正文 主流光源技術展望(3 / 3)

采用半導體激光器元件的方式所麵臨的問題是畫質和耗電量(電池壽命)。而對這兩者起決定作用的是綠色半導體激光器元件。現在,綠色激光器還滿足不了要求,這是因為綠色波長(532nm)的直接振蕩元件達不到商用生產的水平。因此,產品和開發品中通常采用SHG元件將1064nm近紅外光波長減半成532nm激光。

在這種用於1064nm振蕩的激光器元件中,能夠承受高速調製的成品元件有限。之所以需要調製,是因為超小型投影機一般將三原色激光打在一枚鏡子上,使其反射光在屏幕上掃描以顯示影像。要想實現高精細,就需要高速調製,而此前能滿足高速調製的元件有限。

另外,使畫質劣化的主要因素斑點噪聲的抑製也取決於激光器元件的調製速度。斑點噪聲是因照射光和反射光的幹擾等而使用戶感到晃眼的現象。抑製這種噪聲的方法有對激光進行調製以減輕幹擾。由於波長1064nm的元件大多不能獲得足夠的調製速度,因此隻有綠色能夠看到斑點噪聲。藍色和紅色的激光器元件,能夠獲得足以顯示高清晰視頻和抑製斑點噪聲的直接振蕩型半導體激光器元件成品,因此不存在以上問題。

另外,直接振蕩型綠色激光器元件的開發最近日益活躍。由於預計市場將比麵向原來的加工用產業設備的產品大得多,半導體廠商等正在加快開發。數年前有很多人認為“還要等10年”,現在大家卻都說“或許兩年內實用化就有眉目了”。

激光光源試水成功

廠商使用激光光源收到了莫大的效果。例如,三菱電機的背投激光電視。三菱電機近日就宣布開發出了部分背照燈光源采用半導體激光器的液晶電視——“激光器背照燈液晶電視”,並公開了46英寸試製品。該產品采用由紅色半導體激光器及藍綠色LED兩種光源構成背照燈。與背照燈光源采用白色LED的該公司現有液晶電視相比,色彩表現範圍提高到了約1.3倍(按照NTSC規格比約為126%計算),特別是紅色的鮮豔度得到了大幅提高。

三菱電機已投產采用RGB 3色激光光源的背麵投射型投影機。此次的液晶電視隻采用紅色激光光源是因為考慮到了實用化時的成本,而紅色在使用激光光源時效果最好。另外,激光器由三菱電機製造,發光波長為638nm。

三菱電機采用紅色作為激光光源,剩下的綠色及藍色采用了二者的混合色——藍綠色LED。三菱電機表示:“如果分別采用綠色LED和藍色LED,容易出現顏色不均現象,所以才將它們集成到了一個芯片內。”

此次試製的46英寸液晶電視的背照燈采用端麵照光型。三菱電機介紹,該背照燈配備了數十個紅色激光器及數百個藍綠色LED。因激光器和LED存在發散角不同的問題,該公司開發出了可使二者的光線均勻混合的光學係統。由此抑製了顏色不均等現象的發生。

此次試製的46英寸液晶電視的畫麵亮度、對比度及耗電量等性能參數與該公司原來配備白色LED背照燈的液晶電視基本相同。

白色激光光源亮度達到HID的2.5倍

日亞化學工業推出的白色激光光源的亮度為270cd/mm2,達到HID(高壓氣體放電)燈2.5倍。白色激光光源的亮度也比白色LED高出不少。白色激光光源使用了激光投影機藍色光源所用藍色半導體激光器和熒光體材料,以0.65mm直徑獲得了250lm的亮度(電流1.2A、電壓4.6V時),設想將其應用於圖像識別用聚光光源、醫療及產業用特殊光源等。白色激光光源還具有以簡易鏡頭即可集聚光的特點。

此白色激光光源的構造是把鏡頭置於藍色半導體激光器CAN封裝的上部,並將其用其他CAN封裝包覆起來。在外層CAN封裝上麵的中心位置開一個可射出光線的孔,將摻有熒光體的粘合劑嵌入其中,其孔徑為0.65mm。藍色激光由封裝內的鏡頭聚光並照射到熒光體上,熒光體便可射出白色光。

說起激光光源,很多人都會認為其壽命比較短。此次開發的白色光源在外殼溫度為25℃的條件下,亮度減半,壽命平均為2萬小時。激光器的壽命是由封裝內反射層的劣化及反射率的下降決定的。由於藍色半導體激光器在外殼溫度為50℃的條件下壽命一般為4萬小時,如果改進反射層,預計能把亮度減半,壽命延長到3萬小時以上。白色光源的封裝及封裝內的鏡頭和混合有熒光體材料的粘合劑均為無機材料。這是由於要使用強藍色激光照射,如果采用樹脂材料,則會很快劣化。另外,激光器光源雖給人比LED要貴的印象,但是由於其利用了投影機用激光器,而且還能利用藍光錄像機等所用藍紫色半導體激光器元件的半導體量產技術製造,因此隻要激光器元件開始量產,就會有降低價格的潛力。

這種光源雖然亮度極高,但發光效率還隻有為45lm/W,與發光效率在100lm/W以上的白色LED相比要略遜一籌。業內人士表示,迄今為止是不惜犧牲效率來追求高亮度,真要想提高發光效率,還是有辦法的。此次熒光體嵌入部分的直徑為0.65mm,封裝內部還有一些未射到外麵的光。如果是亮度無需達到HID2.5倍的用途,則可以采取一些手段擴大熒光體嵌入部分的直徑。這樣浪費掉的光線就能夠放射到封裝外部,從而提高發光效率。

三菱化學認為,僅用平均演色性指數(Ra)來作為判斷白色LED演色性好壞的數值是不夠的。因為Ra中不包含對鮮紅色等高彩度顏色的演色性評價。對此,三菱化學強調了將紅色熒光體CASN(CaAlSiN3;Eu2+)添加到白色LED熒光體中做法的好處。

三菱化學表示,想要進一步提高演色性時,可在近紫外LED上結合使用紅、綠、藍三種熒光體。三菱化學開發出了利用發光波長為405nm的近紫外LED的白色LED。雖然仍存在因斯托克斯效應導致的效率下降,因發光波長短導致的封裝材料劣化等課題,但Ra超過了95,高彩度紅色的演色性(R9)超過了90。但白色LED的發光效率在色溫為2700K時還比較低,隻有25lm/W。該公司今後將致力於發光效率的提高。