《大功率LED製造中的關鍵科學問題》是依託華中科技大學，由劉勝擔任項目負責人的重點項目。
基本介紹
- 中文名：大功率LED製造中的關鍵科學問題
- 項目類別：重點項目
- 項目負責人：劉勝
- 依託單位：華中科技大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
研究適用於大功率LED製造的多尺度多物理場耦合建模方法和理論，指導大功率LED的數位化製造，已成為大功率LED製造整體最佳化設計的關鍵科學問題以及當今國際該領域的研究熱點和難點，它的研究對高出光率、高可靠性和長壽命大功率LED的製造具有理論意義和套用價值。本項目從創建適用於大功率LED製造過程的多尺度多物理場耦合建模方法和理論出發，通過對LED製造過程中關鍵工藝（如外延過程中MOCVD生長，晶片加工過程中鍵合與剝離，封裝過程中摻螢光粉矽膠的流變和固化，器件快速可靠性評估等）的剖析，利用精確建模仿真研究不同尺度下多物理量(如變形、應力、流體、溫度、光等)共同作用對LED製造缺陷的形成、擴展與器件性能的影響機理，定量分析製造過程中材料、結構和工藝因素對LED器件行為的影響機制，以及各製造工藝之間的相互關係，實現對LED製造過程的最佳化設計與控制，為大功率LED製造提供理論指導和技術參考。
結題摘要
根據國家自然科學基金委員會《資助項目計畫書》的研究內容要求，本項目組從創建適用於大功率LED製造過程的多尺度多物理場耦合建模方法和理論出發，通過對LED製造過程中關鍵工藝（如外延生長，封裝過程中摻螢光粉矽膠的流變和固化，器件快速可靠性評估等）的剖析，利用精確建模仿真研究不同尺度下多物理量(如變形、應力、流體、溫度、光等)共同作用對LED製造缺陷的形成、擴展與器件性能的影響機理，定量分析製造過程中材料、結構和工藝因素對LED器件行為的影響機制，以及各製造工藝之間的相互關係，實現對LED製造過程的最佳化設計與控制。整個項目圍繞“多尺度多物理場建模方法”、“MOCVD反應腔設計與外延生長”、“LED晶片設計與製造”、“LED可靠性”和“大功率LED封裝與套用”中的關鍵技術及其技術基礎，從五個方面開展了全面而深入的研究。多尺度多物理場方面，將CPMD與多物理場有限元分析軟體集成，在同一個互動界面下調用CPMD和有限元軟體，基本實現CPMD與有限元分析結果間的數據傳遞，實現在互動界面下的模擬參數修改；建立了大功率LED製造中的多尺度多物理場耦合方法與理論。在外延生長方面，通過第一性原理分子動力學CPMD對氮化鎵基LED外延生長表面微觀機制進行計算分析，根據理論分析結果設計了一種緩衝分散式MOCVD反應腔結構，可以得到高質量的氮化鎵基外延片。在晶片設計和製造方面，基於薛丁格方程和泊松方程的自洽解，系統分析了LED晶片電流擴展的基本情況，總結出LED晶片電極設計的一些基本原則；基於蒙特卡羅光線追跡方法，分析了正裝、倒裝和垂直結構三種典型LED晶片的取光效率及其潛力，以及四種提高LED晶片取光效率的有效途徑。在LED可靠性方面，測試了螢光粉層熱導率，揭示了溫度和濕度對螢光粉層衰減的影響規律；提出了一種LED高溫高濕可靠性試驗模型，理論結合實驗分析評估了影響LED可靠性的相關因素。在LED封裝方面，建立了精確的白光LED模型，實驗驗證了最佳化的螢光粉塗覆工藝，提高了LED封裝模組的光效和顏色空間均勻性；基於非連續自由曲面透鏡設計方法，設計了多種高效且能實現各種特殊目的的自由曲面透鏡；發現了螢光粉自發熱現象，並解釋了其機制和提出了有效解決方案。
