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【文/观察者(zhe)网专栏(lan)作者(zhe) 科工力量】
这是一个1.42瓦的LED灯珠，单(dan)价1块5左右。
64颗这样的灯珠组合到一起，可以做成一盏(zhan)100瓦的路灯，价格500元左右，照(zhao)明效果跟额定250W的高(gao)压钠灯相当，按一晚上平均亮灯11小(xiao)时计算(suan)，每天用电从3度减少到1度左右。如果是主(zhu)路，原先要用额定400瓦的高(gao)压钠灯，现(xian)在可以用150瓦的LED灯替换，一晚上，要省3度电左右。
LED路灯 图源：搜狐科技
2018年，银川将(jiang)350多(duo)条道(dao)路的4.5万盏(zhan)高(gao)压钠灯替换为LED灯，运行至今已经(jing)6年，每年节约用电4840万度。
除此之外，高(gao)压钠灯只有1~2年使用寿命，LED的使用寿命一般在5万小(xiao)时以上，基本可以用10多(duo)年。还有，LED灯的本质就是一组光电芯片，天生更(geng)容易与数(shu)字(zi)技术结合，更(geng)容易实现(xian)单(dan)灯控制和后台监控，运营和维(wei)护成本更(geng)低。
如果按10年周期算(suan)，换成LED灯省下的电费，扣除掉替换设备(bei)的成本后，一般可以有大量盈(ying)余。
我手(shou)里(li)拿的这颗小(xiao)小(xiao)的氮化镓基灯珠，说它是凝聚了人类顶尖智慧的科技，一点都(dou)不夸张(zhang)。
要制作出这样一颗灯珠，需要在衬(chen)底(di)上生长(chang)出氮化镓发光薄膜，整个过(guo)程过(guo)于硬核，我们以后有机会再说。
单(dan)说衬(chen)底(di)这个环节，目前只有三条技术路线，分属日本、美国、中(zhong)国，都(dou)得到了各自国家的最高(gao)荣誉。
日本团队1993年发明蓝宝石衬(chen)底(di)路线，随后20年，基于这条路线的LED技术和产业发展迅猛(meng)，成为目前市场上的主(zhu)流，我们今天用的LED灯、LED电视和显示屏、手(shou)机的LED屏幕等(deng)等(deng)，大都(dou)是从这条根上长(chang)出来的。
日本科学家中(zhong)村(cun)修二、赤崎勇领(ling)衔的团队，因此获(huo)得了2014年诺贝尔物理学奖，还有日本国内的天皇文化勋(xun)章。
不过(guo)，这条路线并不完(wan)美，首先，蓝宝石是绝缘体，硬度高(gao)，难以薄化、切割和剥离，导热性能也比较差(cha)，这些娘胎里(li)带出来的特点，导致它无法制成垂(chui)直结构(gou)的器件，影响发光质量和效率，所以，用蓝宝石衬(chen)底(di)制作大功率LED，局限性很(hen)大。
美国团队1995年发明的碳化硅(gui)衬(chen)底(di)路线，在2003年获(huo)得美国总统技术奖。
碳化硅(gui)在材料(liao)属性上是导电的半导体，可以做垂(chui)直结构(gou)，发光质量好，导热性能也要比蓝宝石高(gao)10倍以上，改(gai)进了蓝宝石衬(chen)底(di)技术的散热问题和晶体质量。
不过(guo)，碳化硅(gui)路线的硬伤是昂贵，被称为“贵族技术”，一则蓝宝石衬(chen)底(di)路线具有先发优势，二则全球半导体产业过(guo)去20年向东亚集中(zhong)，碳化硅(gui)路线难以靠低端产品(pin)上规模来降本。
南昌大学的江风(feng)益教(jiao)授团队走通了第三条路：硅(gui)衬(chen)底(di)，也因此获(huo)得中(zhong)国国家技术发明奖一等(deng)奖。
硅(gui)作为衬(chen)底(di)材料(liao)的先天优势很(hen)突(tu)出，兼具蓝宝石和碳化硅(gui)的优点，但要在硅(gui)衬(chen)底(di)上制备(bei)高(gao)光效LED芯片却一直是个世界级难题。
因为硅(gui)和氮化镓材料(liao)存在严重的热失配和晶格失配，各国研(yan)究者(zhe)穷尽40余年钻研(yan)，迟(chi)迟(chi)没有找到攻克关键技术难点的理想方(fang)法，尤其在前两条路线相继(ji)走通之后，硅(gui)衬(chen)底(di)这一技术路线一度被业界宣判“死刑”。
不过(guo)，在中(zhong)国这个LED制造大国，产业从根源上依赖日本或美国的路线，风(feng)险可想而知，国内有很(hen)多(duo)企业多(duo)年来采用蓝宝石路线，其中(zhong)布满了国外巨头精心埋下的专利“地雷”，这一方(fang)面阻碍了中(zhong)国LED产品(pin)和企业进入国际(ji)市场，另一方(fang)面，这些“地雷”即使不爆，也是一把达摩克利斯之剑，一直悬在头上。
江风(feng)益教(jiao)授团队要排除的，就是这些地雷，在他(ta)的理解中(zhong)，科研(yan)的目标跟产业化是统一的，总共需要完(wan)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，然后再把成果转化为N个合格产品(pin)，最后把N个产品(pin)归0，全部卖出去。
这种“以终为始”的思维(wei)，在企业界或许是常识，在高(gao)校里(li)，还真是比较宝贵。
2003年起，江风(feng)益教(jiao)授在南昌大学的半导体发光材料(liao)实验室里(li)支起一张(zhang)床，前前后后经(jing)历3000多(duo)次实验，终于在硅(gui)衬(chen)底(di)上长(chang)出氮化镓发光薄膜。
2005年实验室出样品(pin)，2006年创办晶能光电，2007年建工厂，2008年小(xiao)批量试生产，2009年显示用小(xiao)功率LED芯片量产；
2011年，美国麻省理工《科技创业》杂志评选“全球最具创新力企业50强”，晶能光电与Apple、IBM一同(tong)上榜；
2012年，大功率LED芯片量产被国际(ji)半导体照(zhao)明联盟（ISA）评为“2012年度新闻事件”；
一连串(chuan)里(li)程碑之后，我们有了从源头上完(wan)全自主(zhu)可控的技术，整个行业的专利风(feng)险就减轻了，如果国外巨头还要上门来找蓝宝石路线的茬，一是要面临相关企业转向硅(gui)衬(chen)底(di)路线的风(feng)险，第二个是他(ta)们自己也要掂量掂量，可能免不了以后也要用硅(gui)衬(chen)底(di)路线做产品(pin)。比照(zhao)中(zhong)国通信行业，用5G时代的技术专利增(zeng)量，破解了过(guo)去2G、3G时代国外的存量专利壁垒，差(cha)不多(duo)的意思。
插曲还真有，2016年，国外某知名公司高(gao)管带着律师函上门，声称我们侵犯(fan)知识产权，经(jing)过(guo)详细的技术探讨，对方(fang)只好礼貌地表示，欢迎良性竞争，兴师问罪变成一场茶杯里(li)的风(feng)暴。
最终的扬眉吐气，每一步都(dou)来之不易。尤其是产业化过(guo)程，有着与实验室里(li)不一样的艰难。
江风(feng)益和团队创办的晶能光电，一开始只是想在产业长(chang)链中(zhong)专注于上游(you)LED芯片的生产，他(ta)们想当然地觉(jue)得，拥有了源头上的硬科技，又没有知识产权方(fang)面的风(feng)险，中(zhong)下游(you)的封装、照(zhao)明应用企业自然会趋之若鹜(wu)，找上门来求合作。
现(xian)实情况却是，中(zhong)下游(you)企业不买单(dan)。
当时，中(zhong)游(you)封装企业基本采用主(zhu)流蓝宝石衬(chen)底(di)芯片，设备(bei)也是根据蓝宝石衬(chen)底(di)芯片特点设计，大家好端端在赚钱(qian)，也没有谁来制裁我们，你突(tu)然上门，叫我们更(geng)改(gai)技术路线，不就意味着新的成本和风(feng)险。好不容易说服一些封装企业试水，受工艺条件不同(tong)带来的限制，一时也很(hen)难将(jiang)硅(gui)衬(chen)底(di)芯片的优势发挥(hui)出来。
下游(you)照(zhao)明应用企业呢？一样的，使用成熟的蓝宝石衬(chen)底(di)已经(jing)跑通，改(gai)弦更(geng)张(zhang)的话，一方(fang)面要担心得罪老的合作伙伴，另一方(fang)面，晶能的硅(gui)衬(chen)底(di)芯片产能还要爬坡，货(huo)源还不稳定，一旦出问题，两头不落(luo)好。
今天，江西已经(jing)初步形成了一条光电产业上中(zhong)下游(you)的垂(chui)直产业链，看似(si)是未雨(yu)绸缪(jiu)，推动产业链补链延链走在了前面，实际(ji)上，都(dou)是被逼出来的。
产业中(zhong)游(you)，晶能是自己搞了一条陶瓷(ci)封装线做灯泡(pao)。
下游(you)厂商(shang)还不配合怎么办？就从最小(xiao)的切入点开始撬动，联合创始人王敏亲自带着销售团队进驻“手(shou)电筒之乡(xiang)”，浙江宁波的西店镇，挨个拜访客户，为了展示硅(gui)衬(chen)底(di)路线光源效率高(gao)、方(fang)向性好的特点，还做了一个能照(zhao)2公里(li)的超大手(shou)电筒，这才慢慢吸引到合作者(zhe)。
起步阶段，除了手(shou)电筒，还有开头说的路灯，晶能光电的照(zhao)明应用部门独立出来，成为央企中(zhong)国节能的子公司晶和科技，逐渐摸索出一套以G端客户为主(zhu)的合同(tong)能源管理业务模式。
在这种模式下，按一个长(chang)周期算(suan)，换新设备(bei)相比原先能够(gou)省下多(duo)少钱(qian)，这部分钱(qian)就归公司做利润(run)，或者(zhe)跟政府(fu)按一定比例分成。
这种模式硬桥硬马，最适合真正技术过(guo)硬，设备(bei)长(chang)期可靠的企业，目前，中(zhong)节能晶和科技是全国最大的道(dao)路照(zhao)明合同(tong)能源管理服务商(shang)，累(lei)计投(tou)运管理项目60多(duo)个，管理灯具总数(shu)超过(guo)65万盏(zhan)，投(tou)运项目全运营期可实现(xian)节电约21亿度以上。
这个市场总量有多(duo)大呢？
根据住(zhu)建部统计，中(zhong)国城市道(dao)路照(zhao)明灯数(shu)量在2017年是2593万盏(zhan)，2021年增(zeng)加到3234万盏(zhan)，市场总体规模在5500亿。
其中(zhong)，大约2/3使用的是传统的高(gao)压钠灯，按照(zhao)2022年住(zhu)建部和发改(gai)委出台的《城乡(xiang)建设领(ling)域碳达峰实施方(fang)案》，到2030年LED灯的使用占比要超过(guo)80%，粗算(suan)一下，城市LED灯替换传统钠灯市场需求预计在1000万盏(zhan)以上，这还不算(suan)县域和新农(nong)村(cun)建设的增(zeng)量需求。
所以，单(dan)靠晶和科技一家是吃不过(guo)来的，现(xian)在，已经(jing)有更(geng)多(duo)其他(ta)企业来找晶和科技技术合作，产业生态也逐渐走上正轨(gui)。
所以说，硅(gui)衬(chen)底(di)这条路线最终走通，起点是江风(feng)益教(jiao)授团队在实验室中(zhong)的努力，过(guo)程离不开晶能光电自己找市场、自建产业链的决心和努力，所以，国家技术发明奖一等(deng)奖的获(huo)得者(zhe)其实有三方(fang)，分别是南昌大学江风(feng)益团队作为基础(chu)研(yan)究者(zhe)；晶能光电（江西）作为产业中(zhong)游(you)；中(zhong)节能晶和照(zhao)明作为产业下游(you)，三家联合获(huo)奖。
江风(feng)益（中(zhong)）在国家科学技术奖励(li)大会上 图源：南昌大学官网
国家863专家组当时这样评价：这一技术改(gai)变了日本公司垄断蓝宝石衬(chen)底(di)和美国公司垄断碳化硅(gui)衬(chen)底(di)半导体照(zhao)明技术的局面，形成了蓝宝石、碳化硅(gui)、硅(gui)基半导体照(zhao)明技术方(fang)案“三足鼎立”的局面。
这一整棵科技树(shu)的枝叶，当然不止手(shou)电筒和路灯。
十几年前，高(gao)端智能手(shou)机闪光灯的LED灯珠，要卖到3美元一颗，因为硅(gui)衬(chen)底(di)路线打通，同(tong)样性能的灯珠，降到5毛钱(qian)人民币(bi)一颗，现(xian)在全球每3部手(shou)机，就有一部使用硅(gui)衬(chen)底(di)技术的闪光灯。
前面提到过(guo)一个能照(zhao)2公里(li)的手(shou)电筒，这是因为相比蓝宝石衬(chen)底(di)技术，硅(gui)衬(chen)底(di)产品(pin)的电流分布均匀、扩(kuo)散快，单(dan)面出光，方(fang)向性好，光品(pin)质好，所以特别适合汽车大灯、探照(zhao)灯、矿灯等(deng)等(deng)对光品(pin)质要求比较高(gao)的高(gao)端照(zhao)明。
附(fu)加值更(geng)高(gao)的领(ling)域是LED显示，中(zhong)日韩之间长(chang)达20多(duo)年的显示面板博弈，现(xian)在已经(jing)渐渐来到收官阶段，三星虽然仍是老大，但已经(jing)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，今天先提一嘴。
OLED在智能手(shou)机上已经(jing)是主(zhu)流，它采用有机自发光材料(liao)，轻薄、柔性、响应快、对比度高(gao)，但是更(geng)加昂贵，寿命也短。OLED现(xian)阶段的主(zhu)要对手(shou)，就是Mini LED和Micro LED，前者(zhe)在实现(xian)较高(gao)性能的前提下，更(geng)便宜；后者(zhe)则被称为“终极技术”，几乎具有OLED的所有优点，克服OLED的所有缺点，但现(xian)在技术上还不成熟，非常昂贵。
最近苹果Micro LED智能手(shou)表项目搁浅，Vision Pro使用的也是Micro OLED，好像是要放(fang)弃Micro LED路线。
不过(guo)，用在AR上面，Micro LED实际(ji)上非常有优势，三星和LG也都(dou)力挺(ting)Micro LED，在智能手(shou)表、大尺寸电视和透明电视上都(dou)给出参考(kao)方(fang)案，汽车厂商(shang)也对Micro LED的矩阵车灯、车载HUD有很(hen)大的期待。
需求端，苹果早已不是一家独大，市场格局最终怎样，最终还得问过(guo)华为、小(xiao)米、oppo、vivo，乃至比亚迪吉利蔚小(xiao)理等(deng)等(deng)新能源车企业。
技术上来看，不管是做Mini LED还是Micro LED，硅(gui)衬(chen)底(di)路线都(dou)有很(hen)明显的优势，包括成本、尺寸、波长(chang)一致性、无损(sun)去除、低翘曲和CMOS兼容性等(deng)等(deng)。
从目前的时间节点来看，Micro LED大规模量产的时间可能要到2028年之后，在此期间，还会有非常多(duo)的技术碰撞，南昌大学、中(zhong)科院长(chang)春光机所，以及晶能光电、京东方(fang)、乾照(zhao)光电等(deng)一大批产业链上下游(you)企业，正在日夜兼程，为抢占先机而努力奋斗。
最后再多(duo)唠(chao)几句，人们常常高(gao)估未来2年内的变化，而低估未来10年会发生的变革(ge)，这是我们科工力量常常喜欢提的一句话，今天的故事，又是一个好的注脚，江风(feng)益教(jiao)授开始从事光电研(yan)究，其实是在上世纪90年代，到现(xian)在已经(jing)30多(duo)年，硅(gui)衬(chen)底(di)这条路的科技树(shu)和产业链，可以说只是刚刚开始成熟，远没有释(shi)放(fang)出所有潜力。
而且，江教(jiao)授也不是从零开始，他(ta)之前，还有陈良惠院士等(deng)等(deng)前人的肩膀，所以，我们今天提新质生产力，科工力量理解的新质生产力，是一个从量变到质变的长(chang)期过(guo)程，作为媒体，我们呼吁(yu)资本、产业、舆(yu)论和社会各方(fang)的更(geng)多(duo)耐心和长(chang)期关注，拜托大家！
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