國內首個基于自主638nm紅光LD芯片的8W光纖耦合模塊問世
發布時間：2018-04-28
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激光顯示被認為是繼黑白顯示、彩色顯示、數字顯示之后的第四代顯示技術。在眾多不斷發展的顯示技術中，激光顯示技術代表顯示技術未來發展的趨勢和主流方向，具有超大尺寸、寬色域、接近自然顏色的優點，是未來顯示領域競爭的焦點。激光顯示技術在繼承了數字顯示技術所有優點的基礎上，以紅、綠、藍三基色激光作為顯示光源，在色度學方面實現了重大突破，解決了顯示技術領域長期以來懸而未決的大色域色彩再現的難題，所以能夠最完美地再現自然色彩。
激光顯示是以紅、綠、藍(RGB)三基色激光為光源的顯示技術，激光顯示技術的最核心關鍵技術是三基色激光光源，它決定了基于激光顯示技術的終端顯示產品的色域空間、壽命、工作方式以及價格。近日最受產業界關注的紅、綠、藍三基色激光光源獲得了一定的突破：由長春光機所聯合深圳瑞波光電等單位組成的聯合課題組研制出國內首個自主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）半導體激光器作為顯示光源是新型顯示產業發展的趨勢之一, 半導體激光器具有可采用半導體制造工藝實現大規模量產以降低成本的獨到優勢，支撐激光顯示實現高性價比，進入尋常百姓家，因而是新型顯示產業的核心技術。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計劃“戰略性先進電子材料”重點專項‘高光束質量、低閾值、長壽命、低成本紅光LD材料與器件關鍵技術與工程化研究’（編號：2017YFB0404900）項目，此項目由深圳瑞波光電子有限公司牽頭，聯合山東華光、中科院長春光機所、武漢光迅、濟南大學、深圳清華大學研究院、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。
其中，紅光LD產業化最終目標是研制出640nm LD單管功率達到1.2W(40℃)，電光效率超過36%（1W,20℃），生產成本低于5美元/W（這個指標很關鍵），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顯示光源的生產工藝流程即“設計-材料-芯片-器件-模組”的主線開展研究工作，并設置了三個關鍵課題組：
-課題1組負責研究高效率、低缺陷、低成本的紅光LD材料及芯片的關鍵技術及工程化研究。承擔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組負責研究高導熱、低成本的紅光LD封裝耦合模塊的關鍵技術及工程化研究。承擔單位包括中科院長春光機所、濟南大學、深圳瑞波光電等3家單位；
-課題3組負責研制紅光LD關鍵質量控制技術的研究。承擔單位包括深圳清華大學研究院、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、深圳瑞波光電子、華光光電子等單位。據了解，該模塊集成了10個國產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出紅光LD芯片及PIV曲線，室溫和40攝氏度（發表于ICDT-2018）
圖4：課題組一為該項目已開發出紅光LD芯片的光譜曲線，室溫和40攝氏度（發表于ICDT-2018）
將激光顯示的芯片國產化和量產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投影芯片也占據大頭，技術都掌握在國外企業手中，降低芯片的成本迫在眉睫。
可以說，國內首個基于國產紅光LD芯片研制的8W級耦合模塊的問世，意味著又朝著預期目標邁進了重要一步，此舉將加速激光顯示的產業化進程。
