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國內(nèi)首個基于自主638nm紅光LD芯片的8W光纖耦合模塊問世
發(fā)布時間:2018-04-28
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激光顯示被認為是繼黑白顯示、彩色顯示、數(shù)字顯示之后的第四代顯示技術(shù)。在眾多不斷發(fā)展的顯示技術(shù)中,激光顯示技術(shù)代表顯示技術(shù)未來發(fā)展的趨勢和主流方向,具有超大尺寸、寬色域、接近自然顏色的優(yōu)點,是未來顯示領(lǐng)域競爭的焦點。激光顯示技術(shù)在繼承了數(shù)字顯示技術(shù)所有優(yōu)點的基礎(chǔ)上,以紅、綠、藍三基色激光作為顯示光源,在色度學(xué)方面實現(xiàn)了重大突破,解決了顯示技術(shù)領(lǐng)域長期以來懸而未決的大色域色彩再現(xiàn)的難題,所以能夠最完美地再現(xiàn)自然色彩。

 

   激光顯示是以紅、綠、藍(RGB)三基色激光為光源的顯示技術(shù),激光顯示技術(shù)的最核心關(guān)鍵技術(shù)是三基色激光光源,它決定了基于激光顯示技術(shù)的終端顯示產(chǎn)品的色域空間、壽命、工作方式以及價格。近日最受產(chǎn)業(yè)界關(guān)注的紅、綠、藍三基色激光光源獲得了一定的突破:由長春光機所聯(lián)合深圳瑞波光電等單位組成的聯(lián)合課題組研制出國內(nèi)首個自主638nm紅光LD芯片制作的8W級光纖耦合模塊,顯示出激光電視離千家萬戶的距離越來越近。


圖1 國內(nèi)首個基于自主638nm紅光LD芯片組成的光纖耦合模塊 

 
    三基色(紅、綠、藍)半導(dǎo)體激光器作為顯示光源是新型顯示產(chǎn)業(yè)發(fā)展的趨勢之一, 半導(dǎo)體激光器具有可采用半導(dǎo)體制造工藝實現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)以降低成本的獨到優(yōu)勢,支撐激光顯示實現(xiàn)高性價比,進入尋常百姓家,因而是新型顯示產(chǎn)業(yè)的核心技術(shù)。為攻克三基色激光器里的紅光LD光源問題,科技部在2017年啟動了國家重點研發(fā)計劃“戰(zhàn)略性先進電子材料”重點專項‘高光束質(zhì)量、低閾值、長壽命、低成本紅光LD材料與器件關(guān)鍵技術(shù)與工程化研究’(編號:2017YFB0404900)項目,此項目由深圳瑞波光電子有限公司牽頭,聯(lián)合山東華光、中科院長春光機所、武漢光迅、濟南大學(xué)、深圳清華大學(xué)研究院、杭州中科極光和工信部電子第五研究所等8家單位共同承擔(dān)。

 

    其中,紅光LD產(chǎn)業(yè)化最終目標(biāo)是研制出640nm LD單管功率達到1.2W(40℃),電光效率超過36%(1W,20℃),生產(chǎn)成本低于5美元/W(這個指標(biāo)很關(guān)鍵),壽命超過2萬小時(1W,20℃),光纖耦合模塊功率要超過8W(40℃)。只有將芯片成本降下來,才能降低整機的成本。

    該項目按照紅光LD顯示光源的生產(chǎn)工藝流程即“設(shè)計-材料-芯片-器件-模組”的主線開展研究工作,并設(shè)置了三個關(guān)鍵課題組:
-課題1組負責(zé)研究高效率、低缺陷、低成本的紅光LD材料及芯片的關(guān)鍵技術(shù)及工程化研究。承擔(dān)單位包括了深圳瑞波光電、山東華光、武漢光迅、中科院長春光機所4家單位。
-課題2組負責(zé)研究高導(dǎo)熱、低成本的紅光LD封裝耦合模塊的關(guān)鍵技術(shù)及工程化研究。承擔(dān)單位包括中科院長春光機所、濟南大學(xué)、深圳瑞波光電等3家單位;
-課題3組負責(zé)研制紅光LD關(guān)鍵質(zhì)量控制技術(shù)的研究。承擔(dān)單位包括深圳清華大學(xué)研究院、杭州中科極光和工信部電子第五研究所3家單位。


    本次提到的國內(nèi)首個自主638nm紅光LD芯片組成的8W級光纖耦合模塊是課題一組和課題二組合作完成的,包括中科院長春光機所、濟南大學(xué)、深圳瑞波光電子、華光光電子等單位。據(jù)了解,該模塊集成了10個國產(chǎn)638nm單管芯片,在1.5A的工作電流下耦合模塊功率約為8.6W(參看圖2),目前使用的光纖沒有鍍膜,約有8%的損耗,后期鍍膜后,功率可達到9.3W@1.5A。該模塊的問世意味著2017YFB0404900項目獲得重大突破。
 
 

圖2紅光耦合模塊PIV曲線圖



  除此之外,課題1組承擔(dān)的高效率、低缺陷、低成本的紅光LD材料及芯片也取得重大進展,瑞波光電和華光光電子在國內(nèi)首次演示了高性能顯示用638 nm紅光LD器件,室溫和40攝氏度下輸出功率超過1.5W(參考圖3),室溫下最高光電轉(zhuǎn)換效率達到37.7%。多個器件在1W輸出的壽命測試時間已超過2000小時, 無器件失效。
圖3:課題組一為該項目已開發(fā)出紅光LD芯片及PIV曲線,室溫和40攝氏度(發(fā)表于ICDT-2018)
 

圖4:課題組一為該項目已開發(fā)出紅光LD芯片的光譜曲線,室溫和40攝氏度(發(fā)表于ICDT-2018)



  將激光顯示的芯片國產(chǎn)化和量產(chǎn)化將會大大降低激光電視的成本,讓老百姓更容易接受激光電視,目前激光電視單價往往超過幾萬元,不僅遠遠超過傳統(tǒng)家用投影,也比七八十寸的液晶電視貴了太多,這就在價格上給消費者帶來一定的困擾。

  據(jù)了解,每臺激光電視將用上百顆紅綠藍激光芯片,而激光芯片的成本目前占整機成本的40%左右,另外光機以及成像的DMD投影芯片也占據(jù)大頭,技術(shù)都掌握在國外企業(yè)手中,降低芯片的成本迫在眉睫。

  可以說,國內(nèi)首個基于國產(chǎn)紅光LD芯片研制的8W級耦合模塊的問世,意味著又朝著預(yù)期目標(biāo)邁進了重要一步,此舉將加速激光顯示的產(chǎn)業(yè)化進程。