펌핑 광원과 열적으로 결합하고, 상기 제2 열전 소자는 상기 제2 탑재부를 매개하여 상기 레이저 매질 및 상기 광학 크리스털과 열적으로 결합할 수 있다.
여기서, 상기 투과창을 통해 외부로 출력되는 녹색 레이저광의 광축은 상기 녹색 레이저 모듈 패키지의 중심축과 일치할 수 있다.
본 발명은 상기 녹색 레이저광의 광출력 세기를 모니터링하기 위한 광검출기를 더 포함할 수 있다. 여기서, 상기 광검출기는 밴드갭이 1.6eV 이상인 화합물 반도체를 광흡수층으로 할 수 있다.
여기서, 상기 광검출기는 실리콘(Si)을 상기 광흡수층으로 하되, 상기 광검출기의 전면, 후면 또는 양면에는 808nm 및 1064nm 파장의 적외광에 대해서는 0.5 이상의 반사율을 가지고, 532nm 파장의 녹색광에 대해서는 0.5 이하의 반사율을 갖는 유전체 박막을 코팅할 수 있다.
여기서, 상기 광검출기는 CdS, InGaN, AlGaN을 상기 광흡수층으로 할 수 있다.
여기서, 상기 광검출기의 광입력단의 전면에는 808nm 및 1064nm 파장의 적외광은 반사 또는 흡수하고 532nm 파장의 녹색광에 대해서는 투과시키는 광학 필터가 더 구비될 수 있다.
여기서, 상기 제1 열전 소자와 상기 제2 열전 소자 사이의 분리 공간에 대응하는 상기 스템의 소정 영역은 열차단 물질로 이루어져 상기 제1 열전 소자와 상기 제2 열전 소자 간을 열적으로 분리시킬 수 있다.
여기서, 상기 녹색 레이저 모듈 패키지의 구동에 이용되는 전압을 인가하기 위한 복수의 리드를 더 포함하되, 상기 복수의 리드는 상기 열차단 물질로 이루어진 상기 스템의 소정 영역을 관통하여 연결될 수 있다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
본 명세서에서 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "안착된다" 거나 "결합된다" 등으로 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접 안착되거나 또는 직접 결합될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소를 매개하여 안착되거나 또는 결합될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 안착된다" 거나 "직접 결합된다" 라고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소를 매개하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것 으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따라 수평 배치 구조를 갖는 녹색 레이저 모듈 패키지의 개략적인 구성을 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따라 수평 배치 구조를 갖는 녹색 레이저 모듈 패키지의 개략적인 구성을 나타낸 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 녹색 레이저 모듈 패키지(100)는 펌핑 광원(110), 레이저 매질(120), 광학 크리스털(130), 반사 미러(140), 열전 소자(150), 광검출기(160), 서미스터(170)를 포함한다. 여기서, 도 1 및 도 2에 도시된 녹색 레이저 모듈 패키지(100)는 광학 크리스털(130)로부터 생성 출력되는 녹색 레이저광의 광축이 패키지의 기저면과 평행하게 배치된 수평 배치 구조로 설계되고 있다.
또한, 본 발명에 따른 녹색 레이저 모듈 패키지(100)는 기저면에 위치하여 녹색 레이저 모듈 패키지 전체를 지지하는 역할을 수행하는 스템(stem)(180), 녹색 레이저 모듈 패키지를 구성하는 각 소자(예를 들어, 펌핑 광원(100), 열전 소자(150), 광검출기(160), 서미스터(170) 등)를 구동하기 위한 구동 전압을 인가하기 위한 복수개(약 5 ~ 12개)의 리드(101), 제작된 녹색 레이저 모듈을 패키지화하여 보호하기 위한 밀봉캡(195), 녹색 레이저 모듈을 통해 생성된 녹색 레이저광이 패키지 외부로 출력될 수 있도록 투과시키는 투과창(190)을 포함할 수 있다. 다만, 이는 일반적인 레이저 모듈 패키지에 있어서 공지 요소에 해당하며 이에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 흐릴 수 있는바 생략하기로 한다.
또한, 본 발명에 따른 녹색 레이저 모듈 패키지(100)에는 광효율을 높이기 위하여 펌핑 광원(110)과 레이저 매질(120) 사이, 레이저 매질(120)과 광학 크리스털(130) 사이에 각각 소정의 렌즈가 더 추가될 수도 있음은 물론이다. 예를 들어, 펌핑 광원(110)으로부터 펌프광은 방사될 때의 방사각에 의하여 거리가 멀어짐에 따라 번지게 되는 문제점이 발생할 수 있는바, 펌핑 광원(110)으로부터 출력되는 펌프광을 모두 사용하지 못하여 광효율이 낮아지게 되는 문제점이 발생할 수 있다. 따라서, 이를 방지하기 위하여 그 사이에 콜리메이션 렌즈(collimation lens) 등과 같은 렌즈를 사용하여 평행광으로 시준시키거나 포커싱시킴으로써 광효율을 증가시킬 필요가 있기 때문이다.
펌핑 광원(110)은 펌프광을 생성하여 출력한다. 예를 들어, 펌핑 광원(110)은 808nm 파장의 펌프광을 생성 출력할 수 있으며, 이러한 펌핑 광원(110)으로는 InGaAs(indium gallium arsenide) 등의 화합물 반도체를 이용한 반도체 레이저, 레이저 다이오드 등을 포함하여 특별한 제한없이 이용될 수 있음은 물론이다.
레이저 매질(120)은 펌핑 광원(100)으로부터 출력된 펌핑광을 입력받아 적외광으로 변환 출력한다. 레이저 매질(120)로는 Nd:YVO4(Neodymium:Yttrium Vanadate), Nd:YAG(Neodymium:Yttrium Aluminum Garnet) 등을 포함하여 레이저 발진 조건을 갖춘 물질이면 특별한 제한없이 이용될 수 있음은 물론이다. 광학 크리스털(130)은 레이저 매질(120)에 의해 변환 출력된 적외광을 입력받아 녹색 파장 대의 레이저광으로 변환 출력한다. 광학 크리스털(130)로는 예를 들어 KTP 크리스털(Potassium-titanyl-phosphate crystal) 등과 같은 비선형 광학 크리스털(NLO crystal)이 이용될 수 있다. 예를 들어, 펌핑 광원(110)으로부터 출력된 펌프광이 808nm 파장을 갖는 경우, 레이저 매질(120)은 808nm 파장의 펌프광을 1064nm 파장의 적외광으로 변환하고, 광학 크리스털(130)은 1064nm 파장의 적외광을 532nm 파장을 갖는 녹색 레이저광으로 변환하여 출력할 수 있다.
이때, 레이저 매질(120)과 광학 크리스털(130)은 레이저 매질(120)의 광출력면과 광학 크리스털(130)의 광입력면이 면접(面接)함으로써 하나의 단일체로서 구 비될 수도 있음은 물론이다. 또한, 레이저 매질(120) 및 광학 크리스털(130)은 펌핑 광원(110)으로부터 출력된 펌프광을 손실없이 입력받기 위하여 펌핑 광원(110)의 광축과 동일한 광축을 가지도록 배치될 수 있다.
반사 미러(140)는 광학 크리스털(130)로부터 출력된 녹색 레이저광을 입력받고, 입력된 녹색 레이저광의 광경로가 펌핑 광원(110)의 광축을 기준으로 수직하는 방향으로 변경(전환)될 수 있도록 반사시키는 역할을 수행한다. 이때, 반사 미러(140)에 의해 수직 반사된 녹색 레이저광은 녹색 레이저 모듈 패키지의 상면에 구비된 투과창(190)을 투과하여 패키지 외부로 출력되게 된다. 이와 같이 투과창을 투과하여 패키지 외부로 출력되는 녹색 레이저광의 광축(또는 광경로)과 펌핑 광원(100)으로부터 출력되는 펌프광 또는 광학 크리스털(130)로부터 출력된 녹색 레이저광의 광축(또는 광경로)이 직교하게 되면, 녹색 레이저 모듈 패키지의 제작 크기 및 부피를 줄여 초소형화, 집적화가 가능하게 되므로 소형의 컬러 디스플레이 장치 등에도 활용할 수 있는 이점이 있다. 이를 위하여 반사 미러(140)의 반사면은 펌핑 광원(110)의 광축을 기준으로 45°의 기울기를 갖도록 형성되는 것이 바람직할 수 있다.
본 명세서를 통해서는 반사 미러를 이용하는 경우를 중심으로 설명하지만, 광학 크리스털(130)로부터 출력된 녹색 레이저광을 입력받아 그 광축을 수직한 방향으로 반사 전환시킬 수 있는 광학 부품이라면 특별한 제한없이 모두 이용 가능함은 자명하다.
열전 소자(thermoelectric element)(150)는 녹색 레이저 모듈 패키지(100)를 구성하는 각 소자(또는 녹색 레이저 모듈 패키지 자체, 이하 이와 같음)에서 동작 온도의 제어가 필요한(또는 설계자에 의해 필요하다고 판단된) 소자에 대한 동작 온도를 조절하는 역할을 수행한다. 예를 들어, 열전 소자(150)는 도 1에 도시된 바와 같이 패키지 내외부의 온도 또는 열에 의하여 소자 동작에 영향을 받을 수 있는 소자들 전부(도 1의 경우 열전 소자(150) 상에 안착된 펌핑 광원(110), 레이저 매질(120), 광학 크리스털(130), 광검출기(160), 서미스터(170)을 의미함)와 열적으로 결합함으로써 각 소자의 동작 온도를 적절히 제어할 수 있다. 또한, 열전 소자(150)는 도 2에 도시된 바와 같이 일부 소자(도 2의 경우 별도의 지지부(175)를 통해 배치된 레이저 매질(120) 및 광학 크리스털(130)은 제외하고, 열전 소자(150) 상에 안착된 펌핑 광원(110), 광검출기(160), 서미스터(170)를 의미함)와 열적으로 결합함으로써 그 일부 소자의 동작 온도만을 적절히 제어할 수도 있다. 특히, 도 2의 경우에는 펌핑 광원(110)이 레이저 매질(120), 광학 크리스털(130) 등의 다른 소자에 비하여 온도에 보다 민감(취약)하다는 점을 고려하여 펌핑 광원(110)은 열전 소자(150)와 열적으로 결합시키되, 다른 소자에는 열전 소자(150)를 이용하지 않음으로써 도 1의 경우보다 온도 제어를 위한 불필요한 전력 소모를 줄일 수 있도록 설계된 패키지 구조를 보여주고 있다.
여기서, 상기 별도의 지지부(175)는 AIN 등과 같은 열전달 특성이 좋으면서 편평도를 제공하고, 펌핑 광원(110)의 구동 전극이 형성되어 있어 펌핑 광원(110)과 다이본딩, 와이어본딩 등으로 전기적으로 연결되는 서브 마운트(submount)일 수 있다.
또한 여기서, 열적으로 결합한다는 의미는 해당 소자가 열전 소자(150)와 직접 결합하거나 부착(안착)되어 그 동작 온도가 제어되는 경우는 물론, 해당 소자와 열전 소자(150)가 소정의 열전도 물질에 의해 매개되어 열적으로 결합됨으로써 그 동작 온도가 제어되는 경우를 포함한다. 이와 같은 열전 소자(150)는 종류가 다른 2개의 금속을 접합시킨 후 전류를 흘려주면 한쪽은 흡열되고 다른 한쪽은 발열되는 펠티에 효과(peltier effect)를 이용한 소자로서, 흘려주는 전류의 방향을 달리함에 따라 동일면이라도 경우에 따라서는 흡열되도록 또는 발열되도록 제어할 수 있으며, 그 전류량을 조절함에 따라 흡열량(냉각율) 및 발열량(난방율)을 적절히 제어할 수 있다. 따라서, 열전 소자(150)에 흘려주는 전류의 방향 및 전류량을 상황에 따라서 적절히 조절하게 되면, 해당 소자의 내부 온도가 해당 소자의 정상 동작에 필요한 동작 온도 범위 밖으로 벗어나지 않도록 정밀히 제어할 수 있게 된다.
이러한 열전 소자(150)는 열전도성 물질인 KOVAR(철-니켈-코발트 합금임), 구리, 구리-텅스텐 등의 재료로 제작될 수 있다.
서미스터(170)는 동작 온도의 제어가 필요한 각 소자(펌핑 광원(110), 레이저 매질(120), 광학 크리스털(130) 등) 중 설계에 따라 어느 하나 이상의 동작 온도를 측정하고, 열전 소자(150)가 해당 소자의 동작 온도를 제어할 수 있도록 그 측정 결과를 열전 소자(150)에 전달하는 역할을 수행한다. 따라서 서미스터(170)는 측정 대상인 해당 소자와 회로적으로 연결됨으로써 해당 소자의 동작 온도를 측정할 수 있는 위치라면 그 배치 위치 및 방식에 특별한 제한이 없으므로, 설계 조건 등에 따라 최적의 위치에 배치될 수 있음은 물론이다.
광검출기(160)는 본 발명의 녹색 레이저 모듈 패키지(100)를 통해 생성 출력되는 녹색 레이저광의 광출력 세기를 일정하게 유지하거나 또는 목표하는 광출력 세기를 갖도록 조정하기 위하여 녹색 레이저광의 광출력 세기를 모니터링하는 역할을 수행한다. 이때, 광검출기(160)는 반사 미러(140)를 거쳐 투과창(190)을 향해 입력되는 녹색 레이저광 중 투과창(190)에서 일부 반사된 녹색 레이저광을 검출함으로써 광출력 세기를 모니터링할 수 있다.
광검출기(160)에 대하여 이하 간략히 설명하면 다음과 같다. 현재는 주로 실리콘(Si) 기판을 광흡수층으로 하는 광검출기가 주로 사용되고 있다. 이러한 광검출기는 실제 모니터링하고자 하는 532nm 파장의 녹색광의 광출력만을 측정하여야 하는데, 원하지 않는 808nm 또는 1064nm 파장의 적외광이 함께 측정되면 오동작을 유발하게 된다. 따라서, 이러한 오동작을 막기 위하여 광검출기의 광입력단의 전면에는 808nm 및 1064nm 파장의 적외광은 반사 또는 흡수하고, 532nm 파장의 녹색광에 대해서는 투과시키는 광학 필터가 더 구비될 수도 있다. 또한, 광검출기는 밴드갭이 1.6eV 이상인 화합물 반도체를 광흡수층으로 이용할 수 있다. 예를 들어, 실리콘을 광흡수층으로 이용하는 경우 광검출기의 전면, 후면 또는 양면에는 808nm 및 1064nm 파장의 적외광에 대해서는 0.5 이상의 반사율을 가지고, 532nm 파장의 녹색광에 대해서는 0.5 이하의 반사율을 갖는 유전체 박막을 코팅하는 방법을 이용할 수 도 있다. 또한, 다른 방법으로는 광검출기의 전면 등을 코팅하는 방법을 이용하지 않고도, 녹색광 만을 투과하는 특성이 우수한 CdS, InGaN, AlGaN을 광흡수층으로 이용하는 방법을 이용할 수도 있을 것이다.
이를 위하여 투과창(190)은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 패키지 외부로 출력되는 녹색 레이저광의 광축의 직교면을 기준으로 소정 각도만큼 경사지도록 배치될 수 있고, 광검출기(160)는 투과창(190)의 배치 각도(즉, 경사 각도)에 상응하여 투과창(190)에 의해 일부 반사된 녹색 레이저광을 입력받을 수 있는 적정 위치에 배치될 수 있다. 또는 역으로 광검출기(160)의 배치 위치를 기준으로 투과창(190)의 배치 각도를 조절할 수도 있음은 물론이다.
도 1 및 도 2 그리고 후술할 도 3에서는 도면에 도시된 바와 같이 투과창(190)이 경사 배치되는 경우를 중심으로 설명하지만, 후술할 도 4 내지 도 9에서와 같이 빔 스플리터(beam splitter)를 구비(예를 들어 광학 크리스털(130)과 반사 미러(140) 사이에 구비)하는 경우에는 광검출기(160)에서의 녹색 레이저광의 검출을 위하여 투과창(190)을 경사 배치하지 않고 평행 배치하는 것도 가능함을 당업자는 쉽게 이해할 수 있을 것이다.
또한, 본 발명에 따른 녹색 레이저 모듈 패키지(100)에 있어서 투과창(190)을 통해 패키지 외부로 출력되는 녹색 레이저광의 광축은 패키지의 중심축과 일치하도록 설계될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 녹색 레이저 모듈 패키지(100)는 원통 형태로 제작될 수 있다. 이와 같이 패키지 외부로 출력되는 녹색 레이저광의 광축을 패키지 중심축에 맞춤과 아울러 패키지의 형태를 원통형으로 제작하게 되면, 녹색 레이저 모듈 패키지가 위치 회전을 하는 경우에도 패키지 외부로 출력되는 녹색 레이저광의 광축은 변화되지 않는 원형 대칭성(circular symmetry)을 확보할 수 있다. 이와 같이 원형 대칭성을 확보하게 되면, 녹색 레이저 모듈 패키지를 이용하 여 컬러 영상 장치 등을 제작하고자 할때 그 설계 및 배치 상의 유연성을 부여하여 설계자의 수고를 상당 부분 줄여줄 수 있는 이점이 있다.
또한, 이와 같이 패키지의 형태를 원통형(예를 들어, TO can type)으로 하게 되면, 사각형의 형태(예를 들어, mini DIL type)로 하는 경우보다 상술한 원형 대칭성 이외에도 한번에 찍어내는 방식으로 생산할 수 있어 저가의 모듈을 제작할 수 있으며, 열전달 특성 등이 우수한 이점이 있다.
이하, 도 3 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 녹색 레이저 모듈 패키지(100)의 다른 실시예들을 차례로 설명하되, 앞서 도 1 및 도 2에서 설명한 내용과 중복되는 부분에 대한 설명은 생략하기로 한다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따라 수평 배치 구조을 갖는 녹색 레이저 모듈 패키지의 개략적인 구성을 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 녹색 레이저 모듈 패키지(100)는 펌핑 광원(110), 레이저 매질(120), 광학 크리스털(130), 반사 미러(140), 광검출기(160), 스템(180), 복수개의 리드(101), 밀봉캡(195), 투과창(190), 제1 열전 소자(150-1), 제2 열전 소자(150-2), 제1 서미스터(170-1) 및 제2 서미스터(170-2)를 포함한다. 이와 같이 도 3에 도시된 녹색 레이저 모듈 패키지(100)는 제1 열전 소자(150-1) 상에 펌핑 광원(110)을 안착시켜 열적으로 결합시키고, 제2 열전 소자(150-2) 상에 레이저 매질(120) 및 광학 크리스털(130)을 안착시켜 열적으로 결합시키고 있다. 즉, 펌핑 광원(110)의 동작 온도는 제1 열전 소 자(150-1)를 통하여 제어하고, 레이저 매질(120) 및 광학 크리스털(130)의 동작 온도는 제2 열전 소자(150-2)를 통하여 제어하는 분리 제어 방식을 채용하고 있는 것이다. 이는 펌핑 광원(110)의 정상 동작에 필요한 동작 온도 범위와 레이저 매질(120) 및 광학 크리스털(130)의 정상 동작에 필요한 동작 온도 범위가 상이할 수 있음을 고려한 것으로서, 도 3과 같은 분리 제어 방식을 채용하게 되면 각 소자의 동작 온도를 보다 최적화하여 제어할 수 있는 이점이 있다. 또한, 도 3의 경우에는 별도로 분리된 2개의 열전 소자의 동작을 위하여 서미스터 역시 별도로 구비되고 있음을 확인할 수 있다.
이때, 제1 열전 소자(150-1) 및 제2 열전 소자(150-2)의 사이 영역에 대응되는 스템(180) 영역에는 열을 차단할 수 있는 절연체 등의 열차단성 물질로 이루어짐으로써, 제1 열전 소자(150-1) 및 제2 열전 소자(150-2) 간을 열적으로 분리시키는 것이 바람직할 수 있다. 이때, 복수의 리드(101)들은 위의 절연체를 관통하여 배치될 수 있다.
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따라 수직 배치 구조를 갖는 녹색 레이저 모듈 패키지의 개략적인 구성을 나타낸 도면이고, 도 6은 본 발명의 제5 실시예에 따라 수직 배치 구조를 갖는 녹색 레이저 모듈 패키지의 개략적인 구성을 나타낸 도면이다. 또한, 도 5는 도 4에 도시된 녹색 레이저 모듈 패키지의 일부분을 일 방향에 따라 바라본 도면이다. 즉, 도 5는 도 4의 녹색 레이저 모듈 패키지에서 펌핑 광원(110), 레이저 매질(120), 광학 크리스털(130), 빔 스플리터(145), 광검출 기(160) 및 서미스터(170)를 탑재한 탑재부(185)를 도 4의 (a) 방향에서 바라봤을 때를 기준하여 도시한 것이다.
다만, 이하 도 4 내지 도 7을 통해 설명할 수직 배치 구조를 갖는 녹색 레이저 모듈 패키지의 경우에도 특별히 구조적 차이에 의해 채용할 수 없는 배치 방식, 원리에 대한 내용이 아니라면 앞서 도 1 내지 도 3을 통해 설명한 수평 배치 구조를 갖는 녹색 레이저 모듈 패키지에서의 다양한 배치 방식, 원리 등이 그대로 적용될 수 있음을 먼저 명확히 밝혀두기로 한다. 따라서, 이하에서는 본 발명의 녹색 레이저 모듈 패키지(100)가 수직 배치 구조를 채용함에 따라 수평 배치 구조를 채용한 경우와 구조면에서 혹은 설계면에서 차이점을 갖는 부분에 중점을 두고 설명한다.
도 4 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 녹색 레이저 모듈 패키지(100)는 펌핑 광원(110), 서브 마운트(115), 레이저 매질(120), 광학 크리스털(130), 빔 스플리터(145), 광검출기(160), 탑재부(185), 스템(180), 복수개의 리드(101), 밀봉캡(195), 투과창(190), 열전 소자(150) 및 서미스터(170)를 포함한다. 다만 여기서, 서브 마운트(115)는 탑재 또는 장착하고자 하는 해당 소자의 취급이 수월하지 않은 경우에 있어 취급의 편의, 탑재의 편의 등을 고려하여 필요에 따라 해당 소자의 규격에 맞추어 먼저 장착한다. 예를 들어 서브 마운트(115)는 AIN 등과 같은 열전달 특성이 좋으면서 편평도를 제공하고, 펌핑 광원(110)의 구동 전극이 형성되어 있어 펌핑 광원(110)과 다이본딩, 와이어본딩 등으로 전기적으로 연결될 수 있다.
여기서, 도 4 내지 도 6에 도시된 녹색 레이저 모듈 패키지(100)는 광학 크 리스털(130)으로부터 생성 출력된 녹색 레이저광의 광축이 패키지의 기저면과 직교하는 방향으로 배치된 수직 배치 구조로 설계되고 있다. 따라서, 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같은 수직 배치 구조에 있어서는 광학 크리스털(130)로부터 출력된 녹색 레이저광의 광축 본래의 방향이 투과창(190)을 향하고 있으므로, 앞서 설명한 수평 배치 구조에서와는 달리 반사 미러(140)는 별도로 구비하지 않고 있음을 확인할 수 있다.
대신 도 4 내지 도 6에서는 이러한 수직 배치 구조를 구현하기 위하여 열전 소자(150) 상에 펌핑 광원(110), 레이저 매질(120) 및 광학 크리스털(130)을 일면에 수직 탑재하는 탑재부(185)를 구비하고 있다. 즉, 탑재부(185)는 패키지의 기저면에 직교하는 방향의 일면에 펌핑 광원(110), 레이저 매질(120), 광학 크리스털(130) 등의 소자를 탑재하고, 패키지의 기저면에 평행한 방향의 타면은 열전 소자(150) 상에 안착될 수 있도록 배치된다. 탑재부(185)가 구리(cu) 등과 같은 열전도성이 우수한 열전도성 재료로 제작되는 경우, 탑재부(185)에 탑재된 펌핑 광원(110), 레이저 매질(120), 광학 크리스털(130) 등은 탑재부(185)를 매개하여 열전 소자(150)와 열적으로 결합할 수 있게 되어 그 동작 온도가 제어될 수 있게 된다. 또한, 이 경우에 있어서 탑재부(185)와 열전 소자(150) 간의 접촉 면적이 증가할수록 열전도율 또한 증가하게 되므로, 그 접촉 면적을 최대한 크게 확보하여 해당 소자에 대한 동작 온도의 제어 효율을 높일 필요도 있다. 이러한 이유로 도 6의 경우에는 열전달 효율을 높이기 위해 탑재부(130)를 열전 소자(150) 상의 전면(全面)에 걸쳐 안착시키고 있는 것이다.
빔 스플리터(beam splitter)(145)는 광학 크리스털(130)로부터 생성 출력된 녹색 레이저광을 입력받아 일부는 투과창(190)을 향하고, 나머지는 광검출기(160)을 향하도록 입력된 녹색 레이저광을 분리 출력시키는 역할을 수행한다(도 5 참조). 이와 같이 빔 스플리터(145)를 이용하게 되면, 예를 들어 입력된 녹색 레이저광 중 98% 이상은 투과창(190)을 거쳐 패키지 외부로 출력되도록 함은 물론, 나머지 2% 이내의 소량의 녹색 레이저광은 광검출기(160)가 위치한 방향으로 반사되도록 함으로써, 광검출기(160)가 생성된 녹색 레이저광의 광출력 세기를 모니터링할 수 있도록 보조하는 역할을 수행할 수 있게 된다.
도 4 및 도 5 그리고 후술할 도 7 내지 도 9에서는 빔 스플리터(145)를 이용하여 녹색 레이저광을 분리시켜 광검출기(160)가 광출력 세기를 모니터링하는 경우를 중심으로 설명하였지만, 이 경우에도 도 1 내지 도 3을 통해 앞서 설명한 바와 같이 투과창(190)을 패키지 외부로 출력되는 녹색 레이저광의 광축의 직교면을 기준으로 소정 각도만큼 경사지게 배치하고, 광검출기(160)를 경사 배치된 투과창(190)에 의해 일부 반사된 녹색 레이저광을 입력받을 수 있는 위치에 배치시키는 방식이 이용될 수 있음은 자명하다.
도 7은 본 발명의 제6 실시예에 따라 수직 배치 구조를 갖는 녹색 레이저 모듈 패키지의 개략적인 구성을 나타낸 도면이고, 도 8은 도 7에 도시된 녹색 레이저 모듈 패키지를 위(도 7의 식별번호 (b) 참조)에서 바라본 도면이다. 또한, 도 9는 본 발명의 제7 실시예에 따라 수직 배치 구조를 갖는 녹색 레이저 모듈 패키지의 개략적인 구성을 나타낸 도면이다.
먼저 도 7 및 도 8을 참조하면, 본 발명의 제6 실시예에 따른 녹색 레이저 모듈 패키지(100)는 펌핑 광원(110), 서브 마운트(115), 레이저 매질(120), 광학 크리스털(130), 광검출기(160), 스템(180), 복수개의 리드(101), 밀봉캡(195), 투과창(190), 제1 열전 소자(150-1), 제2 열전 소자(150-2), 제1 탑재부(185-1) 및 제2 탑재부(185-2)를 포함한다. 이와 같이 도 7 및 도 8에 도시된 녹색 레이저 모듈 패키지(100)는 제1 열전 소자(150-1) 상에 안착된 제1 탑재부(185-1)를 매개하여 펌핑 광원(110)과 제1 열전 소자(150-1)는 열적으로 결합되고, 제2 열전 소자(150-2) 상에 안착된 제2 탑재부(185-2)를 매개하여 레이저 매질(120) 및 광학 크리스털(130)와 제2 열전 소자(150-2)는 열적으로 결합되고 있다. 즉, 도 7 및 도 8의 경우에는 수직 배치 구조에 더불어서 앞서 도 3에서 설명한 바와 같이 펌핑 광원(110)의 동작 온도는 제1 열전 소자(150-1)를 통하여 제어하고, 레이저 매질(120) 및 광학 크리스털(130)의 동작 온도는 제2 열전 소자(150-2)를 통하여 제어하는 분리 제어 방식을 채용하고 있는 것이다.
도 9에 도시된 본 발명의 제7 실시예에 따른 녹색 레이저 모듈 패키지(100)의 경우에도 도 7 및 도 8과 같은 분리 제어 방식 및 수직 배치 구조를 채용하고 있다. 다만, 도 9의 경우에는 반사 미러(140)를 펌핑 광원(110)의 전면에 두어 펌핑 광원(110)으로부터 출력된 펌프광을 그 광축에 수직하는 방향으로 반사시킨 이후, 수직 반사된 펌프광이 레이저 매질(120)로 입력되는 방식을 이용한다는 점에서 도 7 및 도 8의 경우와 다소 상이한 구조를 취하고 있다고 할 수 있다. 즉, 도 7 및 도 8의 경우에는 레이저 매질(120) 및 광학 크리스털(130)이 펌핑 광원(110)의 광축과 동일한 광축을 갖도록 배치한 구조를 취하는 반면, 도 9의 경우에는 펌핑 과원(110)의 광축과 수직하는 방향의 광축을 갖도록 배치한 구조를 취하고 있는 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명의 다양한 실시예에 따른 녹색 레이저 모듈 패키지에 의하면 녹색 레이저 모듈을 구성하는 각 소자들의 동작 온도를 일괄 또는 분리 제어하는 방식을 이용함으로써 동작 온도를 최적화하여 제어할 수 있는 이점이 있다. 또한, 이와 함께 다양한 설계, 배치 방식에 따르는 수평 배치 구조 또는 수직 배치 구조를 채용함으로써 제작된 녹색 레이저 모듈 패키지의 크기 및 부피를 최소화할 수 있는 이점이 있는 것이다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 녹색 레이저 모듈 패키지에 의하면 녹색 레이저 모듈을 구성하는 소자들의 동작 온도를 정밀히 제어함으로써 오동작을 방지하고, 녹색 레이저 모듈의 동작 정확성, 신뢰도 및 안정성을 극대화시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 열전 소자를 이용하여 외부 온도 및 내부 열 등에 의한 영향을 줄이는 동시에 녹색 레이저 모듈의 크기, 부피를 최소화할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 제작된 녹색 레이저 모듈 패키지의 크기 및 부피를 줄여 휴 대폰, PMP 등의 소형 컬러 디스플레이 장치에도 적용 가능한 효과가 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 쉽게 이해할 수 있을 것이다.

Claims (46)

  1. 녹색 파장대의 레이저광을 생성하는 녹색 레이저 모듈 패키지에 있어서,
    상기 녹색 레이저 모듈 패키지의 기저면에 위치하는 스템(stem);
    펌프광을 생성하여 출력하는 펌핑 광원;
    상기 펌프광을 입력받아 적외광으로 변환 출력하는 레이저 매질;
    상기 적외광을 입력받아 녹색 파장대의 레이저광으로 변환 출력하는 광학 크리스털;
    상기 스템 상에 위치하고, 상기 펌핑 광원과 열적으로 결합하여 상기 펌핑 광원의 동작 온도를 제어하는 제1 열전 소자(thermoelectric element);
    상기 스템 상에 위치하고, 상기 레이저 매질 및 상기 광학 크리스털과 열적으로 결합하여 상기 레이저 매질 및 상기 광학 크리스털의 동작 온도를 제어하는 제2 열전 소자;
    상기 광학 크리스털로부터 출력된 녹색 레이저광을 상기 펌핑 광원의 광축에 수직하는 방향으로 반사시키는 광학 부품; 및
    상기 광학 부품에 의해 수직 반사된 상기 녹색 레이저광이 상기 녹색 레이저 모듈 패키지 외부로 출력될 수 있도록 투과시키는 투과창
    을 포함하는 녹색 레이저 모듈 패키지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 펌핑 광원은 808nm 파장의 펌프광을 출력하는 것을 특징으로 하는 녹색 레이저 모듈 패키지.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 레이저 매질은 상기 808nm 파장의 펌프광을 1064nm 파장의 적외광으로 변환하고, 상기 광학 크리스털은 상기 1064nm 파장의 적외광을 532nm 파장의 레이저광으로 변환하는 것을 특징으로 하는 녹색 레이저 모듈 패키지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 레이저 매질은 Nd:YVO4(Neodymium:Yttrium Vanadate)이고, 상기 광학 크리스털은 KTP 크리스털(Potassium-titanyl-phosphate crystal)인 것을 특징으로 하는 녹색 레이저 모듈 패키지.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 레이저 매질의 광출력면과 상기 광학 크리스털의 광입력면은 면접(面接)하는 것을 특징으로 하는 녹색 레이저 모듈 패키지.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 레이저 매질 및 상기 광학 크리스털은 상기 펌핑 광원의 광축과 동일한 광축을 갖도록 배치되는 것을 특징으로 하는 녹색 레이저 모듈 패키지.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 투과창을 통해 외부로 출력되는 녹색 레이저광의 광축은 상기 녹색 레이저 모듈 패키지의 중심축과 일치하는 것을 특징으로 하는 녹색 레이저 모듈 패키지.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 펌핑 광원의 동작 온도를 측정하여 상기 제1 열전 소자에 전달하는 서미스터(thermistor)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 녹색 레이저 모듈 패키지.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 녹색 레이저광의 광출력 세기를 모니터링하기 위한 광검출기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 녹색 레이저 모듈 패키지.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 광검출기는 상기 투과창에 의해 일부 반사되는 녹색 레이저광을 검출하여 상기 광출력 세기를 모니터링하는 것을 특징으로 하는 녹색 레이저 모듈 패키지.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 투과창은 상기 녹색 레이저 모듈 패키지 외부로 출력되는 녹색 레이저광의 광축의 직교면을 기준으로 소정 각도만큼 경사지게 배치되되,
    상기 광검출기는 상기 경사 배치된 투과창에 의해 일부 반사된 녹색 레이저광을 입력받을 수 있는 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 녹색 레이저 모듈 패키지.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 광검출기는 밴드갭이 1.6eV 이상인 화합물 반도체를 광흡수층으로 하는 것을 특징으로 하는 녹색 레이저 모듈 패키지.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 광검출기는 실리콘(Si)을 상기 광흡수층으로 하되, 상기 광검출기의 전면, 후면 또는 양면에는 808nm 및 1064nm 파장의 적외광에 대해서는 0.5 이상의 반사율을 가지고, 532nm 파장의 녹색광에 대해서는 0.5 이하의 반사율을 갖는 유전체 박막을 코팅하는 것을 특징으로 하는 녹색 레이저 모듈 패키지.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 광검출기는 CdS, InGaN, AlGaN을 상기 광흡수층으로 하는 것을 특징으로 하는 녹색 레이저 모듈 패키지.
  16. 제10항에 있어서,
    상기 광검출기의 광입력단의 전면에는 808nm 및 1064nm 파장의 적외광은 반 사 또는 흡수하고 532nm 파장의 녹색광에 대해서는 투과시키는 광학 필터가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 녹색 레이저 모듈 패키지.
  17. 삭제
  18. 제1항에 있어서,
    상기 제1 열전 소자와 상기 제2 열전 소자의 사이 공간에 대응하는 상기 스템의 소정 영역은 열차단 물질로 이루어져 상기 제1 열전 소자와 상기 제2 열전 소자 간을 열적으로 분리시키는 것을 특징으로 하는 녹색 레이저 모듈 패키지.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 녹색 레이저 모듈 패키지의 구동에 이용되는 전압을 인가하기 위한 복 수의 리드를 더 포함하되,
    상기 복수의 리드는 상기 열차단 물질로 이루어진 상기 스템의 소정 영역을 관통하여 연결되는 것을 특징으로 하는 녹색 레이저 모듈 패키지.
  20. 제1항에 있어서,
    상기 레이저 매질 및 상기 광학 크리스털의 동작 온도를 측정하여 상기 제2 열전 소자에 전달하기 위한 서미스터를 별도로 하나 더 포함하는 것을 특징으로 하는 녹색 레이저 모듈 패키지.
  21. 제1항에 있어서,
    상기 녹색 레이저 모듈 패키지는 원통 형태로 제작되는 것을 특징으로 하는 녹색 레이저 모듈 패키지.
  22. 삭제
  23. 삭제
  24. 삭제
  25. 삭제
  26. 삭제
  27. 삭제
  28. 삭제
  29. 삭제
  30. 삭제
  31. 삭제
  32. 삭제
  33. 녹색 파장대의 레이저광을 생성하는 녹색 레이저 모듈 패키지에 있어서,
    상기 녹색 레이저 모듈 패키지의 기저면에 위치하는 스템(stem);
    펌프광을 생성하여 출력하는 펌핑 광원;
    상기 펌프광을 입력받아 적외광으로 변환 출력하는 레이저 매질;
    상기 적외광을 입력받아 녹색 파장대의 레이저광으로 변환 출력하는 광학 크리스털;
    상기 스템 상에 위치하고, 상기 펌핑 광원과 열적으로 결합하여 상기 펌핑 광원의 동작 온도를 제어하는 제1 열전 소자;
    상기 스템 상에 위치하고, 상기 레이저 매질 및 상기 광학 크리스털과 열적으로 결합하여 상기 레이저 매질 및 상기 광학 크리스털의 동작 온도를 제어하는 제2 열전 소자;
    일면에 상기 펌핑 광원을 탑재하고, 타면은 상기 제1 열전 소자 상에 안착되는 제1 탑재부;
    일면에 상기 레이저 매질 및 상기 광학 크리스털을 탑재하고, 타면은 상기 제2 열전 소자 상에 안착되는 제2 탑재부; 및
    상기 광학 크리스털로부터 출력되는 녹색 레이저광이 상기 녹색 레이저 모듈 패키지 외부로 출력될 수 있도록 투과시키는 투과창
    을 포함하는 녹색 레이저 모듈 패키지.
  34. 제33항에 있어서,
    상기 레이저 매질 및 상기 광학 크리스털은 상기 펌핑 광원의 광축과 동일한 광축을 갖도록 배치되는 것을 특징으로 하는 녹색 레이저 모듈 패키지.
  35. 제33항에 있어서,
    상기 제1 탑재부의 상기 타면 및 상기 제2 탑재부의 상기 타면은 상기 녹색 레이저 모듈 패키지의 기저면에 각각 평행한 방향의 면이고, 상기 제1 탑재부의 상기 일면 및 상기 제2 탑재부의 상기 일면은 상기 기저면에 각각 직교하는 방향의 면인 것을 특징으로 하는 녹색 레이저 모듈 패키지.
  36. 제33항에 있어서,
    상기 레이저 매질 및 상기 광학 크리스털은 상기 펌핑 광원의 광축에 수직하는 방향의 광축을 갖도록 배치되는 것을 특징으로 하는 녹색 레이저 모듈 패키지.
  37. 제35항에 있어서,
    상기 펌프광을 상기 펌핑 광원의 광축에 수직하는 방향으로 반사시키는 광학 부품를 더 포함하되,
    상기 펌프광은 상기 광학 부품에 의해 수직 반사되어 상기 레이저 매질로 입력되는 것을 특징으로 하는 녹색 레이저 모듈 패키지.
  38. 제33항에 있어서,
    상기 제1 탑재부 및 상기 제2 탑재부는 각각 열전도성 재료로 제작되되,
    상기 제1 열전 소자는 상기 제1 탑재부를 매개하여 상기 펌핑 광원과 열적으로 결합하고, 상기 제2 열전 소자는 상기 제2 탑재부를 매개하여 상기 레이저 매질 및 상기 광학 크리스털과 열적으로 결합하는 것을 특징으로 하는 녹색 레이저 모듈 패키지.
  39. 제33항에 있어서,
    상기 투과창을 통해 외부로 출력되는 녹색 레이저광의 광축은 상기 녹색 레이저 모듈 패키지의 중심축과 일치하는 것을 특징으로 하는 녹색 레이저 모듈 패키지.
  40. 제33항에 있어서,
    상기 녹색 레이저광의 광출력 세기를 모니터링하기 위한 광검출기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 녹색 레이저 모듈 패키지.
  41. 제40항에 있어서,
    상기 광검출기는 밴드갭이 1.6eV 이상인 화합물 반도체를 광흡수층으로 하는 것을 특징으로 하는 녹색 레이저 모듈 패키지.
  42. 제41항에 있어서,
    상기 광검출기는 실리콘(Si)을 상기 광흡수층으로 하되, 상기 광검출기의 전면, 후면 또는 양면에는 808nm 및 1064nm 파장의 적외광에 대해서는 0.5 이상의 반사율을 가지고, 532nm 파장의 녹색광에 대해서는 0.5 이하의 반사율을 갖는 유전체 박막을 코팅하는 것을 특징으로 하는 녹색 레이저 모듈 패키지.
  43. 제41항에 있어서,
    상기 광검출기는 CdS, InGaN, AlGaN을 상기 광흡수층으로 하는 것을 특징으로 하는 녹색 레이저 모듈 패키지.
  44. 제40항에 있어서,
    상기 광검출기의 광입력단의 전면에는 808nm 및 1064nm 파장의 적외광은 반사 또는 흡수하고 532nm 파장의 녹색광에 대해서는 투과시키는 광학 필터가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 녹색 레이저 모듈 패키지.
  45. 제33항에 있어서,
    상기 제1 열전 소자와 상기 제2 열전 소자의 사이 공간에 대응하는 상기 스템의 소정 영역은 열차단 물질로 이루어져 상기 제1 열전 소자와 상기 제2 열전 소자 간을 열적으로 분리시키는 것을 특징으로 하는 녹색 레이저 모듈 패키지.
  46. 제45항에 있어서,
    상기 녹색 레이저 모듈 패키지의 구동에 이용되는 전압을 인가하기 위한 복수의 리드를 더 포함하되,
    상기 복수의 리드는 상기 열차단 물질로 이루어진 상기 스템의 소정 영역을 관통하여 연결되는 것을 특징으로 하는 녹색 레이저 모듈 패키지.
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