파나소닉 코퍼레이션(Panasonic Corporation)이 일반적인 레이저 작동 최대 온도인 60℃에서도 출력 전력 4.5W로 작동하는 청자색 반도체 레이저를 개발했다고 오늘 발표했다. 이는 일반 제품에 비해 1.5배나 높은 것이다. 이 제품은 또한 일반 레이저보다 1.2배 높은 우수한 에너지 변환 효율로 진동할 수 있다. 이 혁신적인 솔루션은 방열을 향상시킨 파나소닉의 독보적인 이중 열유동 패키징 기술로 구현됐다. 새로 개발된 레이저는 자동차 및 산업 조명은 물론 레이저 기계 가공 등의 레이저 애플리케이션 시스템 소형화를 뒷받침하고 전력 소비를 줄이는 데 도움을 줄 수 있다.

이 스마트 보도자료는 멀티미디어를 제공한다. 전체 보도자료 내용은 아래 링크 참조.
http://www.businesswire.com/news/home/20150930005736/en/

일반적으로 레이저 칩 온도가 상승하면 반도체 레이저 출력 전력은 하강한다. 또한 온도가 레이저 안정성의 결정 요인(레이저 기능 안정성은 레이저 칩 온도에 좌우된다)이 되므로 실용 애플리케이션에 사용될 수 있는 실제 빛 출력은 레이저 칩 온도로 인해 제한돼 있다. 기존 청자색 레이저는 레이저 칩의 한쪽 면에서만 열을 발산한다. 이로 인해 레이저 칩 온도가 상승하며 출력은 약 3W로 제한된다. 수십 와트의 출력을 요하는 레이저 시스템은 수많은 레이저를 필요로 하며 이로써 더 많은 열이 생성되고 더 큰 히트 싱크가 요구된다. 이 같은 문제를 해결하려면 각 레이저가 더 높은 효율과 출력을 구현할 수 있어야 한다.

최근 개발된 이중 열유동 패키징 기술은 레이저 빔 출력에 수반되는 레이저 칩의 온도 상승을 억제할 수 있다. 이에 따라 열로 야기되는 레이저 빛 출력 저하를 예방할 수 있으며 고출력, 고효율 작동이 가능하다. 이 결과 복수의 레이저를 사용하는 레이저 시스템에서 기존 레이저를 사용하는 시스템에 비해 레이저 수를 3분의2 수준으로 줄일 수 있다. 또한 보다 작은 히트싱크를 적용할 수 있어 시스템 자체의 소형화, 경량화가 가능하다.

레이저 신제품의 특징은 다음과 같다.

고출력:
4.5W의 최대 빛 출력(기존 제품[2]에 비해 1.5배 높은 수준)

우수한 전력 변환 효율:
33% (기존 제품[3]에 비해 1.2배 높은 수준)

뛰어난 안정성:
청자색 반도체 레이저 칩의 변형을 줄여 안정적인 출력을 구현한다.

이 장치는 다음의 기술로 탄생했다.

· 레이저 칩의 양면에 열유동 경로를 형성해 뛰어난 방열 구조를 구현, 레이저칩의 열 전도를 기존 제품에 비해 1.6배 높였다.(열 저항: 신제품 6.6 K/W, 기존 제품 10.5 K/W)

· 질화 알루미늄을 이용한 저변형 방열 블록 구조를 적용했다. 이 구조는 레이저 칩의 열확산과 거의 동일한 계수를 갖는다.

파나소닉은 고출력 청자색 반도체 레이저 신기술에 대해 일본 내 23개 특허, 해외 31개 특허(출원 중 특허 포함)을 보유하고 있다.

파나소닉은 9월 28일 일본 삿포로에서 개최된 ‘2015 국제 SSD/소재 컨퍼런스’(2015 International Conference on Solid State Devices and Materials)에서 연구 결과를 발표했다.

이 연구는 ‘에너지 보존 기술을 위한 전략 혁신 프로그램’(Strategic Innovation Program for Energy Conservation Technologies) 하에 일본 신에너지 산업기술종합개발기구(NEDO)의 일부 지원을 받았다.

[1] 실용 가동에서 60℃로 지속적인 파 작동 조건(자료: 파나소닉, 2015년 9월29일 기준)
[2] 파나소닉이 기존 구조로 개발한 레이저와 비교(작동 온도 60℃)
[3] 작동 온도 60℃에서 빛 출력 3W