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【文(wen)/观察者网(wang)专栏作(zuo)者 科工力量】
这是(shi)一(yi)个1.42瓦的LED灯珠，单价1块(kuai)5左右。
64颗这样的灯珠组(zu)合到一(yi)起，可以做成一(yi)盏100瓦的路(lu)灯，价格500元左右，照明效果跟额定250W的高压钠灯相当，按一(yi)晚上平均亮灯11小时计算，每天用电从3度减少到1度左右。如(ru)果是(shi)主路(lu)，原先要(yao)用额定400瓦的高压钠灯，现在可以用150瓦的LED灯替换，一(yi)晚上，要(yao)省3度电左右。
LED路(lu)灯 图源：搜狐科技
2018年，银川(chuan)将(jiang)350多条道路(lu)的4.5万盏高压钠灯替换为LED灯，运(yun)行至今已经(jing)6年，每年节约用电4840万度。
除此之外，高压钠灯只有1~2年使用寿命，LED的使用寿命一(yi)般在5万小时以上，基本可以用10多年。还有，LED灯的本质就是(shi)一(yi)组(zu)光电芯片，天生更容易与(yu)数(shu)字技术结合，更容易实现单灯控制和后(hou)台(tai)监控，运(yun)营和维护成本更低。
如(ru)果按10年周期算，换成LED灯省下(xia)的电费，扣除掉替换设备的成本后(hou)，一(yi)般可以有大量盈(ying)余。
我手里拿的这颗小小的氮化镓基灯珠，说它是(shi)凝聚了人类顶尖智慧的科技，一(yi)点都不夸(kua)张。
要(yao)制作(zuo)出这样一(yi)颗灯珠，需要(yao)在衬底(di)上生长出氮化镓发光薄膜，整个过程过于硬核(he)，我们以后(hou)有机会再说。
单说衬底(di)这个环节，目前(qian)只有三条技术路(lu)线(xian)，分属日(ri)本、美国、中国，都得到了各自国家的最(zui)高荣誉。
日(ri)本团队1993年发明蓝(lan)宝石衬底(di)路(lu)线(xian)，随后(hou)20年，基于这条路(lu)线(xian)的LED技术和产(chan)业发展迅猛，成为目前(qian)市场上的主流，我们今天用的LED灯、LED电视和显示屏(ping)、手机的LED屏(ping)幕等等，大都是(shi)从这条根上长出来的。
日(ri)本科学家中村(cun)修二、赤崎勇(yong)领衔的团队，因此获得了2014年诺贝尔物理学奖，还有日(ri)本国内的天皇文(wen)化勋章。
不过，这条路(lu)线(xian)并不完美，首先，蓝(lan)宝石是(shi)绝缘体，硬度高，难以薄化、切(qie)割和剥离，导热性能也比(bi)较差，这些娘胎里带出来的特点，导致它无法制成垂直结构的器件，影(ying)响发光质量和效率，所以，用蓝(lan)宝石衬底(di)制作(zuo)大功率LED，局限性很大。
美国团队1995年发明的碳化硅衬底(di)路(lu)线(xian)，在2003年获得美国总统(tong)技术奖。
碳化硅在材料属性上是(shi)导电的半导体，可以做垂直结构，发光质量好，导热性能也要(yao)比(bi)蓝(lan)宝石高10倍以上，改进了蓝(lan)宝石衬底(di)技术的散(san)热问题和晶体质量。
不过，碳化硅路(lu)线(xian)的硬伤是(shi)昂贵(gui)，被称为“贵(gui)族技术”，一(yi)则蓝(lan)宝石衬底(di)路(lu)线(xian)具有先发优势，二则全球(qiu)半导体产(chan)业过去20年向东亚集中，碳化硅路(lu)线(xian)难以靠低端产(chan)品上规模(mo)来降本。
南昌大学的江风益教授(shou)团队走通了第三条路(lu)：硅衬底(di)，也因此获得中国国家技术发明奖一(yi)等奖。
硅作(zuo)为衬底(di)材料的先天优势很突出，兼具蓝(lan)宝石和碳化硅的优点，但(dan)要(yao)在硅衬底(di)上制备高光效LED芯片却一(yi)直是(shi)个世界级难题。
因为硅和氮化镓材料存在严重的热失(shi)配和晶格失(shi)配，各国研(yan)究者穷尽40余年钻研(yan)，迟迟没有找到攻克(ke)关键技术难点的理想方法，尤其在前(qian)两条路(lu)线(xian)相继走通之后(hou)，硅衬底(di)这一(yi)技术路(lu)线(xian)一(yi)度被业界宣判“死(si)刑”。
不过，在中国这个LED制造大国，产(chan)业从根源上依赖日(ri)本或(huo)美国的路(lu)线(xian)，风险可想而知，国内有很多企业多年来采用蓝(lan)宝石路(lu)线(xian)，其中布(bu)满了国外巨头精心埋下(xia)的专利“地雷”，这一(yi)方面阻(zu)碍了中国LED产(chan)品和企业进入国际市场，另一(yi)方面，这些“地雷”即使不爆，也是(shi)一(yi)把达摩克(ke)利斯之剑，一(yi)直悬在头上。
江风益教授(shou)团队要(yao)排除的，就是(shi)这些地雷，在他的理解中，科研(yan)的目标跟产(chan)业化是(shi)统(tong)一(yi)的，总共需要(yao)完成“0到1”“1到N”和“N到0”三个步骤，先要(yao)解决(jue)科技成果有没有的问题，然后(hou)再把成果转化为N个合格产(chan)品，最(zui)后(hou)把N个产(chan)品归0，全部卖出去。
这种“以终为始”的思维，在企业界或(huo)许(xu)是(shi)常(chang)识，在高校(xiao)里，还真是(shi)比(bi)较宝贵(gui)。
2003年起，江风益教授(shou)在南昌大学的半导体发光材料实验(yan)室里支起一(yi)张床，前(qian)前(qian)后(hou)后(hou)经(jing)历3000多次实验(yan)，终于在硅衬底(di)上长出氮化镓发光薄膜。
2005年实验(yan)室出样品，2006年创(chuang)办晶能光电，2007年建工厂，2008年小批量试生产(chan)，2009年显示用小功率LED芯片量产(chan)；
2011年，美国麻省理工《科技创(chuang)业》杂志评选“全球(qiu)最(zui)具创(chuang)新力企业50强”，晶能光电与(yu)Apple、IBM一(yi)同上榜；
2012年，大功率LED芯片量产(chan)被国际半导体照明联盟（ISA）评为“2012年度新闻(wen)事件”；
一(yi)连串(chuan)里程碑之后(hou)，我们有了从源头上完全自主可控的技术，整个行业的专利风险就减轻了，如(ru)果国外巨头还要(yao)上门(men)来找蓝(lan)宝石路(lu)线(xian)的茬，一(yi)是(shi)要(yao)面临相关企业转向硅衬底(di)路(lu)线(xian)的风险，第二个是(shi)他们自己也要(yao)掂量掂量，可能免不了以后(hou)也要(yao)用硅衬底(di)路(lu)线(xian)做产(chan)品。比(bi)照中国通信行业，用5G时代的技术专利增量，破解了过去2G、3G时代国外的存量专利壁垒，差不多的意思。
插曲还真有，2016年，国外某知名公司高管带着律师函上门(men)，声称我们侵犯知识产(chan)权，经(jing)过详细的技术探讨，对方只好礼貌地表示，欢迎良性竞争(zheng)，兴师问罪(zui)变成一(yi)场茶杯里的风暴。
最(zui)终的扬眉吐气(qi)，每一(yi)步都来之不易。尤其是(shi)产(chan)业化过程，有着与(yu)实验(yan)室里不一(yi)样的艰难。
江风益和团队创(chuang)办的晶能光电，一(yi)开始只是(shi)想在产(chan)业长链中专注(zhu)于上游LED芯片的生产(chan)，他们想当然地觉得，拥有了源头上的硬科技，又没有知识产(chan)权方面的风险，中下(xia)游的封装、照明应用企业自然会趋之若鹜，找上门(men)来求合作(zuo)。
现实情况却是(shi)，中下(xia)游企业不买单。
当时，中游封装企业基本采用主流蓝(lan)宝石衬底(di)芯片，设备也是(shi)根据蓝(lan)宝石衬底(di)芯片特点设计，大家好端端在赚钱，也没有谁来制裁(cai)我们，你突然上门(men)，叫我们更改技术路(lu)线(xian)，不就意味(wei)着新的成本和风险。好不容易说服一(yi)些封装企业试水，受工艺条件不同带来的限制，一(yi)时也很难将(jiang)硅衬底(di)芯片的优势发挥出来。
下(xia)游照明应用企业呢？一(yi)样的，使用成熟的蓝(lan)宝石衬底(di)已经(jing)跑通，改弦更张的话，一(yi)方面要(yao)担心得罪(zui)老的合作(zuo)伙伴，另一(yi)方面，晶能的硅衬底(di)芯片产(chan)能还要(yao)爬坡(po)，货源还不稳定，一(yi)旦出问题，两头不落(luo)好。
今天，江西(xi)已经(jing)初步形成了一(yi)条光电产(chan)业上中下(xia)游的垂直产(chan)业链，看似是(shi)未雨绸缪，推动产(chan)业链补链延链走在了前(qian)面，实际上，都是(shi)被逼出来的。
产(chan)业中游，晶能是(shi)自己搞了一(yi)条陶瓷封装线(xian)做灯泡。
下(xia)游厂商还不配合怎(zen)么(me)办？就从最(zui)小的切(qie)入点开始撬动，联合创(chuang)始人王敏亲自带着销(xiao)售团队进驻“手电筒之乡”，浙江宁波(bo)的西(xi)店镇，挨个拜访客户，为了展示硅衬底(di)路(lu)线(xian)光源效率高、方向性好的特点，还做了一(yi)个能照2公里的超大手电筒，这才慢慢吸引到合作(zuo)者。
起步阶段，除了手电筒，还有开头说的路(lu)灯，晶能光电的照明应用部门(men)独立出来，成为央企中国节能的子(zi)公司晶和科技，逐渐摸索出一(yi)套以G端客户为主的合同能源管理业务模(mo)式。
在这种模(mo)式下(xia)，按一(yi)个长周期算，换新设备相比(bi)原先能够省下(xia)多少钱，这部分钱就归公司做利润，或(huo)者跟政府按一(yi)定比(bi)例分成。
这种模(mo)式硬桥硬马(ma)，最(zui)适(shi)合真正技术过硬，设备长期可靠的企业，目前(qian)，中节能晶和科技是(shi)全国最(zui)大的道路(lu)照明合同能源管理服务商，累计投运(yun)管理项目60多个，管理灯具总数(shu)超过65万盏，投运(yun)项目全运(yun)营期可实现节电约21亿度以上。
这个市场总量有多大呢？
根据住建部统(tong)计，中国城市道路(lu)照明灯数(shu)量在2017年是(shi)2593万盏，2021年增加到3234万盏，市场总体规模(mo)在5500亿。
其中，大约2/3使用的是(shi)传统(tong)的高压钠灯，按照2022年住建部和发改委出台(tai)的《城乡建设领域碳达峰实施方案》，到2030年LED灯的使用占比(bi)要(yao)超过80%，粗算一(yi)下(xia)，城市LED灯替换传统(tong)钠灯市场需求预计在1000万盏以上，这还不算县域和新农村(cun)建设的增量需求。
所以，单靠晶和科技一(yi)家是(shi)吃不过来的，现在，已经(jing)有更多其他企业来找晶和科技技术合作(zuo)，产(chan)业生态也逐渐走上正轨。
所以说，硅衬底(di)这条路(lu)线(xian)最(zui)终走通，起点是(shi)江风益教授(shou)团队在实验(yan)室中的努力，过程离不开晶能光电自己找市场、自建产(chan)业链的决(jue)心和努力，所以，国家技术发明奖一(yi)等奖的获得者其实有三方，分别是(shi)南昌大学江风益团队作(zuo)为基础研(yan)究者；晶能光电（江西(xi)）作(zuo)为产(chan)业中游；中节能晶和照明作(zuo)为产(chan)业下(xia)游，三家联合获奖。
江风益（中）在国家科学技术奖励大会上 图源：南昌大学官网(wang)
国家863专家组(zu)当时这样评价：这一(yi)技术改变了日(ri)本公司垄断蓝(lan)宝石衬底(di)和美国公司垄断碳化硅衬底(di)半导体照明技术的局面，形成了蓝(lan)宝石、碳化硅、硅基半导体照明技术方案“三足鼎立”的局面。
这一(yi)整棵科技树的枝叶，当然不止手电筒和路(lu)灯。
十几年前(qian)，高端智能手机闪(shan)光灯的LED灯珠，要(yao)卖到3美元一(yi)颗，因为硅衬底(di)路(lu)线(xian)打通，同样性能的灯珠，降到5毛钱人民币一(yi)颗，现在全球(qiu)每3部手机，就有一(yi)部使用硅衬底(di)技术的闪(shan)光灯。
前(qian)面提到过一(yi)个能照2公里的手电筒，这是(shi)因为相比(bi)蓝(lan)宝石衬底(di)技术，硅衬底(di)产(chan)品的电流分布(bu)均匀、扩(kuo)散(san)快，单面出光，方向性好，光品质好，所以特别适(shi)合汽车大灯、探照灯、矿灯等等对光品质要(yao)求比(bi)较高的高端照明。
附加值更高的领域是(shi)LED显示，中日(ri)韩之间长达20多年的显示面板博弈，现在已经(jing)渐渐来到收官阶段，三星虽然仍是(shi)老大，但(dan)已经(jing)退出传统(tong)LED面板而专攻OLED，这是(shi)另一(yi)个大的话题，我们有机会可以再详细讲，今天先提一(yi)嘴。
OLED在智能手机上已经(jing)是(shi)主流，它采用有机自发光材料，轻薄、柔性、响应快、对比(bi)度高，但(dan)是(shi)更加昂贵(gui)，寿命也短。OLED现阶段的主要(yao)对手，就是(shi)Mini LED和Micro LED，前(qian)者在实现较高性能的前(qian)提下(xia)，更便宜；后(hou)者则被称为“终极(ji)技术”，几乎具有OLED的所有优点，克(ke)服OLED的所有缺点，但(dan)现在技术上还不成熟，非常(chang)昂贵(gui)。
最(zui)近苹果Micro LED智能手表项目搁浅，Vision Pro使用的也是(shi)Micro OLED，好像是(shi)要(yao)放弃Micro LED路(lu)线(xian)。
不过，用在AR上面，Micro LED实际上非常(chang)有优势，三星和LG也都力挺Micro LED，在智能手表、大尺寸电视和透明电视上都给(gei)出参考方案，汽车厂商也对Micro LED的矩阵车灯、车载HUD有很大的期待。
需求端，苹果早已不是(shi)一(yi)家独大，市场格局最(zui)终怎(zen)样，最(zui)终还得问过华为、小米、oppo、vivo，乃至比(bi)亚迪(di)吉利蔚小理等等新能源车企业。
技术上来看，不管是(shi)做Mini LED还是(shi)Micro LED，硅衬底(di)路(lu)线(xian)都有很明显的优势，包括(kuo)成本、尺寸、波(bo)长一(yi)致性、无损(sun)去除、低翘曲和CMOS兼容性等等。
从目前(qian)的时间节点来看，Micro LED大规模(mo)量产(chan)的时间可能要(yao)到2028年之后(hou)，在此期间，还会有非常(chang)多的技术碰(peng)撞(zhuang)，南昌大学、中科院长春光机所，以及晶能光电、京(jing)东方、乾照光电等一(yi)大批产(chan)业链上下(xia)游企业，正在日(ri)夜兼程，为抢占先机而努力奋斗。
最(zui)后(hou)再多唠(chao)几句，人们常(chang)常(chang)高估未来2年内的变化，而低估未来10年会发生的变革，这是(shi)我们科工力量常(chang)常(chang)喜欢提的一(yi)句话，今天的故事，又是(shi)一(yi)个好的注(zhu)脚(jiao)，江风益教授(shou)开始从事光电研(yan)究，其实是(shi)在上世纪90年代，到现在已经(jing)30多年，硅衬底(di)这条路(lu)的科技树和产(chan)业链，可以说只是(shi)刚(gang)刚(gang)开始成熟，远没有释放出所有潜力。
而且，江教授(shou)也不是(shi)从零开始，他之前(qian)，还有陈良惠院士等等前(qian)人的肩膀，所以，我们今天提新质生产(chan)力，科工力量理解的新质生产(chan)力，是(shi)一(yi)个从量变到质变的长期过程，作(zuo)为媒体，我们呼(hu)吁资本、产(chan)业、舆论(lun)和社会各方的更多耐心和长期关注(zhu)，拜托大家！
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