半导体发光器件跨尺度光功能结构设计与制造关键技术

1、2017年度广东省科学技术奖项目公示项目名称半导体发光器件跨尺度光功能结构设计与制造关键技术主要 兀成 单位单位1.华南理工大学单位2.佛山市国星光电股份有限公司单位3.鸿利智汇集团股份有限公司单位4.佛山电器照明股份有限公司单位5.广东三雄极光照明股份有限公司单位6.佛山市国星半导体技术有限公司主要完成人 （职称、完成单位、工作单位）1.汤勇（教授、工作单位：华南理工大学、元成单位：华南理工大学、主要贝献：（1）对项目创新点1、2、3、4做出了突破性贡献；（2）国内率先倡导表面光功能 结构设计及制造的研究工作，长期为半导体器件/系统提供光色优化解决方案；（3）是本项目核心知识产权 2、3的第

2、一发明人，知识产权1、10的主要发明人；（4）是代表性论文1、2的通讯作者，论文 3-10的主要作者。）2.李宗涛（副教授、工作单位：华南理工大学、完成单位：华南理工大学、主要贡 献：（1）对项目创新点1、2、3做出了创新性贡献；在项目开展过程中长期派驻项 目第二完成单位，组织协调项目进展；（2）提出半导体发光器件跨尺度光功能结构 设计新理论，指导半导体芯片、器件以及光源系统结构优化；（3）是本项目核心知识产权1、10的第一发明人，知识产权2、3的主要发明人；（4）是代表性论文3-9 的通讯作者，论文1、2、10的第一作者。）3.余彬海（教授级高级工程师、工作单位：华南理工大学、完成单位：华南

3、理工大 学、主要贡献：（1）对项目创新点 3、4做出了创新性贡献；曾任项目第二完成单 位董事、副总经理以及研发中心主任，在项目开展过程起指导协调工作；（2）发明多物理场耦合微纳粒子可控分布技术，实现高光色品质LED器件的制造；冋时开发新一代近净模压装备， 实现阵列透镜制造；（3）是本项目核心知识产权 5的第一发 明人，知识产权1、3、10的主要发明人；（4）是代表性论文3、4、5、10的主要作者。）4.刘传标（工程师、工作单位：佛山市国星光电股份有限公司、完成单位：佛山市 国星光电股份有限公司、主要贡献：（1）对项目创新点 2、3做出了创新性贡献；（2）优化芯片封装排布，实现显示器件微型化，采

4、用微纳粒子调控显示器件光色 品质，成功开发出新一代高光色品质微小间距显示器件（3）是本项目核心知识产权4的第一发明人）5.王跃飞（工程师、工作单位：鸿利智汇集团股份有限公司、完成单位：鸿利智汇 集团股份有限公司、主要贝献：（1）对项目创新点3、4做出了创新性贝献；（2）在跨尺度功能结构设计算法指导下设计出新型荧光涂层，并利用脉冲喷涂工艺制备出涂层，实现新一代高光色品质LED白光器件的制造（3）是本项目核心知识产权7的主要发明人。）6. 丁鑫锐（未取得、工作单位：华南理工大学、完成单位：华南理工大学、主要贡 献：（1）对项目创新点1、3做出了创新性贡献；（2）提出跨尺度光功能结构设计算法，利用微

5、纳粒子、表面微透镜结构对LED器件进行光色调控（3）知识产权1、2、3、10的主要发明人；（4）代表性论文10的通讯作者，论文 4、7的第一作者， 论文2、3、6、& 9的主要作者。）7.李家声（未取得、工作单位：华南理工大学、完成单位：华南理工大学、主要贡献：（1）对项目创新点2、3做出了创新性贡献；（2）提出芯片图形化衬底/表面粗 糙结构协冋设计及制造关键技术， 发现荧光粒子结构与功能耦合关系， 实现高品质 荧光涂层设计及制备；（3）知识产权1、10的主要发明人；（4）代表性论文3、6、 8的第一作者，论文 4、7、9的主要作者）8.余树东（未取得、工作单位：华南理工大学、完成单位：华南理

6、工大学、主要贡献：（1）对项目创新点3、4做出了创新性贡献；（2）利用表面微透镜结构改善 LED 光源系统的光色品质，提出基于能量反馈函数的设计算法实现目标面的均匀照度要 求，提出阵列透镜的规模化制备工艺；（3）代表性论文 5的第一作者，论文 8-10的主要作者。）9.徐亮（未取得、工作单位：佛山市国星半导体技术有限公司、完成单位：佛山市 国星半导体技术有限公司、主要贝献：（1）对项目创新点2、3做出了创新性贝献；（2）将规则阵列结构与具有分形特征的粗糙结构应用至芯片取光以及控光方面，成功制备出可应用照明显示器件的专用芯片，形成水平、垂直与倒装结构LED芯片完整体系，并最终实现以上多种类型芯片

7、的产业化（3）知识产权8的第一发明人）10.林岩（未取得、工作单位：广东三雄极光照明股份有限公司、完成单位：广东 一雄极光照明股份有限公司、主要贝献：（1）对项目创新点4做出了创新性贝献；（2）应用了跨尺度光功能结构光色矢量设计技术对LED光源系统进行优化设计，提升光源系统效率以及光色品质，将项目完成单位2、3开发出的白光照明器件应用到LED照明灯具，实现灯具性能显著提升（3）是项目2项实用新型专利的第一发明人）11.魏彬（工程师、工作单位：佛山电器照明股份有限公司、完成单位：佛山电器 照明股份有限公司、主要贡献：（1）对项目创新点4做出了创新性贡献；（2）应用了跨尺度光功能结构设计技术对LE

8、D光源系统进行优化设计，提升光源系统整体光效以及光色质量，采用项目完成单位2、3的白光照明器件，开发出新一代LED照明灯具（3）知识产权9的第一发明人。）12.梁丽芳（工程师、工作单位：佛山市国星光电股份有限公司、完成单位：佛山 市国星光电股份有限公司、 主要贡献：（1）对项目创新点3做出了创新性贡献；（2） 应用了跨尺度光功能结构设计技术对LED器件进行优化设计，开发出新一代高光色品质显示器件（3）知识产权5的主要发明人。）13.李国平（高级工程师、工作单位：鸿利智汇集团股份有限公司、完成单位：鸿 利智汇集团股份有限公司、主要贡献：（1）对项目创新点3做出了创新性贡献；（2）采用跨尺度光功能

9、结构设计技术对LED器件进行优化设计，提升器件光效及光色品质，实现新一代白光照明器件的产业化（3）知识产权7的主要发明人。）14.袁伟（教授、工作单位：华南理工大学、元成单位：华南理工大学、主要贝献：（1）对项目创新点1做出了创新性贡献；（2）将跨尺度光功能结构设计方法应用 至LED器件以及光源系统，对企业单位进行相关理论指导；（3）知识产权 3、10的主要发明人；（4）论文10的主要作者。）15.黄杨程（高级工程师、工作单位：佛山市国星光电股份有限公司、完成单位：项目简介代表 性论 文专佛山市国星光电股份有限公司、主要贡献：（1）对项目创新点4做出了创新性贡献；（2）应用了跨尺度光功能结构设

10、计技术对LED光源系统进行优化设计，开发出用于控光的大角度LED透镜，实现大角度出光LED光源模块的产业化；（3）知识产权 6的第一发明人。）半导体发光器件光功能结构是具有强化出光及散射等功能，并且可控分布的表面或体结构（属机械科学与技术领域）。半导体发光二极管（LED属广东省战略新兴产业，节能效果显著。近年来 产业规模稳居全国第一，其中 LED器件封装产量约占全国70% （数据来源：CSA Research 2016年半导体照明产业发展白皮书）。随着LED器件应用从照明向高 附加值显示领域拓展，且逐渐向影响国家战略安全的光通信领域渗透，对LED器件发光效能、光色质量及微型化提出更加苛刻的要求

11、。 采用具有跨尺度特性的光 功能结构精确调控LED器件光色特性，是解决上述问题的共性核心技术。 项目组 经过多年研究，取得以下创新成果：（1）提出半导体发光器件跨尺度光功能结构光色矢量设计新理论，开发出宏微统一跨尺度光功能结构协同设计软件，填补国际技术空白。改变企业按经验或单一尺度简化设计的局面，使广东省 LED器件产业进入精确设计阶段。（2）打破传统单一尺度光功能结构加工模式，提出半导体发光芯片强化出光/可控发光结构跨尺度协同制造新方法，实现阵列结构与具有分形特征的粗糙 结构协同生成，满足半导体发光器件高光效等技术要求。采用新技术的HPF（199.76 lm/W ）、CSP1010（ 1.0

12、 x 1.0 mm ）以及 RGB0505（0.5 x 0.5 mm ）系 列器件光效、特征尺寸等性能超过美国CREE及韩国三星等同类产品 32.29%、29.58%及50%功率LED器件关键光效指标超过日本最新发射低轨道微纳光通信 卫星LED器件性能。（3）突破微观结构特征与光功能属性耦合的光功能微纳粒子精确配制、多物理场耦合可控分布技术瓶颈。实现功能微纳粒子在胶体中定向定量分布，满足 显示等领域LED器件光色性能要求。显示器件被选为抗战胜利70周年阅兵、里约奥运会LED显示器件，且保持0.5 X 0.5 mm世界最小记录。（4）发明阵列透镜结构的无损、近净模压成型规模化制造技术，且开发出成

13、套装备。开发的光源系统光效指标达130 lm/W,性能超过美国CRE萌类产品。技术贡献确立广东省LED产业规模与技术优势地位，实现由照明向显示等高 附加值领域转型，且为广东省LED产业大规模进入影响我国战略安全的光通信领 域奠定基础。作为国内唯一高校参与 LED器件国际质量体系标准制定（IECQ WG 09）。项目在半导体发光器件跨尺度光功能结构光色矢量设计、 可控制造等共性技 术方面取得突破。获得授权发明专利31项（其中欧洲发明专利1项）、授权实用 新型10项、计算机软件著作权2项、技术标准1项，发表SCI论文21篇。专家 鉴定和第三方检测表明：整体达到国际先进水平，部分关键指标（器件 /系

14、统光 效、器件特征尺寸）达到国际领先水平。项目完成单位2014-2016年新增销售额 159.37亿元，新增利润15.82亿元。论文 1: Detailed Study on Pulse-Sprayed Con formal Phosphor Con figurati ons for LEDs/ Journal of Display Tech no logy论文 2： Light Extraction Improvement for LED COB Devices by Introducing著目 录a Patterned Leadframe Substrate Configuration/I

15、EEE TransactionsonElectro n Devices论文 3: A Detailed Study on Phosphor-Converted Light-Emitting Diodes With Multi-Phosphor Con figurati on Usi ng the Fin ite-Differe neeTime-Doma in andRay-Traci ng Methods/ IEEE Jour nal of Qua ntum Electro nics论文 4： Improving LEDCCTuniformityusing micropatterned fil

16、ms optimizedby comb ining ray trac ing and FDTD methods/ Optics Express论文 5: Angular color uniformity enhancement of white light-emitting diodes by remote micro-patter ned phosphor film/ Phot onics Research论文 6: Study on the optical performanee of thin-filmlight-emittingdiodesusing fractal micro-rou

17、gh ness model/ Applied surface scie nee论文 7： Multichip LEDModules With V-Groove Surfaces for Light Extraction Efficie ncy Enhan ceme nts Con sideri ng Rough ness Scatteri ng/ IEEETran sacti ons on Electr on Devices论文 8: Color uniformity enhancementfor COBWLEDusing a remote phosphor film with two fre

18、eform surfaces/ Optics Express论文 9: Effect of ZnO nano structures on the optical properties of white light-emitting diodes/ Optics Express论文 10: En ergy feedback freeform len ses for uniform illumi natio n of exte nded light source LEDs/ Applied Optics知识 产权 名称专利1: 一种LED颜色矢量测试方法及装置 ZL201410686228.0专利

19、2 : 一种具有强化出光结构的多LED芯片封装器件及其制造方法ZL201410040941.8专利3: 种薄膜型LED器件及其制造方法 ZL201310282378.0专利4:高对比度LED显示模组及其制造方法 ZL201310113388.1专利5: 种户外显示屏用的 SMD LED件及其显示模组 ZL200910308797.0专利6: 一种大角度透镜及大角度出光的 LED光源模块EP2672310(A1)专利7: 种COE光源的制作方法 ZL201110453903.1专利8: LED芯片及其制作方法、LED发光器件ZL201410055140.9专利 9: 一种 LED灯泡 ZL201410010164.2专利10:多尺度光功能结构BSDF测试分析系统简称：BSDFTest-A nalyzerV1.02015SR189480创新点1、2成果在完成单位佛山市国星半导体技术有限公司（广东省内最 大半导体芯片生产基地）全面实施，生产的高质量半导体发光芯片被国星光电、 鸿利智汇等封装龙头企业大量采用。创新点1、3成果在完成单位佛山市国星光电股份有限公司、鸿利智汇集团 股份有限公司（原广州市鸿