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激光顯示被認(rèn)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(lái)發(fā)展的趨勢(shì)和主流方向，具有超大尺寸、寬色域、接近自然顏色的優(yōu)點(diǎn)，是未來(lái)顯示領(lǐng)域競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)。激光顯示技術(shù)在繼承了數(shù)字顯示技術(shù)所有優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，以紅、綠、藍(lán)三基色激光作為顯示光源，在色度學(xué)方面實(shí)現(xiàn)了重大突破，解決了顯示技術(shù)領(lǐng)域長(zhǎng)期以來(lái)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(lán)(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(jià)格。近日最受產(chǎn)業(yè)界關(guān)注的紅、綠、藍(lán)三基色激光光源獲得了一定的突破：由長(zhǎng)春光機(jī)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(guó)內(nèi)首個(gè)自主638nm紅光LD芯片制作的8W級(jí)光纖耦合模塊，顯示出激光電視離千家萬(wàn)戶的距離越來(lái)越近。

圖1 國(guó)內(nèi)首個(gè)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(lán)）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(shì)之一, 半導(dǎo)體激光器具有可采用半導(dǎo)體制造工藝實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)以降低成本的獨(dú)到優(yōu)勢(shì)，支撐激光顯示實(shí)現(xiàn)高性價(jià)比，進(jìn)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(wèn)題，科技部在2017年啟動(dòng)了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“戰(zhàn)略性先進(jìn)電子材料”重點(diǎn)專項(xiàng)‘高光束質(zhì)量、低閾值、長(zhǎng)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(hào)：2017YFB0404900）項(xiàng)目，此項(xiàng)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(zhǎng)春光機(jī)所、武漢光迅、濟(jì)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(dá)到1.2W(40℃)，電光效率超過(guò)36%（1W,20℃），生產(chǎn)成本低于5美元/W（這個(gè)指標(biāo)很關(guān)鍵），壽命超過(guò)2萬(wàn)小時(shí)（1W,20℃），光纖耦合模塊功率要超過(guò)8W(40℃)。只有將芯片成本降下來(lái)，才能降低整機(jī)的成本。

    該項(xiàng)目按照紅光LD顯示光源的生產(chǎn)工藝流程即“設(shè)計(jì)-材料-芯片-器件-模組”的主線開展研究工作，并設(shè)置了三個(gè)關(guān)鍵課題組：
-課題1組負(fù)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(zhǎng)春光機(jī)所4家單位。
-課題2組負(fù)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(zhǎng)春光機(jī)所、濟(jì)南大學(xué)、深圳瑞波光電等3家單位；
-課題3組負(fù)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(guó)內(nèi)首個(gè)自主638nm紅光LD芯片組成的8W級(jí)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(zhǎng)春光機(jī)所、濟(jì)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(gè)國(guó)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(dá)到9.3W@1.5A。該模塊的問(wèn)世意味著2017YFB0404900項(xiàng)目獲得重大突破。
 
 

  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(jìn)展，瑞波光電和華光光電子在國(guó)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(guò)1.5W（參考圖3），室溫下最高光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到37.7%。多個(gè)器件在1W輸出的壽命測(cè)試時(shí)間已超過(guò)2000小時(shí)， 無(wú)器件失效。

 

圖4：課題組一為該項(xiàng)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(guó)產(chǎn)化和量產(chǎn)化將會(huì)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(jià)往往超過(guò)幾萬(wàn)元，不僅遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)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(jià)格上給消費(fèi)者帶來(lái)一定的困擾。

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

  可以說(shuō)，國(guó)內(nèi)首個(gè)基于國(guó)產(chǎn)紅光LD芯片研制的8W級(jí)耦合模塊的問(wèn)世，意味著又朝著預(yù)期目標(biāo)邁進(jìn)了重要一步，此舉將加速激光顯示的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。