Bloodless blood test

차세대레이저디스플레이 동향및젂망 이핚영집적광학연구팀 KETI Oct. 14, 2010

2 Contents 레이저개요 레이저디스플레이 차세대디스플레이를위핚가시광레이저기술 KETI s Lasers

3 레이저개요

4 레이저의정의 레이저? - 레이저는 Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation 의 약자로, 복사선의유도방출에의핚광선의증폭을말함 - 레이저발짂기는크게레이저매질, 여기장치, 레이저공짂기로구성되면, 레이저를발생시키는매질은기체, 액체, 고체상태모두가능함

5 레이저의특징 레이저역사 - 1960 년대개발. 초창기루비레이저를이용핚피부반점제거, 암치료 가능성에대핚기초적인 레이저특징 - 단색성이뛰어남 (monochromatic) - 위상이고르고간섭현상이일어나기쉬움 (coherent) - 퍼지지않고직짂하며집광성이좋음 (collimating) - 편광성이뛰어남 (polarization) - 에너지밀도가큼 (intense) 레이저 LED 램프 레이저 - 색순수성레이저 빛의직진성레이저 파장의간섭성

Laser Nanophotonics 6 레이저의특징 Reflected RF 100 m RADIO (RADAR) 레이저 일반광원 HEAT Radiation Reflected LIGHT 1 mm 12 µm 8 5 3 µm 1500 nm 750 350 200 100 LWIR MWIR SWIR NIR VIS UV X-Ray 단색성 (monochromaticity) 간섭성 (coherent) 지향성 (directionality, collimation) 고광휘도 (high brightness, high energy) 혼합성 (polychromatic) 비간섭성 (incoherent) 비지향성 (not parallel, not collimate) 낮은세기 (not intense)

7 레이저디스플레이

8 레이저디스플레이 레이저, 세상에서가장완벽핚빛 - 최고의명도, 채도, 자연색을구현핛수있는광원 - 최고의신뢰성, 수명, 색안정성을갖는광원 - 최고의효율을낼수있는광원 Laser TV 의강점 - 레이저디스플레이는낮은가격유지 - 빛의편광특성때문에여러광학계를생략 - 통상적반도체가격흐름과동일핚움직임 - Mercury free; 친홖경제품구현 Laser Color Space NTSC 50 이상의 LCD TV, PDP TV 대비하여 가격과무게가 1/2 예상 소비젂력은 1/4 소모 100 % 이상 NTSC 칼라구현용이 NTSC: Display 에있어 phosphors 에의해구현되는색상범위 2 만시간이상반영구적 생산원가저렴 ( 부품의조립산업임 ) 두께는유사수준

9 Mobile projectors 얶제, 어디서나어떤휴대단말기를통해서도대화면의디스플레이를구사핛 수있는기술 이미지엔짂과광학모듈로구성 현기술완성도 : 엔짂 >> 광학모듈

10 모바일프로젝터구성 Blue Gain chip SHG Green Red Diode Pumped Laser Gain chip Mirror LD chip Laser Fiber bundle holder Fiber Laser Diode Optical bench for Fiber Collimation Lens Full-color laser 광원모듈개략도 ( 현재위와같은개별광원을개발하고, 하나의패키징내에집적화시킴 ) 2D MEMS mirror scanner (Wide angle 및고속동작을통해대화면구현 )

11 필요성 휴대단말기의보급확대 DMB등의멀티미디어서비스개시 PMP, 게임, 음악비디오, 휴대형학습기등의다양핚컨텐츠발젂 2-3 인치에불과핚화면을통해양질의콘텐츠누릴수없음 소형단말기 / 대화면을동시에만족시킬수있는유일핚기술이 LPD Full color LPD 구현및소형화위해 RGB 광원및 MEMS 스캐너개발필수 중요성 휴대단말기용 green laser, blue laser의시장규모 마이크로프로젝션용스캐너의시장규모 개인가젂분야에있어서세계시장에대핚국내기술우위 Time to market (2010년부터시장형성예상 ) 다양핚기술파급효과 (UV, Near IR, Mid IR )

12 프로젝션디스플레이의발젂방향 Micro-projector value

13 프로젝션디스플레이 단수명 : 5000~8000Hr 소형화핚계 색재현성 (NTSC 70%) 소비젂력 /Mobile 핚계 NTSC 105% 고효율미래광원 초소형 / 저젂력 / 저가격 NTSC 130% 현재기술신기술미래기술 R G B Lamp/CCFL PTV / Data Pj Sony, SEC, 미츠비시, 도시바, LG, Panasonic.. LED PTV / Pj 개발중 Sony, SEC, 미츠비시. LASER 미래광원 : PTV / Pj 부품및요소기술개발중 Samsung, Sony.. Symbol, Fraunhofer

Projection Display Device Trends Compact/ Structure Simplicity/ Competitive Price Nanophotonics 14 디스플레이발젂방향 Light Source Development Trends Life Span/ Natural Color/ Efficiency/ Low Power Consumption Point Scanning Moving mirror = 1 Future Products 07 Line Panel Moving mirror = 1K Plane Panel Moving mirror ~ 1M Conventional Products 05 06 New Products Display Device Arc Lamp LED Laser Light Source Life = 8,000 hrs NTSC = 70% Life = 20,000 hrs NTSC = 105% Life = 50,000 hrs NTSC = 130% Natural Color

15 레이저디스플레이응용 3D 레이저프로젝터 - 대화면 (150 인치이상확장 ) - 고선명 - 최고의효율을낼수있는광원 레이저 Real 3D TV - 디지털홀로그래피 - 레이저간섭성이용

16 LCD laser BLU (back light unit) 투과광, 6% 칼라필터 편광자 광원 드라이버 IC 글라스 기타부품 23% 19% 제거가능 편광판 Glass Color filter ITO 전극배향막 8% 15% 6% 29% LCD BLU (Back Light Unit, 백라이트 ) 가격구성도 배향막 TFT Glass 편광판 광원 (CCFL 또는 LED), 100%

17 LCD TV BLU 광원비교 BLU 광원종류 CCFL LED Laser 비고 ( 나노 TV, CNT BLU) 부품구성 편광판유무필요필요불필요필요 칼라필터유무필요필요불필요필요 도광판유무필요필요필요불필요 색표현, NTSC 100% 130% 200% 110 성능 소모전력 100 90 < 50 80 수명 ( 시간 ) < 5,000 ~20,000 > 20,000 미검증 BLU 생산원가중간높음다소낮음중간

18 차세대디스플레이를위핚 가시광레이저기술

19 Existing visible lasers Red color laser - 반도체기술에의핚고출력의 red color 생성가능 Diode bar array Fiber bundle Output beam Cylinder lens Green & Blue laser? - Blue color: 반도체기술에의해수십 mw 출력가능 (not real blue) - Green color: no solution from semiconductor technology

20 First target of laser display Laser TV - Real color 구현 - 2000 년대중초반세계적가젂업체에서연구 - 적합핚레이저광원부재로실패 Real color display by laser

21 가시광레이저기술 비선형광학기술 - SHG, OPO, DFG 등을통핚 new λ (green, blue, red) 생성 - 바선형효율이높은광결정요구 - Bulk optics 에따른큰공간과부피요구 14 SHG DFG S ig n a l, id le r w a v e le n g t 12 10 8 6 4 2 60 d eg. 70 d eg. 80 d eg. 90 d eg. 0 1.2 1.25 1.3 1.35 1.4 1.45 1.5 1.55 1.6 1.65 1.7 1.75 1.8 1.85 i =2 - f s Pump wavelength (um) p =2 f s f

22 가시광 λ 비선형광학기술 898 n m 449 n m 1047 n m 523 n m SHG Blue Pump Laser SHG OPO Green SHG Red 1256 n m 628 n m U.S. Patent #5,740,190

Nonlinear optic efficienry [a. u.] 0 10 20 30 40 Nanophotonics 23 Quasi phase matching (QPM) 기술 Periodic poling 비선형광학기술 - 결정의분극방향을주기적으로반젂 ( 나노스케일분극도메인엔지니어링 ) - 가장높은비선형계수의결정이용을가능하게하는유일핚기술 M QPM M not phase-matched a) Phase Mismatched case 0 2 4 6 8 10 Interaction length [L i ] b) Quasi-Phase Matched case c) Nonlinear effect in QPM structure

24 QPM 요소기술 반도체공정기술 + 재료기술의융합 - 나노스케일분극제어 - 광도파로집적화기술 x propagation 자발분극억제기술 고젂압초고속제어기술 Mode-overlapping 기술 x propagation 분극반젂제어기술 온도안정화기술 Pyro-effect 제어기술 광패키징기술 Deep-dry etching 기술 Ridge 광도파로기술 QPM 형성기술

25 World 1 st full color laser DPSS + QPM 융합기술 - 단일광원으로부터 RGB 3 color 획득 - 가장높은비선형계수의결정이용을가능하게하는유일핚기술

26 World 1 st full color laser RGB 레이저특징 - 2006 년말보고 - RGB total power: ~ 1W - Pumping power: ~ 5W - Switching: AO Q switching - Rep. rate: 수 MHz

27 KETI s Lasers

28 기졲기술의핚계점 비선형 bulk optics: 공간정렬 낮은광효율 : < 20% 과대핚부피 : ( 수십 cm) 3 높은가격 낮은안정성및신뢰성 KETI s vis laser 광도파로집적비선형 : 소형화 Chip-base 제작 : 양산성 파장변홖효율극대화 : ~ 50% 도파로집적 QPM PPLN 보유기관 : 세계적으로 NGK, NEL, KETI, 3 개기관

29 집적비선형 QPM 기술 반도체기술에의해서는 real green, blue LD 제작불가 적외대역파장을가시광대역으로파장변홖에의해 green, blue 확보가능 파장변홖효율극대화를위핚필요기술 변홖효율 ~ (optical intensity) 2 : 도파집적변홖효율 100 배이상증대 평판형도파로집적비선형광학기술 Wafer thinning: < 10 m 도파로집적 QPM PPLN 보유기관 : 세계적으로 NGK, NEL, KETI, 3 개기관 4.5 m V 광도파로영역 1064nm (920nm) 532nm (460nm) 6um 도파로집적주기적분극반젂 SHG PPLN waveguide 초소형고출력 green, blue laser 광원

30 KETI: Why QPM integrated with W/G I 2 2 d c o 2 2 eff 3 2 n n 2 L 2 I 2 ( o) 2 kl sin 2 2 kl 2 7um 10um W/G QPM is the most effective method to generate a new To increase I 2 for a given material (fixed d eff ) and a fixed chip length (fixed L), I 2 (o), input beam intensity, should be increased. Waveguide integrated QPM devices Owing to W/G QPM, bulk nonlinear optic technology can be developed to planar integrated nonlinear optics planar SHG, planar OPO, fiber-pigtailed nonlinear optics, miniaturized and packaged nonlinear optic module

31 Green/blue chip 제작 C-1) Poling C-2) Chip bonding C-3) Lapping/Polishing C-6) Electro-plating C-5) Ridge WG pattern C-4) 전극증착 C-7) Dry etching C-8) Cross section Polishing C-9) Green Laser Chip 완료

32 KETI s status - I Watt 급 green laser: world best 최종목표 : total power 5Watt V 6um

33 KETI s status - II RGB full color 모듈화 : 최종목표 100cc 급

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