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(ài)迪生發(fā)明白熾燈已被人們公認(rèn)是人類進(jìn)入文明社會(huì)的里程碑，從白熾燈、熒光燈、高強(qiáng)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(jìn)的發(fā)展，特別是近年來(lái)新一代固體光源(SSL)嶄露頭角，正孕育著21世紀(jì)照明革命的新時(shí)代。筆者在回顧電光源科技發(fā)展歷史的同時(shí)，通過(guò)對(duì)照明產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀剖析，探討未來(lái)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(yáng)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(duì)光有著自然的需求和渴望。因此可以這么說(shuō):只要有人生活的地方，就會(huì)有對(duì)光源和照明的需求，而照明行業(yè)也就勢(shì)必成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)中永恒的陽(yáng)光產(chǎn)業(yè)!回顧我國(guó)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(guó)已成為國(guó)際上光源生產(chǎn)的第一大國(guó)，2010年我國(guó)光源和照明企業(yè)數(shù)量已超過(guò)15 000家，電光源2010年產(chǎn)量達(dá)到186.6億只，同比增長(zhǎng)18.82%;燈具及照明裝置2010年年產(chǎn)量為22.76億套(臺(tái)，個(gè))，同比增長(zhǎng)20%;規(guī)模以上企業(yè)累計(jì)完成工業(yè)總產(chǎn)值達(dá)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(guó)出口185.68億美元，因此我國(guó)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(chǎng)革命。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2010年我國(guó)LED產(chǎn)業(yè)簽約計(jì)劃投資額合計(jì)2 178.85億元人民幣，同比增長(zhǎng)248.6%，2010年底已實(shí)際完成投資值343.2億元，即完成計(jì)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(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，得到越來(lái)越多人的青睞，但在光明無(wú)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(guó)人一個(gè)急迫需要探討的課題:未來(lái)我國(guó)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(chǎng)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)

表1所示為歐洲市場(chǎng)近年的銷售情況的統(tǒng)計(jì)。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?yàn)榘谉霟舻男侍?，因此人造光的主要?lái)源還是熒光燈和氣體放電燈，而LED照明產(chǎn)品仍未真正進(jìn)入照明市場(chǎng)。

表1 2007年歐洲光源銷售情況

隨著LED逐漸進(jìn)入照明市場(chǎng)，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(hào)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(shì)頭強(qiáng)盛。包括澳大利亞、歐洲、美國(guó)、加拿大、日本和我國(guó)等許多國(guó)家已制定出淘汰白熾燈的時(shí)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(guó)歐斯朗(OSRAM)公司對(duì)未來(lái)幾年光源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的預(yù)測(cè)。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(duì)未來(lái)光源產(chǎn)業(yè)的預(yù)測(cè)，他們認(rèn)為一直到2020年，歐洲光源市場(chǎng)仍將保持每年6%的增長(zhǎng)速度，估計(jì)LED光源在2020年會(huì)占到整個(gè)市場(chǎng)份額的1/3左右。

圖1 LED替代燈的外形

圖2 Osram公司對(duì)光源產(chǎn)業(yè)的預(yù)測(cè)

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

2.2 我國(guó)對(duì)照明產(chǎn)業(yè)發(fā)展的預(yù)測(cè)和規(guī)劃

據(jù)中國(guó)照明電器協(xié)會(huì)預(yù)測(cè)，2015年我國(guó)照明產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)值將達(dá)到5 000億元人民幣，出口250億美元，外銷達(dá)到總產(chǎn)值的30%;到2015年和2020年我國(guó)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(guò)企業(yè)兼并，重組和擴(kuò)大規(guī)模，以及加強(qiáng)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(guó)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(guó)的光源產(chǎn)業(yè)會(huì)更加注重環(huán)境保護(hù)，提倡低汞或無(wú)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(jià)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(jià)比問(wèn)題遠(yuǎn)未解決，所以當(dāng)前改進(jìn)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(gè)問(wèn)題:①節(jié)能燈的汞污染危害該如何認(rèn)識(shí)和正確應(yīng)對(duì);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(duì)

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(guò)0.35 μg/m3或汞污染了水源，再通過(guò)魚蝦等水產(chǎn)品食物鏈被人食用后，都會(huì)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(cuò)亂，直至死亡。因此，我們必須重視節(jié)能燈的汞污染問(wèn)題和開展廢棄節(jié)能燈的回收工作。但我們也應(yīng)該對(duì)節(jié)能燈汞污染有客觀和全面的認(rèn)識(shí)，現(xiàn)全球每年排放2 000噸汞造成環(huán)境污染，它主要來(lái)自燒煤發(fā)電，金屬冶煉和城市垃圾焚燒，其中我國(guó)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(jì)算，產(chǎn)生的汞污染約為5噸，再考慮改進(jìn)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(guó)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(jìn)行，那么目前照亮千家萬(wàn)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(jì)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(guó)年產(chǎn)38億支節(jié)能燈取代白熾燈來(lái)計(jì)算，就可減少114噸汞污染，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(wú)汞節(jié)能燈的研制，以及廢棄節(jié)能燈的回收啟動(dòng)都在進(jìn)行，它們都會(huì)有效地降低汞污染，因此在近10年里我國(guó)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(diǎn)是光色穩(wěn)定，顯色性好，壽命長(zhǎng)，它被國(guó)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(qiáng)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(diǎn)。表2列出石英金鹵燈與陶瓷金鹵燈的性能對(duì)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(diǎn)過(guò)程中色偏移小的優(yōu)點(diǎn)。

表2 石英金鹵燈與陶瓷金鹵燈的性能對(duì)比

圖4 陶瓷金鹵燈在燃點(diǎn)過(guò)程中色偏移小縱坐標(biāo):燈的色溫 ，橫坐標(biāo):燈的燃點(diǎn)時(shí)間

4 LED的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

與傳統(tǒng)光源比較，LED光源在近年取得的進(jìn)展和性價(jià)比趨勢(shì)，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(jì)，高效和穩(wěn)定的驅(qū)動(dòng)電路、二次光學(xué)設(shè)計(jì)，以及相應(yīng)燈具設(shè)計(jì)等一系列問(wèn)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(lái)LED照明的時(shí)代一定會(huì)到來(lái)。

圖5 現(xiàn)代主要照明光源的歷史進(jìn)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(shuō)是“光明無(wú)限，危機(jī)四伏”。我國(guó)光源產(chǎn)業(yè)要在國(guó)際市場(chǎng)形成世界品牌，首先應(yīng)占領(lǐng)中國(guó)市場(chǎng)和成為中國(guó)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(shí)產(chǎn)權(quán)，才能從中國(guó)制造走向中國(guó)創(chuàng)造，并向國(guó)際上的光源強(qiáng)國(guó)邁進(jìn)。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(jìn)，共同為祖國(guó)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(shí)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(huì)增加汞污染”完全是誤解［J］.浙江照明電器信息，2011(1)