【文/观察者网专栏作者 科工力(li)量】
这是一个1.42瓦的LED灯珠，单价(jia)1块5左右。
64颗这样的灯珠组合到一起，可以做成一盏100瓦的路灯，价(jia)格500元左右，照明效果跟(gen)额定250W的高压钠灯相当(dang)，按一晚(wan)上平均亮灯11小时计算，每天用电(dian)从3度减少到1度左右。如果是主路，原先要用额定400瓦的高压钠灯，现在可以用150瓦的LED灯替换，一晚(wan)上，要省3度电(dian)左右。
LED路灯 图源(yuan)：搜狐科技
2018年，银(yin)川将350多条(tiao)道路的4.5万盏高压钠灯替换为LED灯，运行至今已经6年，每年节约用电(dian)4840万度。
除此(ci)之外，高压钠灯只有1~2年使用寿命，LED的使用寿命一般在5万小时以上，基本可以用10多年。还有，LED灯的本质就是一组光电(dian)芯片，天生(sheng)更容易与数字技术结合，更容易实现单灯控制和后台监(jian)控，运营和维护成本更低。
如果按10年周期算，换成LED灯省下的电(dian)费，扣(kou)除掉替换设备的成本后，一般可以有大量盈余。
我手(shou)里拿的这颗小小的氮化镓基灯珠，说它(ta)是凝聚了人类顶尖智(zhi)慧的科技，一点都不夸张。
要制作出这样一颗灯珠，需要在衬底上生(sheng)长出氮化镓发光薄膜，整(zheng)个过程过于(yu)硬核，我们以后有机会再说。
单说衬底这个环节，目前只有三条(tiao)技术路线，分属(shu)日(ri)本、美国、中国，都得到了各自国家的最高荣誉。
日(ri)本团队1993年发明蓝宝(bao)石衬底路线，随后20年，基于(yu)这条(tiao)路线的LED技术和产业发展迅猛，成为目前市(shi)场上的主流，我们今天用的LED灯、LED电(dian)视和显示屏、手(shou)机的LED屏幕等等，大都是从这条(tiao)根(gen)上长出来的。
日(ri)本科学家中村修二、赤崎勇领衔的团队，因(yin)此(ci)获得了2014年诺(nuo)贝(bei)尔物理学奖，还有日(ri)本国内的天皇文化勋章。
不过，这条(tiao)路线并不完美，首(shou)先，蓝宝(bao)石是绝缘(yuan)体，硬度高，难以薄化、切割和剥离，导热(re)性能(neng)也比较差，这些娘胎里带出来的特点，导致它(ta)无法制成垂直(zhi)结构(gou)的器件(jian)，影响发光质量和效率，所以，用蓝宝(bao)石衬底制作大功率LED，局限性很大。
美国团队1995年发明的碳化硅衬底路线，在2003年获得美国总统技术奖。
碳化硅在材料属(shu)性上是导电(dian)的半导体，可以做垂直(zhi)结构(gou)，发光质量好，导热(re)性能(neng)也要比蓝宝(bao)石高10倍以上，改进了蓝宝(bao)石衬底技术的散热(re)问题和晶体质量。
不过，碳化硅路线的硬伤(shang)是昂贵，被(bei)称为“贵族技术”，一则蓝宝(bao)石衬底路线具有先发优势，二则全球半导体产业过去20年向东亚集(ji)中，碳化硅路线难以靠(kao)低端产品(pin)上规模来降本。
南昌大学的江风益(yi)教授(shou)团队走通了第三条(tiao)路：硅衬底，也因(yin)此(ci)获得中国国家技术发明奖一等奖。
硅作为衬底材料的先天优势很突出，兼具蓝宝(bao)石和碳化硅的优点，但要在硅衬底上制备高光效LED芯片却一直(zhi)是个世界(jie)级难题。
因(yin)为硅和氮化镓材料存在严重的热(re)失配和晶格失配，各国研究(jiu)者穷尽(jin)40余年钻研，迟迟没有找(zhao)到攻克关键技术难点的理想(xiang)方法，尤其在前两条(tiao)路线相继(ji)走通之后，硅衬底这一技术路线一度被(bei)业界(jie)宣判“死刑”。
不过，在中国这个LED制造大国，产业从根(gen)源(yuan)上依赖日(ri)本或美国的路线，风险可想(xiang)而知，国内有很多企业多年来采用蓝宝(bao)石路线，其中布(bu)满(man)了国外巨头精心埋下的专利“地雷”，这一方面阻(zu)碍了中国LED产品(pin)和企业进入国际市(shi)场，另一方面，这些“地雷”即使不爆，也是一把达摩克利斯之剑，一直(zhi)悬在头上。
江风益(yi)教授(shou)团队要排除的，就是这些地雷，在他的理解中，科研的目标跟(gen)产业化是统一的，总共需要完成“0到1”“1到N”和“N到0”三个步骤，先要解决科技成果有没有的问题，然(ran)后再把成果转化为N个合格产品(pin)，最后把N个产品(pin)归(gui)0，全部卖出去。
这种“以终为始”的思维，在企业界(jie)或许是常识，在高校里，还真是比较宝(bao)贵。
2003年起，江风益(yi)教授(shou)在南昌大学的半导体发光材料实验室里支起一张床(chuang)，前前后后经历3000多次实验，终于(yu)在硅衬底上长出氮化镓发光薄膜。
2005年实验室出样品(pin)，2006年创办晶能(neng)光电(dian)，2007年建工厂，2008年小批量试生(sheng)产，2009年显示用小功率LED芯片量产；
2011年，美国麻省理工《科技创业》杂志(zhi)评选“全球最具创新力(li)企业50强”，晶能(neng)光电(dian)与Apple、IBM一同上榜；
2012年，大功率LED芯片量产被(bei)国际半导体照明联(lian)盟（ISA）评为“2012年度新闻(wen)事件(jian)”；
一连串里程碑之后，我们有了从源(yuan)头上完全自主可控的技术，整(zheng)个行业的专利风险就减轻了，如果国外巨头还要上门来找(zhao)蓝宝(bao)石路线的茬，一是要面临相关企业转向硅衬底路线的风险，第二个是他们自己也要掂量掂量，可能(neng)免不了以后也要用硅衬底路线做产品(pin)。比照中国通信行业，用5G时代的技术专利增(zeng)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(cha)曲还真有，2016年，国外某知名公司高管带着律师函上门，声称我们侵犯知识产权，经过详细的技术探讨，对方只好礼貌地表示，欢迎良性竞争(zheng)，兴师问罪变成一场茶杯里的风暴。
最终的扬眉吐气，每一步都来之不易。尤其是产业化过程，有着与实验室里不一样的艰难。
江风益(yi)和团队创办的晶能(neng)光电(dian)，一开始只是想(xiang)在产业长链中专注于(yu)上游LED芯片的生(sheng)产，他们想(xiang)当(dang)然(ran)地觉得，拥有了源(yuan)头上的硬科技，又没有知识产权方面的风险，中下游的封装、照明应用企业自然(ran)会趋之若鹜，找(zhao)上门来求合作。
现实情况却是，中下游企业不买单。
当(dang)时，中游封装企业基本采用主流蓝宝(bao)石衬底芯片，设备也是根(gen)据蓝宝(bao)石衬底芯片特点设计，大家好端端在赚钱，也没有谁来制裁我们，你突然(ran)上门，叫我们更改技术路线，不就意味着新的成本和风险。好不容易说服一些封装企业试水，受工艺条(tiao)件(jian)不同带来的限制，一时也很难将硅衬底芯片的优势发挥出来。
下游照明应用企业呢？一样的，使用成熟的蓝宝(bao)石衬底已经跑通，改弦更张的话，一方面要担心得罪老的合作伙伴(ban)，另一方面，晶能(neng)的硅衬底芯片产能(neng)还要爬坡，货源(yuan)还不稳(wen)定，一旦出问题，两头不落好。
今天，江西已经初步形成了一条(tiao)光电(dian)产业上中下游的垂直(zhi)产业链，看似是未雨绸缪，推动产业链补(bu)链延链走在了前面，实际上，都是被(bei)逼出来的。
产业中游，晶能(neng)是自己搞了一条(tiao)陶瓷封装线做灯泡。
下游厂商还不配合怎(zen)么办？就从最小的切入点开始撬(qiao)动，联(lian)合创始人王敏亲自带着销售团队进驻“手(shou)电(dian)筒之乡”，浙(zhe)江宁波的西店镇，挨(ai)个拜访客(ke)户，为了展示硅衬底路线光源(yuan)效率高、方向性好的特点，还做了一个能(neng)照2公里的超大手(shou)电(dian)筒，这才慢慢吸引到合作者。
起步阶段，除了手(shou)电(dian)筒，还有开头说的路灯，晶能(neng)光电(dian)的照明应用部门独立出来，成为央企中国节能(neng)的子公司晶和科技，逐渐(jian)摸索出一套以G端客(ke)户为主的合同能(neng)源(yuan)管理业务模式。
在这种模式下，按一个长周期算，换新设备相比原先能(neng)够省下多少钱，这部分钱就归(gui)公司做利润，或者跟(gen)政府按一定比例分成。
这种模式硬桥硬马，最适(shi)合真正技术过硬，设备长期可靠(kao)的企业，目前，中节能(neng)晶和科技是全国最大的道路照明合同能(neng)源(yuan)管理服务商，累计投运管理项目60多个，管理灯具总数超过65万盏，投运项目全运营期可实现节电(dian)约21亿度以上。
这个市(shi)场总量有多大呢？
根(gen)据住建部统计，中国城(cheng)市(shi)道路照明灯数量在2017年是2593万盏，2021年增(zeng)加到3234万盏，市(shi)场总体规模在5500亿。
其中，大约2/3使用的是传统的高压钠灯，按照2022年住建部和发改委出台的《城(cheng)乡建设领域碳达峰实施方案》，到2030年LED灯的使用占比要超过80%，粗(cu)算一下，城(cheng)市(shi)LED灯替换传统钠灯市(shi)场需求预计在1000万盏以上，这还不算县域和新农村建设的增(zeng)量需求。
所以，单靠(kao)晶和科技一家是吃不过来的，现在，已经有更多其他企业来找(zhao)晶和科技技术合作，产业生(sheng)态也逐渐(jian)走上正轨(gui)。
所以说，硅衬底这条(tiao)路线最终走通，起点是江风益(yi)教授(shou)团队在实验室中的努力(li)，过程离不开晶能(neng)光电(dian)自己找(zhao)市(shi)场、自建产业链的决心和努力(li)，所以，国家技术发明奖一等奖的获得者其实有三方，分别是南昌大学江风益(yi)团队作为基础(chu)研究(jiu)者；晶能(neng)光电(dian)（江西）作为产业中游；中节能(neng)晶和照明作为产业下游，三家联(lian)合获奖。
江风益(yi)（中）在国家科学技术奖励大会上 图源(yuan)：南昌大学官网
国家863专家组当(dang)时这样评价(jia)：这一技术改变了日(ri)本公司垄断(duan)蓝宝(bao)石衬底和美国公司垄断(duan)碳化硅衬底半导体照明技术的局面，形成了蓝宝(bao)石、碳化硅、硅基半导体照明技术方案“三足鼎立”的局面。
这一整(zheng)棵科技树的枝叶，当(dang)然(ran)不止手(shou)电(dian)筒和路灯。
十几年前，高端智(zhi)能(neng)手(shou)机闪光灯的LED灯珠，要卖到3美元一颗，因(yin)为硅衬底路线打通，同样性能(neng)的灯珠，降到5毛钱人民币一颗，现在全球每3部手(shou)机，就有一部使用硅衬底技术的闪光灯。
前面提(ti)到过一个能(neng)照2公里的手(shou)电(dian)筒，这是因(yin)为相比蓝宝(bao)石衬底技术，硅衬底产品(pin)的电(dian)流分布(bu)均匀、扩散快，单面出光，方向性好，光品(pin)质好，所以特别适(shi)合汽车(che)大灯、探照灯、矿灯等等对光品(pin)质要求比较高的高端照明。
附加值更高的领域是LED显示，中日(ri)韩之间长达20多年的显示面板博弈，现在已经渐(jian)渐(jian)来到收官阶段，三星(xing)虽然(ran)仍是老大，但已经退出传统LED面板而专攻OLED，这是另一个大的话题，我们有机会可以再详细讲，今天先提(ti)一嘴。
OLED在智(zhi)能(neng)手(shou)机上已经是主流，它(ta)采用有机自发光材料，轻薄、柔性、响应快、对比度高，但是更加昂贵，寿命也短。OLED现阶段的主要对手(shou)，就是Mini LED和Micro LED，前者在实现较高性能(neng)的前提(ti)下，更便宜；后者则被(bei)称为“终极技术”，几乎具有OLED的所有优点，克服OLED的所有缺点，但现在技术上还不成熟，非常昂贵。
最近苹果Micro LED智(zhi)能(neng)手(shou)表项目搁浅，Vision Pro使用的也是Micro OLED，好像是要放弃Micro LED路线。
不过，用在AR上面，Micro LED实际上非常有优势，三星(xing)和LG也都力(li)挺Micro LED，在智(zhi)能(neng)手(shou)表、大尺寸电(dian)视和透(tou)明电(dian)视上都给出参考方案，汽车(che)厂商也对Micro LED的矩阵车(che)灯、车(che)载HUD有很大的期待(dai)。
需求端，苹果早已不是一家独大，市(shi)场格局最终怎(zen)样，最终还得问过华为、小米、oppo、vivo，乃至比亚迪吉利蔚小理等等新能(neng)源(yuan)车(che)企业。
技术上来看，不管是做Mini LED还是Micro LED，硅衬底路线都有很明显的优势，包括(kuo)成本、尺寸、波长一致性、无损去除、低翘曲和CMOS兼容性等等。
从目前的时间节点来看，Micro LED大规模量产的时间可能(neng)要到2028年之后，在此(ci)期间，还会有非常多的技术碰撞，南昌大学、中科院长春光机所，以及晶能(neng)光电(dian)、京东方、乾(qian)照光电(dian)等一大批产业链上下游企业，正在日(ri)夜兼程，为抢占先机而努力(li)奋斗。
最后再多唠几句，人们常常高估未来2年内的变化，而低估未来10年会发生(sheng)的变革，这是我们科工力(li)量常常喜欢提(ti)的一句话，今天的故事，又是一个好的注脚，江风益(yi)教授(shou)开始从事光电(dian)研究(jiu)，其实是在上世纪90年代，到现在已经30多年，硅衬底这条(tiao)路的科技树和产业链，可以说只是刚刚开始成熟，远没有释放出所有潜力(li)。
而且，江教授(shou)也不是从零(ling)开始，他之前，还有陈良惠院士等等前人的肩膀(bang)，所以，我们今天提(ti)新质生(sheng)产力(li)，科工力(li)量理解的新质生(sheng)产力(li)，是一个从量变到质变的长期过程，作为媒体，我们呼吁资本、产业、舆论和社会各方的更多耐心和长期关注，拜托(tuo)大家！
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