本项目旨在开发功率型 LED 系统多级热管理模块化技术及

实现其产业化应用。项目结合研发团队多年积累的 LED 封装、热管理等前期研究工作，针对当前 LED 散热技术导热差、高热阻、传热效率低问题，从热的产生、传递和散发3 个环节出发，提出综合解决方案........ 

     源危机、温室效应以及生态环境的日益恶化让人们意识到能源获取方式的改变和提高能源利用率的重要性。在世界电力的使用结构中，发达国家照明耗电大体占全国发电总量的 20%-25%，并且自 1990 年以来照明用电以每年 15%的速度增长；而我国发电总量为 34334 亿度，其中照明用电约 4000 亿度，占电力总消耗的 12%，占能源消耗的 5.9%，且每年以 5-10%速度增长。据我国专家预测，到 2015 年，我国照明用电量将达到 6000 亿度。由此可知，照明节能需求成了各国政府必须面对的重要问题。在《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020 年）》中，将高效节能、长寿命的半导体照明列入第一重点领域（能源）的第一优先主题（工业节能），在国内外引起广泛关注。2008 年 12 月 30 日。国家发改委颁布《珠江三角洲地区改革发展规划纲要（2008-2020）》，纲要中提出的规划指导思想为广东的 LED 高效照明产业指明了方向：如大力发展包括半导体照明在内的高技术产业；改造提升传统产业，打造包括中山灯饰在内的区域品牌。“十一五”期间，LED 照明就已成为我国重点扶持与优先发展的高新技术产业之一，支持力度不断加大。2005 年，国家发展改革委发布的《节能中长期专项规划》中，明确规定绿色照明工程为十大重点节能工程之一：如倡导采用大宗采购、需求侧管理和合同能源管理等机制推广高效照明产品；选择试点城市照明节电改造示范；城市高效节能夜景照明系统改造示范；推广使用 LED 交通信号灯等。半导体照明技术与产业正在成为第三代半导体技术和整个光电子产业发展的切入点和突破口。

    LED（Light Emitting Diode）基于其电子空穴复合的发光机理具有很高的电-光转换效率，理论上可达 100%。自二十世纪 50 年代发展至今，LED 的发光波长从红外扩展到可见光、紫外波段，特别是以 GaN 基功率型 LED  为核心的半导体照明光源，被认为是继白炽灯和荧光灯之后的第三代照明光源， 成为世界各国光电子领域的研究热点之一。与传统的白炽灯和荧光灯相比，LED  具有高亮度、低能耗、长寿命、结构紧凑、体积小、平面化、重量轻、方向性好、响应快、绿色环保、无辐射和耐各种恶劣条件等优点。因此，将 LED  应用于照明可获得显著的节能效果，有效缓解当前能源紧张的局面。同世界其他国家一样，从2002  年开始，在中国国家半导体照明工程的推动下，基于大功率白光 LED  的半导体照明产业迅速发展，逐步进入传统照明的各个应用领域。主要包括：手机的背光屏及大中尺寸的电视和液晶显示器背光源、大型广告牌、标志牌和显示屏、交通信号灯、路灯、景观照明和特种照明等。与传统光源一样，LED  在工作期间也会产生热量，其发热程度取决于整体的发光效率。在外加电能作用下，电子和空穴的辐射复合发生电致发光，在 P-N结附近辐射出来的光还需经过芯片本身的半导体介质和封装介质才能抵达外界空气）。综合电流注入效率、辐射发光量子效率、芯片外部光取出效率等，最终大概只有 30-40% 的输入电能转化为光能，其余 60-70% 的能量主要以非辐射复合发生的点阵振动的形式转化热能，这些热量直接影响着器件的可靠性和使用寿命等，在大功率器件中表现尤为明显。因此，热管理技术的开发及应用是大功率、高亮度 LED 应用的重要课题，也是灯具可靠性和使用寿命方面亟需解决的首要问题。由此可见，针对当前 LED 散热存在的诸多问题，开发具有自主知识产权的，先进、有效的大功率 LED 热管理技术是 LED 产业持续发展、技术水平不断提升的重要途径，也是 LED 产业升级和国际化发展的迫切需要，对带动整个产业进步具有重要意义。

在广东省广州市，作为中国的南大门及国家中心城市，一直处于改革开放的前沿。2011 

年广州市政府即提出未来５年，广州市将从战略性主导产业发展资金中每年安排１亿元用于扶持ＬＥＤ战略性新兴产业发展，今后５年将对中心城区逾１１万盏市政路灯进行ＬＥＤ路灯节能改造的宏伟目标。2013  年，广州光谷的建成，囊括全国甚至全球 LED 及照明行业龙头企业，重点发展光照明、光显示、光服务、光影像、光生医、光能量、光稀土、光通讯等八大技术领域，力争将“广州光谷”建设成为国际光产业的高新技术产业技术中心，形成全球性的光产业集聚区和光产业国际枢纽。而在，2012  年，广州市政府出台《中共广州市委、广州市人民政府关于推进科技创新工程实施意见》（穗字[2012]18 号）文件，明确科技创新工程的主要任务包括“加快建设光电子与纳米材料、发光材料与器件……等一批国家级重点实验室……为企业技术创新提供支撑”以及“加强国际科技交流合作……加快广州国际科技合作交流中心……等一批国际科技合作创新平台建设，打造国际科技孵化基地，增强国际创新资源集聚的能力。引进高端创新资源，支持境外研发机构和跨国企业来穗开展技术研发、转移和成果转化” 基于上述背景和 LED  产业界的应用需求，本项目团队提出本项目立项。本项目旨在引入香港科技大学邱惠和教授及其研究团队，结合广州市高新技术企业—广州市海林电子科技发展有限公司，与广东工业大学、华南师范大学于共同组建国际化“产—学—研”结合的研发团队，结合团队积累的 LED  封装、热管理研究等前期工作，本项目拟从热的产生、传递和散发 3  个环节出发，提出综合解决方案，协同材料结构、芯片、封装、应用等各层面的技术力量，开展功率型LED 系统多级热管理模块化技术开发，包括 LED 外延、封装与应用产品中的热量传递过程、散热技术、界面热阻的预测建模、界面材料填充过程建模及相关控制工艺等研究开发，并将上述技术成功应用于 LED 产品。项目关于 LED 集成化热管理的思想，为功率型 LED 开发及照明应用提供了解决热问题的新思路、新方法与新技术。

本项目申请采用国际科技交流合作形式，是广州市发光材料与器件等产业推动发展的需要，与（穗字[2012]18 号）紧密贴合；同时项目申报符合“2015 年广州市产学研协同创新重大专项-专题三：对外科技合作”的要求，也符合国家和广东省产业结构调整的要求。项目的顺利实施，将提高我省乃至我国 LED 相关产品的技术水平以及在国际市场上的竞争力，对其他行业的技术进步也具有良好的促进和示范作用。 

项目概况

本项目旨在开发功率型 LED 系统多级热管理模块化技术及实现其产业化应用。项目结合研发团队多年积累的 LED 封装、热管理等前期研究工作，针对前 LED 散热技术导热差、高热阻、传热效率低问题，从热的产生、传递和散发3 个环节出发，提出综合解决方案；并协同材料结构、芯片、封装、应用等各层面的技术力量，开展功率型 LED 系统多级热管理模块化技术研发工作。研究内容包括 LED 外延、封装与应用产品中的热量传递过程、散热技术、界面热阻的预测建模、界面材料填充过程建模及相关控制工艺等研究开发，并将上述技术成功应用于 LED 产品。项目关于 LED 集成化热管理的思想，为功率型 LED 开发及照明应用提供了解决热问题的新思路、新方法与新技术。项目完成后，将获得具有自主知识产权的、达到国内领先水平的大功率 LED 集成化热管理核心技术，并实现大功率 LED 器件的散热应用，并形成产业化，预计申请专利 5 件以上（其中发明专利不少于 2 件）；估计年销售额达 500 万元以上。项目实施是 LED 产业持续发展、技术水平不断提升的重要途径，也是 LED 产业升级和国际化发展的迫切需要，对带动整个产业进步具有重要意义，而且对相关行业的技术进步也具有良好的促进和示范作用。

项目实施发表论文信息

序号论文题目作者发表刊物刊物类别出版日期期号

（卷号）起止页码

1大功率LED散热器的数值模拟与优化王长宏，谢泽涛，邹大枢，邢瑞林电子元件与材料核心2015.05.266（34）44-47

2Bubble dynamics and heat transfer on a wettability patterned surfaceXiaodan Chen, Huihe Qiu*International Journal of Heat and Mass TransferSCI2015.04.2488 (2015)544–551

3Bubble dynamics and heat transfer during pool boiling on wettability patterned surfacesZhen Sun, Xiaodan Chen, Huihe Qiu*Heat Transfer EngineeringSCI已投

4Self-assembled Co3O4 nanostructure with controllable morphology towards high performance anode for lithium ion batteriesYiqiong Zhang, Yiwen Wu, Yinghong Chu, Lin Li, Qipeng Yu, Yanfei Zhu,

Gang Liu,Qiong Hou, Ronghua Zeng*, Lingzhi ZhaoElectrochimica ActaSCI2015.12.07188

(2016)909–916

5Tucked flower-like SnS2/Co3O4 composite for high-performance anode material in lithium-ion batteriesYanfei Zhu, Yinghong Chu, Jinghao Liang, Yunsha Li, Zilin Yuan, Wentao Li,

Yiqiong Zhang, Xuexue Pan, Shu-Lei Chou, Lingzhi Zhaoa*, Ronghua Zeng*Electrochimica ActaSCI2015.12.19190 (2016)843–851

6A novel shuttle-like Fe3O4–Co3O4 self-assembling architecture with highly reversible lithium storageKaina Shang,Wentao Li,Yongmei Liu,Wenguang Zhang,Hui Yang,Jiqing Xie,Zuyan Liu,Shu-Lei Chou,Lingzhi Zhao* ,Ronghua Zeng*Royal Society of ChemistrySCI2015.08.11DOI: 10.1039/c5ra12306b

7Fabrication, characterization and electrochemical properties of porous coral-structured Si/C composite anode for lithium ion batteryFen-ling TANG, Jian-fei LEI, Zhao-yang CUI, Jian OUYANG, Gang LIU, Ling-zhi ZHAO Trans.NonferrousMet.Soc.China SCI2015.06.2625(2015)4046−4053

果推广应用的范围和前景

功率型白光 LED 实现，将在数字显示、汽车工业、装饰照明等领域的广泛应用，真正实现“永久型”灯具的市场需求，从而实现人们对灯具节能、耐用的追求，在市场中将具有强大的竞争优势。目前，LED 的产地主要集中在日本、中国台湾、美国、韩国等地。功率型白光 LED 照明将成为全球 LED 未来竞争的焦点，据台湾工研院统计数据，白光 LED 的年需求从 2005 年的 19.5 亿颗增长到2009 年的 136 亿颗，至 2013 已过 1000 亿颗。同时根据市调机构估计，2012 年全球 LED 照明市场规模约达 104 亿美元，较 2011 年成长 183%。主要系因产品价格速下滑(2012 年 LED 灯泡平均单价较2011 年约下跌 29%)，带动需求成长，尤其高相容性、低价格，更使 LED 照明取代光源快速发展。随着 LED 照明价格持续走跌、数量规模快速扩增，工研院产业经济与趋势研究中心能源研究组组长林志勋指出，2013 年全球 LED 照明市场规模维持 30%成长幅度应可期，2020 年全球 LED 照明产值上看 658 亿美元。而从产业规模看，2009 年中国 LED 及应用研究产业包括了衬底、外延、芯片、封装四个环节，总产值达到 827 亿元，其中封装环节达到 204 亿元，占 LED总销售额的 90%。2006-2010 年显示用 LED 销售额年均复合增长率为 19.2%，景观照明销售额年均复合增长率将达到 37.2%。据估计，假如全国 100 座大中城市，每座城市平均在景观照明上的投资为 1 亿元人民币，将具有 100 亿元人民币的市场规模，市场容量巨大。LED 约有 80%的能量会转成热能消散，这些废热会严重影响 LED 的寿和发光特性。因此，LED 热管理已成为 LED 产品质量的决定因素。由于产品质量和行业标准混乱的问题，LED  行业进入了调整期，热管理技术的发展急待新技术的突破。本项目包括 LED 外延、封装与应用产品中的热量传递过程、散热技术、界面热阻的预测建模、界面材料填充过程建模及相关控制工艺等研究开发，项目研究成功后将占领国内 LED 市场。LED 热管理技术市场将随着 LED 技术的突破而迅速增长，带来巨大的经济效益。

    综上所述，本项目利用多年研制的丰富经验，抓住政府导向机遇，在初步完成多级热管理模块化技术的研制基础上，强势进入 LED 散热产业，实现系列化、标准化的功率型 LED 系统多级热管理模块化技术的产业化，项目实施后将大力带动区域内相关产业的发展，具有良好的经济效益和社会效益，为我国 LED 行业的发展做出新的贡献。为此，建议政府有关部门给予大力支持，促成项目尽快推向产业化。