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

主要完成单位

华南理工大学

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（原广州市鸿利光电股份有限公司）

佛山市电器照明股份有限公司

广东三雄极光照明股份有限公司

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、华南理工大学、华南理工大学、对项目创新点1，2，3，4都做出了突破性贡献）

2.李宗涛（副教授、华南理工大学、华南理工大学、对项目创新点1，2，3做出了创新性贡献）

3.余彬海（教授级高工、华南理工大学、华南理工大学、对项目创新点3，4做出了创新性贡献）

4.刘传标（工程师、佛山市国星光电股份有限公司、佛山市国星光电股份有限公司、对项目创新点2，3做出了创新性贡献）

5.王跃飞（工程师、鸿利智汇集团股份有限公司（原广州市鸿利光电股份有限公司）、鸿利智汇集团股份有限公司（原广州市鸿利光电股份有限公司）、对项目创新点3，4做出了创新性贡献）

6.丁鑫锐（无、华南理工大学、华南理工大学、对项目创新点1，3做出了创新性贡献）

7.李家声（无、华南理工大学、华南理工大学、对项目创新点2，3做出了创新性贡献）

8.余树东（无、华南理工大学、华南理工大学、对项目创新点3，4做出了创新性贡献）

9.徐亮（无、佛山市国星半导体技术有限公司、佛山市国星半导体技术有限公司、对项目创新点2，3做出了创新性贡献）

10.林岩（无、广东三雄极光照明股份有限公司、广东三雄极光照明股份有限公司、对项目创新点4做出了创新性贡献）

11.魏彬（工程师、佛山电器照明股份有限公司、佛山电器照明股份有限公司、对项目创新点4做出了创新性贡献）

12.梁丽芳（工程师、佛山市国星光电股份有限公司、佛山市国星光电股份有限公司、对项目创新点3做出了创新性贡献）

13.李国平（无、鸿利智汇集团股份有限公司（原广州市鸿利光电股份有限公司）、鸿利智汇集团股份有限公司（原广州市鸿利光电股份有限公司）、对项目创新点3做出了创新性贡献）

14.袁伟（教授、华南理工大学、华南理工大学、对项目创新点1做出了创新性贡献）

15.黄杨程（高级工程师、佛山市国星光电股份有限公司、佛山市国星半导体技术有限公司、对项目创新点2做出了创新性贡献）

项目

简介

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（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%（占世界产量50%，数据来源：2016年CSA Research）。随着半导体发光器件应用从照明向高附加值显示、背光源等领域拓展，且逐渐向影响国家战略安全的光通信领域渗透，对半导体发光器件其发光效能、光色质量及微型化提出更加苛刻的整体要求。采用具有跨尺度特性的光功能结构精确调控半导体发光器件光色特性，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，开发出宏观微观统一复杂光学结构跨尺度协同设计专业软件，填补国际技术空白，改变过去企业长期依赖经验或单一尺度简化设计的局面。光色矢量设计理论奠定高附加值显示等领域的技术优势，新理论设计的RGB器件被选定为70周年抗战胜利国庆阅兵LED显示器件。

（2）打破传统单一功能与单一尺度结构加工模式，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，实现规则阵列结构与具有分形特征的粗糙结构协同生成，形成水平、垂直与倒装结构LED芯片完整体系，为高质量半导体发光器件奠定基础。

（3）发明微纳米粒子结构特征与光功能属性耦合的材料配制、多物理场耦合可控分布技术。实现功能微纳米粒子定点、定向及定量分布的跨尺度光功能结构可控制造，满足高质量半导体发光器件光色矢量设计的苛刻要求。

（4）发明阵列透镜结构的无损、近净模压成型规模化生产模式，并开发出成套装备，将高质量半导体发光器件集成在高附加值光源系统。该技术成功在系列光源产品实现大规模生产。

技术贡献确立广东省半导体发光产业规模与技术优势地位，同时实现LED产业向高附加值显示领域升级（项目企业单位国星光电2017年显示器件全球产量第一，且保持0.5×0.5 mm世界最小显示器件记录）。项目所开发功率LED器件关键的光效指标超过日本最新发射低轨道微纳光通信卫星采用的器件性能（对比数据来自日本日亚NVSW119AT产品参数），为广东省LED器件大规模进入光通信领域奠定基础。作为国内唯一高校代表参与国际权威的LED器件质量体系标准制定（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、结构可控制造等整体技术方面取得突破，属共性核心技术。获得授权发明专利31项（其中美国/欧洲发明专利2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索引数据库收录论文21篇。专家鉴定和第三方检测表明：整体达到国际先进水平，部分指标（器件/系统光效、器件特征尺寸）达到国际领先水平。HPF（199.76 lm/W）、CSP1010（122.6 lm/W）以及RGB0505（0.5 x 0.5 mm）等系列器件光效、特征尺寸等性能超过美国CREE及韩国三星等同类产品。光源系统光效指标达130 lm/W，性能超过美国CREE及德国欧司朗等同类产品。项目完成单位2014-2016年实现新增销售额133亿元，新增利润总额约7.3亿多元。

代表性论文专著目录

论文1：< Detailed Study on Pulse-Sprayed Conformal Phosphor Configurations for LEDs >

论文2：< Light Extraction Improvement for LED COB Devices by Introducing a Patterned Leadframe Substrate Configuration >

论文3：< A Detailed Study on Phosphor-Converted Light-Emitting Diodes With Multi-Phosphor Configuration Using the Finite-Difference Time-Domain and Ray-Tracing Methods >

论文4：< Improving LED CCT uniformity using micropatterned films optimized by combining ray tracing and FDTD methods >

论文5：< Angular color uniformity enhancement of white light-emitting diodes by remote micro-patterned phosphor film >

论文6：< Study on the optical performance of thin-film light-emitting diodes using fractal micro-roughness model >

论文7：< Multichip LED Modules With V-Groove Surfaces for Light Extraction Efficiency Enhancements Considering Roughness Scattering >

论文8：< Color uniformity enhancement for COB WLEDs using a remote phosphor film with two freeform surfaces >

论文9：< Effect of ZnO nanostructures on the optical properties of white light-emitting diodes >

论文10：< Energy feedback freeform lenses for uniform illumination of extended light source LEDs >

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：<一种薄膜型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：<一种户外显示屏用的SMD LED器件及其显示模组> (ZL200910308797.0)

专利6：<一种大角度透镜及大角度出光的LED光源模块>（2672310）

专利7：<一种COB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>（ZL 2014100551409）

专利9：<一种LED灯泡>（ZL 201410010164.2）

软件著作权1：<多尺度光功能结构BSDF测试分析系统[简称：BSDF Test-Analyzer]V1.0>（2015SR189480）

推广应用情况

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（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、鸿利智汇等本土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（原广州市鸿利光电股份有限公司）等本土封装龙头企业全面实施，生产的功率型半导体发光器件光效高达199.76 lm/W@350 mA（国外同类产品仅151 lm/W@350 mA），超过日本最新发射的低轨道光通信纳卫星所采用的发光器件（数据来源：日本日亚NVSW119AT规格书），畅销韩国LG、荷兰Philips及美国IBM等世界知名企业。由于产品性能优异，项目企业单位国星光电是冠捷科技集团（全球第一大显示器制造商）在大陆地区的唯一优秀LED器件供应商。除供应传统照明、背光市场，国际上首次推出特征尺寸≤0.5 mm的RGB0505系列产品，被洲明、利亚德等小间距LED显示领头企业全面采用，占有率居市场第一位，因产品性能优异，被应用于70周年阅兵。

创新点1、4成果在完成单位佛山市电器照明股份有限公司、广东三雄极光照明股份有限公司全面实施。生产的半导体光源系统光色品质优异，关键的光效指标高达130 lm/W@3 W（国外同类产品仅106.7 lm/W@3 W），因产品性能优异，相关产品销售收入近三年增长百分比在100%以上，确立广东省LED照明光源产业龙头地位。

围绕上述成果产品（高质量半导体发光芯片、器件及系统），仅项目完成单位2014-2016年实现销售收入133亿元，新增利润7.3亿元。