我國光源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的探討

章荷珍，陳大華，劉 洋

(1.上海101廠，上海200040;2.復(fù)旦大學(xué)電光源研究所，上海200433)

0 引言

1879年愛迪生發(fā)明白熾燈已被人們公認是人類進入文明社會的里程碑，從白熾燈、熒光燈、高強度氣體放電燈，到目前的LED和OLED，照明技術(shù)取得了突飛猛進的發(fā)展，特別是近年來新一代固體光源(SSL)嶄露頭角，正孕育著21世紀照明革命的新時代。筆者在回顧電光源科技發(fā)展歷史的同時，通過對照明產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀剖析，探討未來照明產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向，以便與大家交流和獲得指正。

1 照明是永恒的陽光產(chǎn)業(yè)

光是與水和空氣一樣為所有生物賴以生存的最重要的三要素之一，從地球上生命出現(xiàn)的那一天起，人類就對光有著自然的需求和渴望。因此可以這么說:只要有人生活的地方，就會有對光源和照明的需求，而照明行業(yè)也就勢必成為國民經(jīng)濟中永恒的陽光產(chǎn)業(yè)!回顧我國光源與照明的發(fā)展歷史，更體現(xiàn)這一論斷的正確性。今天，我國已成為國際上光源生產(chǎn)的第一大國，2010年我國光源和照明企業(yè)數(shù)量已超過15 000家，電光源2010年產(chǎn)量達到186.6億只，同比增長18.82%;燈具及照明裝置2010年年產(chǎn)量為22.76億套(臺，個)，同比增長20%;規(guī)模以上企業(yè)累計完成工業(yè)總產(chǎn)值達2 556億元人民幣，增速接近30%。當(dāng)今全球光源與照明領(lǐng)域年產(chǎn)值1 600億美元，而2010年我國出口185.68億美元，因此我國出口的潛力還是很大的。隨著全球半導(dǎo)體技術(shù)的不斷發(fā)展，LED和OLED固態(tài)發(fā)光器件作為新一代光源逐漸走入了人們的視野，并在照明界掀起了一場革命。據(jù)統(tǒng)計，2010年我國LED產(chǎn)業(yè)簽約計劃投資額合計2 178.85億元人民幣，同比增長248.6%，2010年底已實際完成投資值343.2億元，即完成計劃投資的15.8%;全年投資1億以上的企業(yè)約74家，比上年又增加25家。新型的LED光源以其獨特的優(yōu)點，得到越來越多人的青睞，但在光明無限的光環(huán)下，許多人也品嘗到了它的苦澀。這就呈現(xiàn)給國人一個急迫需要探討的課題:未來我國光源產(chǎn)業(yè)究竟將走向何方?

2 全球探討光源產(chǎn)業(yè)方向

2.1 歐洲光源市場的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢

表1所示為歐洲市場近年的銷售情況的統(tǒng)計。從表中可以看出，2007年白熾燈的年銷售量是19億只，幾乎占據(jù)了所有光源銷售量的半壁江山。而到2009年，白熾燈的年銷售量更增加到25億只，但因為白熾燈的效率太低，因此人造光的主要來源還是熒光燈和氣體放電燈，而LED照明產(chǎn)品仍未真正進入照明市場。

表1 2007年歐洲光源銷售情況

隨著LED逐漸進入照明市場，傳統(tǒng)光源一統(tǒng)天下的局面受到了挑戰(zhàn)。尤其在景觀照明、汽車和交通訊號照明和室內(nèi)照明光源的應(yīng)用中，LED光源的推廣應(yīng)用勢頭強盛。包括澳大利亞、歐洲、美國、加拿大、日本和我國等許多國家已制定出淘汰白熾燈的時間表，更換白熾燈除了應(yīng)用CFL節(jié)能燈以外，LED替代燈是被人們看好的適宜光源，見圖1所示。圖2顯示了德國歐斯朗(OSRAM)公司對未來幾年光源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的預(yù)測。從圖中不難看出，截至2013年傳統(tǒng)光源在照明產(chǎn)品中的總比重將由2007年的56%下降到32%;而LED產(chǎn)品將由2007年的3%上升到22%。

圖3顯示荷蘭飛利浦(Philips)公司對未來光源產(chǎn)業(yè)的預(yù)測，他們認為一直到2020年，歐洲光源市場仍將保持每年6%的增長速度，估計LED光源在2020年會占到整個市場份額的1/3左右。

圖1 LED替代燈的外形

圖2 Osram公司對光源產(chǎn)業(yè)的預(yù)測

圖3 Philips公司對傳統(tǒng)光源和LED前景的預(yù)測(圖中上曲面是傳統(tǒng)光源，下曲面是LED光源)

2.2 我國對照明產(chǎn)業(yè)發(fā)展的預(yù)測和規(guī)劃

據(jù)中國照明電器協(xié)會預(yù)測，2015年我國照明產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)值將達到5 000億元人民幣，出口250億美元，外銷達到總產(chǎn)值的30%;到2015年和2020年我國照明產(chǎn)業(yè)的節(jié)能光源從目前的50%分別提升到70%和90%;在今后5～10年內(nèi)光源產(chǎn)業(yè)還是以傳統(tǒng)光源為主角，但光源產(chǎn)業(yè)的集中度將大幅提高，例如到2015年，節(jié)能燈由前20家企業(yè)的產(chǎn)量占比，將由目前占總產(chǎn)量的60%提高到80%，2020年再上升到90%;通過企業(yè)兼并，重組和擴大規(guī)模，以及加強自主品牌建設(shè)和產(chǎn)業(yè)向中西部地區(qū)轉(zhuǎn)移，2015年我國百億銷售額的光源企業(yè)將有3～5家，2020年更增加到10家。我國的光源產(chǎn)業(yè)會更加注重環(huán)境保護，提倡低汞或無汞工藝，全面開展廢棄光源的回收工程，并以CDM和LED光源列為優(yōu)先開發(fā)新產(chǎn)品，尤其兼具功能性和裝飾性，性價比合理的 LED相配套的燈具電器產(chǎn)品將大顯身手。

3 傳統(tǒng)光源面臨挑戰(zhàn)剖析

LED的異軍突起給了傳統(tǒng)光源很大的挑戰(zhàn)，但由于目前LED的性價比問題遠未解決，所以當(dāng)前改進傳統(tǒng)光源和降低污染仍是當(dāng)務(wù)之急，尤其是以下兩個問題:①節(jié)能燈的汞污染危害該如何認識和正確應(yīng)對;②陶瓷金鹵燈(CDM)的量產(chǎn)。

(1)節(jié)能燈的汞污染危害的分析和應(yīng)對

節(jié)能燈中充有汞，而汞是一種有毒有害物質(zhì)，當(dāng)空氣里汞蒸汽超過0.35 μg/m3或汞污染了水源，再通過魚蝦等水產(chǎn)品食物鏈被人食用后，都會導(dǎo)致人體中樞神經(jīng)受損，輕者步行困難、弱智，重者神經(jīng)錯亂，直至死亡。因此，我們必須重視節(jié)能燈的汞污染問題和開展廢棄節(jié)能燈的回收工作。但我們也應(yīng)該對節(jié)能燈汞污染有客觀和全面的認識，現(xiàn)全球每年排放2 000噸汞造成環(huán)境污染，它主要來自燒煤發(fā)電，金屬冶煉和城市垃圾焚燒，其中我國排放700噸汞污染，約占1/3。而按每支節(jié)能燈充入5 mg汞，每年廢棄10億支計算，產(chǎn)生的汞污染約為5噸，再考慮改進后現(xiàn)每支節(jié)能燈僅充入1 mg汞，則產(chǎn)生的汞污染為1噸，這在我國汞污染總量中約占千分之一。世界上事物的利弊通常是共存，正確的做法是趨利避弊，作為汞污染主體的燒煤發(fā)電，金屬冶煉和城市垃圾焚毀因生活需要，還不得不進行，那么目前照亮千家萬戶，汞污染較低的節(jié)能燈就不應(yīng)停止生產(chǎn)。按燃燒1 kg煤發(fā)3度電和釋放0.22 mg汞計算，我們使用9 W節(jié)能燈代替60 W白熾燈，在節(jié)能燈8 000 h壽命里，可省電408度電，即少燃燒136 kg煤，從而就能減少30 mg汞污染。以全國年產(chǎn)38億支節(jié)能燈取代白熾燈來計算，就可減少114噸汞污染，這遠遠高于節(jié)能燈內(nèi)充入汞的數(shù)量。另外，節(jié)能燈的微汞技術(shù)和無汞節(jié)能燈的研制，以及廢棄節(jié)能燈的回收啟動都在進行，它們都會有效地降低汞污染，因此在近10年里我國節(jié)能燈產(chǎn)業(yè)的發(fā)展還是大有可為。

(2)關(guān)于陶瓷金鹵燈(CDM)的量產(chǎn)

陶瓷金鹵燈(CDM)的優(yōu)點是光色穩(wěn)定，顯色性好，壽命長，它被國際光源界看作是與LED一樣重要和有希望的光源。陶瓷金鹵燈采用比石英管耐溫高和耐侵蝕強的多晶氧化鋁陶瓷管為放電管，因此陶瓷金鹵燈具有更多優(yōu)點。表2列出石英金鹵燈與陶瓷金鹵燈的性能對比情況，顯然在壽命和光效方面，陶瓷金鹵燈明顯優(yōu)于石英金鹵燈。圖4顯示了陶瓷金鹵燈在燃點過程中色偏移小的優(yōu)點。

表2 石英金鹵燈與陶瓷金鹵燈的性能對比

圖4 陶瓷金鹵燈在燃點過程中色偏移小縱坐標(biāo):燈的色溫 ，橫坐標(biāo):燈的燃點時間

4 LED的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

與傳統(tǒng)光源比較，LED光源在近年取得的進展和性價比趨勢，見圖5與圖6所示。LED的研發(fā)是系統(tǒng)工程，它必須解決高質(zhì)量的芯片、封裝技術(shù)、散熱材料和設(shè)計，高效和穩(wěn)定的驅(qū)動電路、二次光學(xué)設(shè)計，以及相應(yīng)燈具設(shè)計等一系列問題，見圖7所示。隨著更多廠家和科研院所投入LED的研發(fā)和生產(chǎn)，其成本已經(jīng)開始大幅下降，不久的將來LED照明的時代一定會到來。

圖5 現(xiàn)代主要照明光源的歷史進展

圖6 LED與傳統(tǒng)光源照明成本比較

目前LED照明產(chǎn)業(yè)的發(fā)展可以說是“光明無限，危機四伏”。我國光源產(chǎn)業(yè)要在國際市場形成世界品牌，首先應(yīng)占領(lǐng)中國市場和成為中國品牌，在研發(fā)上狠下功夫是必不可少的，只有擁有核心技術(shù)上的自主知識產(chǎn)權(quán)，才能從中國制造走向中國創(chuàng)造，并向國際上的光源強國邁進。光源產(chǎn)業(yè)的前景是輝煌的，但道路是艱巨和曲折的，愿我們攜手齊進，共同為祖國光源事業(yè)振興而奮斗!

圖7 LED產(chǎn)品需解決的技術(shù)關(guān)鍵

［1］J Y Tsao＆ H D Saunders，Solid-State Lighting:an Energy-Economics Perspective，Journal 0f Physics D:Applied Physics，43(2010)354001(17pp)

［2］陳大華等編著.綠色照明LED實用技術(shù)［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2009

［3］關(guān)福民.“推廣節(jié)能燈會增加汞污染”完全是誤解［J］.浙江照明電器信息，2011(1)