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将固态照明的研发列入国家科技中长期规划重大专项
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世界面临能源危机，中国能源形势更加严峻，化石燃料在本世纪内将面临枯竭。节电与开发新能源同等重要，而节电则更经济、环保，应放在首位。在节电中，照明节电效果十分显著。以半导体发光二极管（ＬＥＤ）和聚合物发光二极管（ＯＬＥＤ）为代表的固态照明通过提高电光转换效率，降低成本，终将成为最有效的通用照明节能的技术途径。 为达到节电的目标，建议将固态照明的研发列入国家科技中长期规划重大专项，用１５年时间２０２０年前，加强固态照明的研发和生产，推动绿色照明运动，通过节约照明用电，达到年节电１０００亿度，其效果相当再建一座“照明节电的三峡电力工程”。与此同时，也可大大改善人民生活质量。 从世界能源危机和环保看照明节能 从二十世纪至今，世界能源的主体仍是化石燃料。若没有惊人的新矿藏发现，按目前的开发速度，全球的化石燃料会在本世纪迅速枯竭。而且化石燃料的使用需要付出巨大的环保代价。 解决能源危机的出路首先是开发新的绿色能源，如太阳能、核能、风力、水力等。待三峡三期工程全面完工，三峡水电站总装机容量将达１８２０万千瓦，年平均发电量８４６．８亿度，成绩极其可观。正如权威人士形象的说法：三峡发电可以照亮半个中国。鉴于我国经济建设的高速发展，人民生活的不断提高，即使三峡工程全面完工供电，中国能源的缺口和有效利用的潜力仍然很大。 在世界电力的使用结构中，对美国、日本和欧洲等发达国家而言，其照明用电约占总用电量的２０％，而据中国绿色照明工程促进项目办公室的抽样调查表明，照明用电在中国总用电中的比例，约为１２％左右。２００３年全国发电量为１９１０７亿度，较２００２年增长１５．５２％。暂按用电增长速度低于ＧＤＰ发展速度的５％保守计算，到２０１０年，我国发电量可望达到２７０００亿度，其中照明用电估计就需３０００亿度以上。如果照明用电节约一个百分点，即可节约２０—３０亿度电，如果照明用电节约三分之一，则可节电１０００亿度。把照明节电看成最有效的环保工程和节电手段之一是毫不为过的。 固态照明是指用全固态发光器件作为光源的照明技术，目前主要包含半导体照明的发光二极管ＬＥＤ灯和有机物发光二极管ＯＬＥＤ。 ＬＥＤ灯作为照明光源，其优越性在于：光电转换效率高，低压供电，使用寿命长，既可以有选择地发出单色光，也可以高效发出白光，所以可以大大的节约电能。ＬＥＤ目前效率已超过白炽灯，尚不及荧光灯，但在十年后，其电光转换效率和使用寿命将分别是荧光灯的１．５倍到１０倍。 国内外半导体ＬＥＤ发展现状 氮化镓ＧａＮ基ＬＥＤ的发展大大推动ＬＥＤ产业的形成，并正向全色、高亮度的方向发展。传统照明业巨头已经进入固态照明行业，如菲立浦公司和惠普公司组建的Ｌｕｍｉｌｅｄ，通用电器公司和ＥＭＣＯＲＥ公司组建的Ｇｅｍｃｏｒｅ，西门子公司组建的Ｏｓｒａｍ等。 国际高亮度ＬＥＤ市场从１９９５年起每年平均以５８．５％的速度增长，２００２年达到１８．４亿美元，估计２００３年将达到２５亿美元，比２００２年再增长３３％。 中国科学院早在上世纪６０年代就开展发光科学的研究。８０年代，我国ＬＥＤ开始从研究走向生产，至２１世纪已形成规模。２００２年我国ＬＥＤ生产企业数达到４２０家，员工３万余人，产量超过１５０亿支，产值超过８０亿元。２００３年ＬＥＤ产值预计超过１００亿元，产量约２００亿只，其中超高亮度ＬＥＤ有几十亿只。近几年ＬＥＤ的发展速度超过３０％，其中超高亮度ＬＥＤ的发展超过５０％。 我国ＬＥＤ产业早期是引进管芯进行封装，技术门槛低，属劳动密集型产业。在上世纪末，国内先是引进外延片进行加工，进而开展技术含量很高的外延片的研发和小批量生产。目前，除使用液相外延生长低亮度的红光ＬＥＤ外，用ＭＯＣＶＤ生长的ＡｌＧａＩｎＰ红、橙、黄ＬＥＤ，和ＩｎＧａＮ蓝、绿和紫外ＬＥＤ外延片和管芯已进入生产，但规模尚小。 固态照明的意义重大，但真要进入通用照明市场，在技术和成本上要有重大突破，还要有很大的投资和长时间的努力，而这是一般以赢利为目的的公司所不能独立承担的，因此世界各国都启动国家项目给予引导和支持。 美国能源部设立半导体照明国家研究项目，他们制定的时间表是：２００２年２０１ｍ／Ｗ，２００７年７５１ｍ／Ｗ，２０１２年１５０１ｍ／Ｗ。他们预计到２０２５年，固态照明光源的使用将使照明用电减少一半。从２０００年到２０２０年，累计的功效和节约潜力就可以达到：减少２．５８亿吨炭污染物的排出；少建１３３座新的电站每座１０００ＭＷ；累计节约财政开支１１５０亿美元；形成一个新的每年产值超过５００亿美元的光源产业，还会带来高质量的百万计的工作机会。 日本已经完成了“二十一世纪照明”发展计划的第一期目标，正在组织实施第二期计划，至２０１０年的目标为１２０１ｍ／Ｗ；欧共体正在开展多色光源的彩虹计划；韩国的“固态照明计划”经政府审议批准，２００４—２００８年国家投入１亿美元，企业提供３０％的配套资金，近期开始实施，预期２００８年达到８０１ｍ／Ｗ，中国台湾地区也推动“次世纪照明光源开发计划”，投资约６—１０亿新台币，２００５年目标是４０１ｍ／Ｗ的ＬＥＤ投入生产，而实验室目标为１００１ｍ／Ｗ。 随着我国经济建设高速的持续增长，人民生活的不断改善，新住宅的建设和人均使用面积的大幅度提高，照明灯具增加了装饰功能，这大大提高了照明用电的需求和照明节电的空间。科技部紧急启动的半导体照明工程，动作快，效率高，为我国固态照明的发展争得了时间。制定我国固态照明战略发展计划，已是刻不容缓的任务。 特殊照明是半导体ＬＥＤ灯应用的先驱 ＬＥＤ在仪器仪表的指示、手机和数码相机的背光照明、全色显示中的应用早已为人们所知悉。ＬＥＤ灯用于照明，将会首先在特殊照明上得到应用。除了交通灯、信号灯、标志灯、汽车灯已经成为商品得到大量的应用外，随着人民生活水平的提高，室内的夜间长明灯、吊顶灯池的变色灯、公共绿地和别墅花园的草坪灯也备受人们青睐。高层建筑的轮廓灯，桥梁、高速公路、隧道的导引路灯将为ＬＥＤ的照明灯提供广阔的舞台，将为城市景观的美化作出贡献。如果能够把低压节电的ＬＥＤ灯用作煤矿工人井下用的矿灯，将会改善矿工的安全度和工作环境。在如太空照明、机载照明、舰载照明以及军用照明等要求低压节电的特殊场合，ＬＥＤ灯有很好的应用，它可与太阳电池相结合，还将衍生出很多新的照明产业，为未来半导体ＬＥＤ灯在通用照明中的应用打下基础。 可以预期，２００８年的北京奥运会和２０１０年的上海世博会，将是我国固态照明作为特殊照明大显身手的舞台。 有机物发光二极管ＯＬＥＤ应该是固态照明计划的组成部分 一个ＯＬＥＤ是通过把有机薄膜夹在两个电极之间而作成的光电子器件，当电流通过时，会发出亮光。与目前处于主流地位的显示器件如ＣＲＴ和ＬＣＤ相比，ＯＬＥＤ有诸多的优越性：如重量轻、可靠性好、可以实现红光到蓝光的任何单色的显示及彩色显示、低压供电、电光转换效率较高可达２３１ｍ／Ｗ、响应速度快是ＬＣＤ的１０００倍、视角范围宽、可以制作在柔软的衬底上等，而且目前寿命已经可以达到２００００小时以上。特别因为ＯＬＥＤ制作过程简单，成本很低，价格可以做到十分低廉；是显示器市场的有力竞争者，可望通过进一步提高转换效率和亮度，进入照明市场；应该说，可以作为点光源的ＬＥＤ和可以作为面光源的ＯＬＥＤ，发挥各自的优势，相得益彰，所以，把聚合物发光二极管纳入固态照明计划是合适的，不过目前尚处前期预研阶段。 对我国固态照明发展总体战略的设想 固态照明发展总体战略目标的建议：在２００６－２０２０的１５年时间，投资５０－１００亿元，发展固态照明技术，形成自主知识产权，半导体ＬＥＤ灯达到１５０—２００１ｍ／Ｗ，１５元人民币／ｋｌｍ，建立固态照明产业，全面进入通用照明市场，占有３０％—５０％的市场份额，推动绿色照明，实现照明节电３０％以上，年照明节电１０００亿度以上，相当于再建一个三峡电力工程。使用经费建议由科技、高技术产业、能源和环保等主管部门分别从国家财政列项筹资，积极适时引导企业介入，由政府组织，集中领导，并制定阶段目标，分期实施。 “十一·五”期间，固态照明阶段目标的建议：形成一个中心，两条链，实现技术突破，配合绿色照明的普及和深入人心，形成我国固态照明的坚实技术基础和朝阳产业的雏形： 一个中心——国家固态照明工程研究中心：以新的机制，集中全国研究所、高校和产业界的人才精英，以国家投资为主，吸收产业界和金融界的投入，形成成果共享机制，建成与国际接轨的具有世界一流水平的固体照明研发和成果转化的平台。 固态照明技术研发、攻关链：以固态照明工程研究中心为技术中坚力量，在国家支持和领导下，把全国研发和攻关工作组织起来，形成举国体制，加强国际合作，以期在创新基础上，达到世界一流水平，也注意适当的技术引进和消化吸收，满足产业发展的需要。 固态照明产业链：以适应不同应用目标的照明灯具系统的企业为主体，建立芯片—磷光剂—密封剂—ＬＥＤ灯封装—驱动电路—控制程序一灯具系统的产业链。注意形成自主知识产权和核心专利，以固态白光照明的特殊应用为突破口，做好性能、成本、标准等方面的准备，并开拓通用白光照明光源市场。 在一个中心、两条链形成的基础上，２０１０年产品水平达到１００ｌｍ／Ｗ，实验室水平达到８０－１２０ｌｍ／Ｗ。以与传统照明有竞争力的价格，全面进入照明市场。 对发展固态照明的几点建议 １．将发展固态照明列入国家中长期科技发展规划和“十一·五”计划：由国家相关部委共同组织固态照明技术与产业发展战略研究。 ２．新的组织机制：政府主导、统筹全国在固态照明方面的科技力量，并引导企业早期参与，形成成果共享和可持续发展的机制，攻克关键技术。 ３．专利的分析和突破：鉴于截至今日的固态照明专利几乎为日本和美国所垄断，除要专门组织专利的分析、研究，寻找突破对策外，对可能突破国外专利形成自主知识产权的项目，给予特殊经费和政策支持。 ４．从政策上推动绿色照明：建议在国家、地方的环保和能源开发经费列支，对包括固态照明在内的节能灯具的研发、生产、销售和推广，给以政策性补贴。 ５．发展基础材料和制造业：打造独立的有竞争力的民族工业，注意关键材料和设备的自主开发，是我国电子工业发展的教训和共识。发展固态照明产业，一定要着力发展配套的可提供优质廉价产品的衬底材料、磷光材料和封装材料产业，外延生长用的ＭＯＣＶＤ设备以及器件工艺和封装测试设备等制造产业。 ６．认真分析市场明智引资扩产：固态白光照明确实蕴藏巨大商机，正在吸引大量投资者的青睐，我们一定要清醒地分析技术与需求的互动，以及市场扩展的规律，切忌一窝蜂盲目投资扩产，以避免供求失衡和低价的恶性竞争。 ７．人才竞争是成功的关键：固态照明是一项需要长期发展的技术和产业，人才的培育、吸引和交流是该事业成败的关键，要引导院校设置相关专业，培养专门人才，包括现在极为短缺的高级技术工人，也注意国外学业有成，特别是照明企业成功人士回国效力，或共同创业。 ８．集中领导统一组织：由于固态照明工程涉及的专业包括基础物理、材料科学、有机与无机化学、半导体、光度学与发光学、照明技术以及环保、能源等多学科、多部门，涉及研究、开发、产业化的组织和节能、环保等政策性很强的问题，建议由国务院集中领导，统一组织，分工实施，有力协调，使之确实奏效，为我国的科技发展、节约能源和环境保护做出实质性的贡献。 （本文作者还有邬贺铨、杜祥琬、庄松林、金国藩、牛憨笨、薛鸣球、梁骏吾、黄尚廉、李同保、陆建勋、吴澄、范滇元、李国杰院士） |
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