【文/观察者网专栏作者 科(ke)工力量】
这是一个1.42瓦的LED灯珠，单(dan)价(jia)1块5左右。
64颗这样(yang)的灯珠组合到一起，可以(yi)做(zuo)成一盏(zhan)100瓦的路灯，价(jia)格500元左右，照明效果跟额定250W的高压钠(na)灯相当，按一晚上平(ping)均亮灯11小时计算，每天用电从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(na)灯，现在可以(yi)用150瓦的LED灯替(ti)换，一晚上，要省3度电左右。
LED路灯 图源：搜狐科(ke)技
2018年，银川将(jiang)350多条道路的4.5万盏(zhan)高压钠(na)灯替(ti)换为LED灯，运行至今已经6年，每年节约用电4840万度。
除此之外，高压钠(na)灯只有1~2年使用寿命，LED的使用寿命一般在5万小时以(yi)上，基本(ben)可以(yi)用10多年。还有，LED灯的本(ben)质就是一组光电芯片，天生更容易与数字(zi)技术结合，更容易实(shi)现单(dan)灯控制和(he)后台监控，运营和(he)维护成本(ben)更低。
如果按10年周期算，换成LED灯省下的电费(fei)，扣除掉替(ti)换设备的成本(ben)后，一般可以(yi)有大(da)量盈余。
我手里(li)拿的这颗小小的氮化(hua)镓基灯珠，说它(ta)是凝聚了人类顶尖智慧的科(ke)技，一点都不夸张。
要制作出这样(yang)一颗灯珠，需(xu)要在衬底上生长出氮化(hua)镓发光薄膜，整个过程过于硬核，我们以(yi)后有机会再说。
单(dan)说衬底这个环节，目前只有三(san)条技术路线，分(fen)属日本(ben)、美国、中国，都得到了各自国家的最(zui)高荣誉。
日本(ben)团(tuan)队1993年发明蓝宝(bao)石(shi)衬底路线，随后20年，基于这条路线的LED技术和(he)产业发展迅猛(meng)，成为目前市(shi)场上的主流(liu)，我们今天用的LED灯、LED电视和(he)显(xian)示屏、手机的LED屏幕等等，大(da)都是从这条根上长出来的。
日本(ben)科(ke)学家中村修二、赤(chi)崎勇领衔的团(tuan)队，因(yin)此获得了2014年诺贝尔物理学奖，还有日本(ben)国内的天皇文化(hua)勋章。
不过，这条路线并不完美，首先，蓝宝(bao)石(shi)是绝缘体，硬度高，难以(yi)薄化(hua)、切割(ge)和(he)剥(bao)离(li)，导热(re)性(xing)能也比较差，这些娘胎里(li)带出来的特(te)点，导致它(ta)无法制成垂直结构的器件，影响发光质量和(he)效率，所以(yi)，用蓝宝(bao)石(shi)衬底制作大(da)功率LED，局限性(xing)很大(da)。
美国团(tuan)队1995年发明的碳(tan)化(hua)硅衬底路线，在2003年获得美国总统技术奖。
碳(tan)化(hua)硅在材料(liao)属性(xing)上是导电的半导体，可以(yi)做(zuo)垂直结构，发光质量好，导热(re)性(xing)能也要比蓝宝(bao)石(shi)高10倍以(yi)上，改进了蓝宝(bao)石(shi)衬底技术的散热(re)问题和(he)晶体质量。
不过，碳(tan)化(hua)硅路线的硬伤是昂(ang)贵，被称为“贵族技术”，一则蓝宝(bao)石(shi)衬底路线具有先发优(you)势，二则全球半导体产业过去20年向东亚集中，碳(tan)化(hua)硅路线难以(yi)靠低端产品上规模(mo)来降(jiang)本(ben)。
南昌大(da)学的江风益教授团(tuan)队走通了第三(san)条路：硅衬底，也因(yin)此获得中国国家技术发明奖一等奖。
硅作为衬底材料(liao)的先天优(you)势很突出，兼具蓝宝(bao)石(shi)和(he)碳(tan)化(hua)硅的优(you)点，但(dan)要在硅衬底上制备高光效LED芯片却一直是个世界级难题。
因(yin)为硅和(he)氮化(hua)镓材料(liao)存在严重的热(re)失配和(he)晶格失配，各国研究者穷(qiong)尽40余年钻研，迟迟没有找到攻克关键技术难点的理想方法，尤其在前两条路线相继走通之后，硅衬底这一技术路线一度被业界宣判“死刑”。
不过，在中国这个LED制造大(da)国，产业从根源上依赖日本(ben)或美国的路线，风险(xian)可想而知，国内有很多企业多年来采用蓝宝(bao)石(shi)路线，其中布满了国外巨头精(jing)心埋下的专利“地雷”，这一方面(mian)阻碍(ai)了中国LED产品和(he)企业进入国际市(shi)场，另一方面(mian)，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。
江风益教授团(tuan)队要排除的，就是这些地雷，在他的理解中，科(ke)研的目标(biao)跟产业化(hua)是统一的，总共需(xu)要完成“0到1”“1到N”和(he)“N到0”三(san)个步骤，先要解决科(ke)技成果有没有的问题，然后再把成果转化(hua)为N个合格产品，最(zui)后把N个产品归0，全部卖出去。
这种“以(yi)终为始”的思维，在企业界或许是常识，在高校里(li)，还真是比较宝(bao)贵。
2003年起，江风益教授在南昌大(da)学的半导体发光材料(liao)实(shi)验室里(li)支起一张床，前前后后经历3000多次实(shi)验，终于在硅衬底上长出氮化(hua)镓发光薄膜。
2005年实(shi)验室出样(yang)品，2006年创办晶能光电，2007年建工厂，2008年小批量试生产，2009年显(xian)示用小功率LED芯片量产；
2011年，美国麻省理工《科(ke)技创业》杂(za)志评选(xuan)“全球最(zui)具创新力企业50强”，晶能光电与Apple、IBM一同上榜；
2012年，大(da)功率LED芯片量产被国际半导体照明联(lian)盟（ISA）评为“2012年度新闻事件”；
一连串里(li)程碑之后，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(xian)就减轻了，如果国外巨头还要上门来找蓝宝(bao)石(shi)路线的茬，一是要面(mian)临相关企业转向硅衬底路线的风险(xian)，第二个是他们自己也要掂量掂量，可能免不了以(yi)后也要用硅衬底路线做(zuo)产品。比照中国通信行业，用5G时代的技术专利增(zeng)量，破(po)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(gong)司高管带着律(lu)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(xing)竞争，兴师问罪变成一场茶杯里(li)的风暴。
最(zui)终的扬(yang)眉(mei)吐气，每一步都来之不易。尤其是产业化(hua)过程，有着与实(shi)验室里(li)不一样(yang)的艰难。
江风益和(he)团(tuan)队创办的晶能光电，一开始只是想在产业长链中专注于上游LED芯片的生产，他们想当然地觉(jue)得，拥有了源头上的硬科(ke)技，又没有知识产权方面(mian)的风险(xian)，中下游的封装、照明应用企业自然会趋之若鹜，找上门来求合作。
现实(shi)情况却是，中下游企业不买单(dan)。
当时，中游封装企业基本(ben)采用主流(liu)蓝宝(bao)石(shi)衬底芯片，设备也是根据蓝宝(bao)石(shi)衬底芯片特(te)点设计，大(da)家好端端在赚钱，也没有谁来制裁我们，你突然上门，叫我们更改技术路线，不就意味着新的成本(ben)和(he)风险(xian)。好不容易说服一些封装企业试水，受工艺条件不同带来的限制，一时也很难将(jiang)硅衬底芯片的优(you)势发挥(hui)出来。
下游照明应用企业呢？一样(yang)的，使用成熟的蓝宝(bao)石(shi)衬底已经跑通，改弦更张的话，一方面(mian)要担心得罪老的合作伙伴，另一方面(mian)，晶能的硅衬底芯片产能还要爬坡，货源还不稳定，一旦出问题，两头不落好。
今天，江西已经初步形成了一条光电产业上中下游的垂直产业链，看似是未雨绸(chou)缪，推动产业链补链延链走在了前面(mian)，实(shi)际上，都是被逼出来的。
产业中游，晶能是自己搞了一条陶瓷封装线做(zuo)灯泡。
下游厂商还不配合怎么办？就从最(zui)小的切入点开始撬(qiao)动，联(lian)合创始人王敏亲自带着销(xiao)售团(tuan)队进驻“手电筒(tong)之乡”，浙江宁波的西店镇，挨个拜访(fang)客户，为了展示硅衬底路线光源效率高、方向性(xing)好的特(te)点，还做(zuo)了一个能照2公(gong)里(li)的超大(da)手电筒(tong)，这才慢(man)慢(man)吸引(yin)到合作者。
起步阶段(duan)，除了手电筒(tong)，还有开头说的路灯，晶能光电的照明应用部门独立出来，成为央企中国节能的子公(gong)司晶和(he)科(ke)技，逐(zhu)渐摸索出一套(tao)以(yi)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，按一个长周期算，换新设备相比原先能够省下多少钱，这部分(fen)钱就归公(gong)司做(zuo)利润，或者跟政府按一定比例分(fen)成。
这种模(mo)式硬桥硬马，最(zui)适合真正(zheng)技术过硬，设备长期可靠的企业，目前，中节能晶和(he)科(ke)技是全国最(zui)大(da)的道路照明合同能源管理服务商，累计投运管理项目60多个，管理灯具总数超过65万盏(zhan)，投运项目全运营期可实(shi)现节电约21亿度以(yi)上。
这个市(shi)场总量有多大(da)呢？
根据住建部统计，中国城市(shi)道路照明灯数量在2017年是2593万盏(zhan)，2021年增(zeng)加到3234万盏(zhan)，市(shi)场总体规模(mo)在5500亿。
其中，大(da)约2/3使用的是传统的高压钠(na)灯，按照2022年住建部和(he)发改委出台的《城乡建设领域碳(tan)达峰实(shi)施方案(an)》，到2030年LED灯的使用占比要超过80%，粗算一下，城市(shi)LED灯替(ti)换传统钠(na)灯市(shi)场需(xu)求预计在1000万盏(zhan)以(yi)上，这还不算县域和(he)新农村建设的增(zeng)量需(xu)求。
所以(yi)，单(dan)靠晶和(he)科(ke)技一家是吃不过来的，现在，已经有更多其他企业来找晶和(he)科(ke)技技术合作，产业生态(tai)也逐(zhu)渐走上正(zheng)轨。
所以(yi)说，硅衬底这条路线最(zui)终走通，起点是江风益教授团(tuan)队在实(shi)验室中的努力，过程离(li)不开晶能光电自己找市(shi)场、自建产业链的决心和(he)努力，所以(yi)，国家技术发明奖一等奖的获得者其实(shi)有三(san)方，分(fen)别是南昌大(da)学江风益团(tuan)队作为基础研究者；晶能光电（江西）作为产业中游；中节能晶和(he)照明作为产业下游，三(san)家联(lian)合获奖。
江风益（中）在国家科(ke)学技术奖励大(da)会上 图源：南昌大(da)学官网
国家863专家组当时这样(yang)评价(jia)：这一技术改变了日本(ben)公(gong)司垄断(duan)蓝宝(bao)石(shi)衬底和(he)美国公(gong)司垄断(duan)碳(tan)化(hua)硅衬底半导体照明技术的局面(mian)，形成了蓝宝(bao)石(shi)、碳(tan)化(hua)硅、硅基半导体照明技术方案(an)“三(san)足鼎立”的局面(mian)。
这一整棵科(ke)技树的枝叶，当然不止手电筒(tong)和(he)路灯。
十几年前，高端智能手机闪光灯的LED灯珠，要卖到3美元一颗，因(yin)为硅衬底路线打通，同样(yang)性(xing)能的灯珠，降(jiang)到5毛钱人民币一颗，现在全球每3部手机，就有一部使用硅衬底技术的闪光灯。
前面(mian)提到过一个能照2公(gong)里(li)的手电筒(tong)，这是因(yin)为相比蓝宝(bao)石(shi)衬底技术，硅衬底产品的电流(liu)分(fen)布均匀、扩散快，单(dan)面(mian)出光，方向性(xing)好，光品质好，所以(yi)特(te)别适合汽车大(da)灯、探照灯、矿灯等等对光品质要求比较高的高端照明。
附加值更高的领域是LED显(xian)示，中日韩之间长达20多年的显(xian)示面(mian)板博弈，现在已经渐渐来到收官阶段(duan)，三(san)星虽然仍是老大(da)，但(dan)已经退出传统LED面(mian)板而专攻OLED，这是另一个大(da)的话题，我们有机会可以(yi)再详细讲，今天先提一嘴。
OLED在智能手机上已经是主流(liu)，它(ta)采用有机自发光材料(liao)，轻薄、柔性(xing)、响应快、对比度高，但(dan)是更加昂(ang)贵，寿命也短。OLED现阶段(duan)的主要对手，就是Mini LED和(he)Micro LED，前者在实(shi)现较高性(xing)能的前提下，更便宜；后者则被称为“终极技术”，几乎具有OLED的所有优(you)点，克服OLED的所有缺点，但(dan)现在技术上还不成熟，非常昂(ang)贵。
最(zui)近苹果Micro LED智能手表项目搁浅，Vision Pro使用的也是Micro OLED，好像是要放(fang)弃(qi)Micro LED路线。
不过，用在AR上面(mian)，Micro LED实(shi)际上非常有优(you)势，三(san)星和(he)LG也都力挺Micro LED，在智能手表、大(da)尺寸电视和(he)透明电视上都给出参考方案(an)，汽车厂商也对Micro LED的矩阵车灯、车载HUD有很大(da)的期待。
需(xu)求端，苹果早已不是一家独大(da)，市(shi)场格局最(zui)终怎样(yang)，最(zui)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源车企业。
技术上来看，不管是做(zuo)Mini LED还是Micro LED，硅衬底路线都有很明显(xian)的优(you)势，包括(kuo)成本(ben)、尺寸、波长一致性(xing)、无损去除、低翘曲和(he)CMOS兼容性(xing)等等。
从目前的时间节点来看，Micro LED大(da)规模(mo)量产的时间可能要到2028年之后，在此期间，还会有非常多的技术碰撞，南昌大(da)学、中科(ke)院长春光机所，以(yi)及晶能光电、京东方、乾照光电等一大(da)批产业链上下游企业，正(zheng)在日夜兼程，为抢占先机而努力奋斗(dou)。
最(zui)后再多唠几句，人们常常高估未来2年内的变化(hua)，而低估未来10年会发生的变革，这是我们科(ke)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，江风益教授开始从事光电研究，其实(shi)是在上世纪90年代，到现在已经30多年，硅衬底这条路的科(ke)技树和(he)产业链，可以(yi)说只是刚刚开始成熟，远没有释放(fang)出所有潜力。
而且，江教授也不是从零开始，他之前，还有陈良惠院士等等前人的肩膀，所以(yi)，我们今天提新质生产力，科(ke)工力量理解的新质生产力，是一个从量变到质变的长期过程，作为媒体，我们呼吁资本(ben)、产业、舆论和(he)社(she)会各方的更多耐心和(he)长期关注，拜托大(da)家！
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