我国光源产业发展的探讨

2011-07-26章荷珍陈大华

灯与照明 2011年3期

章荷珍，陈大华，刘洋

(1.上海101厂，上海200040;2.复旦大学电光源研究所，上海200433)

0 引言

1879年爱迪生发明白炽灯已被人们公认是人类进入文明社会的里程碑，从白炽灯、荧光灯、高强度气体放电灯，到目前的LED和OLED，照明技术取得了突飞猛进的发展，特别是近年来新一代固体光源(SSL)崭露头角，正孕育着21世纪照明革命的新时代。笔者在回顾电光源科技发展历史的同时，通过对照明产业现状剖析，探讨未来照明产业的发展方向，以便与大家交流和获得指正。

1 照明是永恒的阳光产业

光是与水和空气一样为所有生物赖以生存的最重要的三要素之一，从地球上生命出现的那一天起，人类就对光有着自然的需求和渴望。因此可以这么说:只要有人生活的地方，就会有对光源和照明的需求，而照明行业也就势必成为国民经济中永恒的阳光产业!回顾我国光源与照明的发展历史，更体现这一论断的正确性。今天，我国已成为国际上光源生产的第一大国，2010年我国光源和照明企业数量已超过15 000家，电光源2010年产量达到186.6亿只，同比增长18.82%;灯具及照明装置2010年年产量为22.76亿套(台，个)，同比增长20%;规模以上企业累计完成工业总产值达2 556亿元人民币，增速接近30%。当今全球光源与照明领域年产值1 600亿美元，而2010年我国出口185.68亿美元，因此我国出口的潜力还是很大的。随着全球半导体技术的不断发展，LED和OLED固态发光器件作为新一代光源逐渐走入了人们的视野，并在照明界掀起了一场革命。据统计，2010年我国LED产业签约计划投资额合计2 178.85亿元人民币，同比增长248.6%，2010年底已实际完成投资值343.2亿元，即完成计划投资的15.8%;全年投资1亿以上的企业约74家，比上年又增加25家。新型的LED光源以其独特的优点，得到越来越多人的青睐，但在光明无限的光环下，许多人也品尝到了它的苦涩。这就呈现给国人一个急迫需要探讨的课题:未来我国光源产业究竟将走向何方?

2 全球探讨光源产业方向

2.1 欧洲光源市场的现状和发展趋势

表1所示为欧洲市场近年的销售情况的统计。从表中可以看出，2007年白炽灯的年销售量是19亿只，几乎占据了所有光源销售量的半壁江山。而到2009年，白炽灯的年销售量更增加到25亿只，但因为白炽灯的效率太低，因此人造光的主要来源还是荧光灯和气体放电灯，而LED照明产品仍未真正进入照明市场。

表1 2007年欧洲光源销售情况

随着LED逐渐进入照明市场，传统光源一统天下的局面受到了挑战。尤其在景观照明、汽车和交通讯号照明和室内照明光源的应用中，LED光源的推广应用势头强盛。包括澳大利亚、欧洲、美国、加拿大、日本和我国等许多国家已制定出淘汰白炽灯的时间表，更换白炽灯除了应用CFL节能灯以外，LED替代灯是被人们看好的适宜光源，见图1所示。图2显示了德国欧斯朗(OSRAM)公司对未来几年光源产业发展的预测。从图中不难看出，截至2013年传统光源在照明产品中的总比重将由2007年的56%下降到32%;而LED产品将由2007年的3%上升到22%。

图3显示荷兰飞利浦(Philips)公司对未来光源产业的预测，他们认为一直到2020年，欧洲光源市场仍将保持每年6%的增长速度，估计LED光源在2020年会占到整个市场份额的1/3左右。

图1 LED替代灯的外形

图2 Osram公司对光源产业的预测

图3 Philips公司对传统光源和LED前景的预测(图中上曲面是传统光源，下曲面是LED光源)

2.2 我国对照明产业发展的预测和规划

据中国照明电器协会预测，2015年我国照明产业的产值将达到5 000亿元人民币，出口250亿美元，外销达到总产值的30%;到2015年和2020年我国照明产业的节能光源从目前的50%分别提升到70%和90%;在今后5～10年内光源产业还是以传统光源为主角，但光源产业的集中度将大幅提高，例如到2015年，节能灯由前20家企业的产量占比，将由目前占总产量的60%提高到80%，2020年再上升到90%;通过企业兼并，重组和扩大规模，以及加强自主品牌建设和产业向中西部地区转移，2015年我国百亿销售额的光源企业将有3～5家，2020年更增加到10家。我国的光源产业会更加注重环境保护，提倡低汞或无汞工艺，全面开展废弃光源的回收工程，并以CDM和LED光源列为优先开发新产品，尤其兼具功能性和装饰性，性价比合理的 LED相配套的灯具电器产品将大显身手。

3 传统光源面临挑战剖析

LED的异军突起给了传统光源很大的挑战，但由于目前LED的性价比问题远未解决，所以当前改进传统光源和降低污染仍是当务之急，尤其是以下两个问题:①节能灯的汞污染危害该如何认识和正确应对;②陶瓷金卤灯(CDM)的量产。

(1)节能灯的汞污染危害的分析和应对

节能灯中充有汞，而汞是一种有毒有害物质，当空气里汞蒸汽超过0.35 μg/m3或汞污染了水源，再通过鱼虾等水产品食物链被人食用后，都会导致人体中枢神经受损，轻者步行困难、弱智，重者神经错乱，直至死亡。因此，我们必须重视节能灯的汞污染问题和开展废弃节能灯的回收工作。但我们也应该对节能灯汞污染有客观和全面的认识，现全球每年排放2 000吨汞造成环境污染，它主要来自烧煤发电，金属冶炼和城市垃圾焚烧，其中我国排放700吨汞污染，约占1/3。而按每支节能灯充入5 mg汞，每年废弃10亿支计算，产生的汞污染约为5吨，再考虑改进后现每支节能灯仅充入1 mg汞，则产生的汞污染为1吨，这在我国汞污染总量中约占千分之一。世界上事物的利弊通常是共存，正确的做法是趋利避弊，作为汞污染主体的烧煤发电，金属冶炼和城市垃圾焚毁因生活需要，还不得不进行，那么目前照亮千家万户，汞污染较低的节能灯就不应停止生产。按燃烧1 kg煤发3度电和释放0.22 mg汞计算，我们使用9 W节能灯代替60 W白炽灯，在节能灯8 000 h寿命里，可省电408度电，即少燃烧136 kg煤，从而就能减少30 mg汞污染。以全国年产38亿支节能灯取代白炽灯来计算，就可减少114吨汞污染，这远远高于节能灯内充入汞的数量。另外，节能灯的微汞技术和无汞节能灯的研制，以及废弃节能灯的回收启动都在进行，它们都会有效地降低汞污染，因此在近10年里我国节能灯产业的发展还是大有可为。

(2)关于陶瓷金卤灯(CDM)的量产

陶瓷金卤灯(CDM)的优点是光色稳定，显色性好，寿命长，它被国际光源界看作是与LED一样重要和有希望的光源。陶瓷金卤灯采用比石英管耐温高和耐侵蚀强的多晶氧化铝陶瓷管为放电管，因此陶瓷金卤灯具有更多优点。表2列出石英金卤灯与陶瓷金卤灯的性能对比情况，显然在寿命和光效方面，陶瓷金卤灯明显优于石英金卤灯。图4显示了陶瓷金卤灯在燃点过程中色偏移小的优点。

表2 石英金卤灯与陶瓷金卤灯的性能对比

图4 陶瓷金卤灯在燃点过程中色偏移小纵坐标:灯的色温，横坐标:灯的燃点时间

4 LED的现状及发展趋势

与传统光源比较，LED光源在近年取得的进展和性价比趋势，见图5与图6所示。LED的研发是系统工程，它必须解决高质量的芯片、封装技术、散热材料和设计，高效和稳定的驱动电路、二次光学设计，以及相应灯具设计等一系列问题，见图7所示。随着更多厂家和科研院所投入LED的研发和生产，其成本已经开始大幅下降，不久的将来LED照明的时代一定会到来。

图5 现代主要照明光源的历史进展

图6 LED与传统光源照明成本比较

目前LED照明产业的发展可以说是“光明无限，危机四伏”。我国光源产业要在国际市场形成世界品牌，首先应占领中国市场和成为中国品牌，在研发上狠下功夫是必不可少的，只有拥有核心技术上的自主知识产权，才能从中国制造走向中国创造，并向国际上的光源强国迈进。光源产业的前景是辉煌的，但道路是艰巨和曲折的，愿我们携手齐进，共同为祖国光源事业振兴而奋斗!