【文/观察者网专栏(lan)作者 科工力量】
这是(shi)一个1.42瓦的LED灯珠，单价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，价格500元左右，照明效(xiao)果跟额定250W的高压钠灯相当，按一晚上平均亮灯11小时(shi)计算，每天(tian)用电(dian)从3度减少到1度左右。如果是(shi)主路，原先(xian)要用额定400瓦的高压钠灯，现在可以用150瓦的LED灯替换，一晚上，要省(sheng)3度电(dian)左右。
LED路灯 图源：搜狐科技
2018年，银川将350多条道路的4.5万盏高压钠灯替换为LED灯，运(yun)行至今已经6年，每年节约用电(dian)4840万度。
除此之外，高压钠灯只有1~2年使用寿命(ming)，LED的使用寿命(ming)一般在5万小时(shi)以上，基(ji)本可以用10多年。还有，LED灯的本质就是(shi)一组光电(dian)芯片，天(tian)生更容易与数字技术结合，更容易实(shi)现单灯控制和后台(tai)监控，运(yun)营和维护成本更低。
如果按10年周期算，换成LED灯省(sheng)下的电(dian)费，扣除掉替换设备的成本后，一般可以有大(da)量盈余。
我手里拿的这颗小小的氮化镓基(ji)灯珠，说它是(shi)凝聚了人类顶尖智慧(hui)的科技，一点都不夸张。
要制作出这样一颗灯珠，需(xu)要在衬底上生长出氮化镓发(fa)光薄膜，整个过程过于硬核，我们以后有机会再说。
单说衬底这个环节，目(mu)前只有三(san)条技术路线，分属日本、美国、中国，都得到了各自国家的最高荣(rong)誉。
日本团队1993年发(fa)明蓝宝石衬底路线，随后20年，基(ji)于这条路线的LED技术和产业发(fa)展迅猛，成为目(mu)前市场上的主流，我们今天(tian)用的LED灯、LED电(dian)视和显示屏、手机的LED屏幕等等，大(da)都是(shi)从这条根上长出来的。
日本科学家中村修(xiu)二(er)、赤崎勇(yong)领衔的团队，因此获得了2014年诺贝(bei)尔物理学奖，还有日本国内的天(tian)皇文化勋(xun)章。
不过，这条路线并不完美，首先(xian)，蓝宝石是(shi)绝缘体(ti)，硬度高，难以薄化、切割和剥离，导(dao)热(re)性能也比较差，这些(xie)娘胎里带出来的特点，导(dao)致它无法制成垂直结构的器(qi)件，影响发(fa)光质量和效(xiao)率，所以，用蓝宝石衬底制作大(da)功率LED，局限性很大(da)。
美国团队1995年发(fa)明的碳(tan)化硅衬底路线，在2003年获得美国总统技术奖。
碳(tan)化硅在材料属性上是(shi)导(dao)电(dian)的半导(dao)体(ti)，可以做垂直结构，发(fa)光质量好，导(dao)热(re)性能也要比蓝宝石高10倍以上，改进了蓝宝石衬底技术的散(san)热(re)问题和晶体(ti)质量。
不过，碳(tan)化硅路线的硬伤是(shi)昂贵，被称为“贵族技术”，一则蓝宝石衬底路线具有先(xian)发(fa)优势，二(er)则全球半导(dao)体(ti)产业过去20年向(xiang)东亚(ya)集中，碳(tan)化硅路线难以靠低端产品上规模(mo)来降本。
南昌大(da)学的江风益教授团队走通(tong)了第三(san)条路：硅衬底，也因此获得中国国家技术发(fa)明奖一等奖。
硅作为衬底材料的先(xian)天(tian)优势很突出，兼具蓝宝石和碳(tan)化硅的优点，但要在硅衬底上制备高光效(xiao)LED芯片却(que)一直是(shi)个世界级难题。
因为硅和氮化镓材料存在严重的热(re)失配和晶格失配，各国研究者穷尽(jin)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(ji)走通(tong)之后，硅衬底这一技术路线一度被业界宣判“死(si)刑”。
不过，在中国这个LED制造大(da)国，产业从根源上依(yi)赖日本或美国的路线，风险(xian)可想而知，国内有很多企业多年来采用蓝宝石路线，其中布满(man)了国外巨头精心埋下的专利“地(di)雷”，这一方面阻碍了中国LED产品和企业进入国际市场，另一方面，这些(xie)“地(di)雷”即使不爆，也是(shi)一把达摩(mo)克利斯之剑，一直悬(xuan)在头上。
江风益教授团队要排除的，就是(shi)这些(xie)地(di)雷，在他的理解(jie)中，科研的目(mu)标跟产业化是(shi)统一的，总共需(xu)要完成“0到1”“1到N”和“N到0”三(san)个步骤，先(xian)要解(jie)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，最后把N个产品归0，全部卖出去。
这种“以终(zhong)为始”的思维，在企业界或许是(shi)常(chang)识(shi)，在高校里，还真是(shi)比较宝贵。
2003年起，江风益教授在南昌大(da)学的半导(dao)体(ti)发(fa)光材料实(shi)验室里支起一张床，前前后后经历3000多次实(shi)验，终(zhong)于在硅衬底上长出氮化镓发(fa)光薄膜。
2005年实(shi)验室出样品，2006年创办晶能光电(dian)，2007年建工厂，2008年小批量试生产，2009年显示用小功率LED芯片量产；
2011年，美国麻省(sheng)理工《科技创业》杂志评选“全球最具创新(xin)力企业50强”，晶能光电(dian)与Apple、IBM一同上榜；
2012年，大(da)功率LED芯片量产被国际半导(dao)体(ti)照明联盟（ISA）评为“2012年度新(xin)闻事(shi)件”；
一连串里程碑(bei)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石路线的茬(cha)，一是(shi)要面临相关企业转向(xiang)硅衬底路线的风险(xian)，第二(er)个是(shi)他们自己也要掂(dian)量掂(dian)量，可能免(mian)不了以后也要用硅衬底路线做产品。比照中国通(tong)信(xin)行业，用5G时(shi)代的技术专利增量，破解(jie)了过去2G、3G时(shi)代国外的存量专利壁(bi)垒，差不多的意思。
插(cha)曲还真有，2016年，国外某知名公(gong)司高管带着律师函上门，声称我们侵犯知识(shi)产权，经过详细的技术探讨，对方只好礼貌地(di)表示，欢迎良性竞争，兴师问罪变(bian)成一场茶(cha)杯里的风暴。
最终(zhong)的扬眉吐气，每一步都来之不易。尤其是(shi)产业化过程，有着与实(shi)验室里不一样的艰难。
江风益和团队创办的晶能光电(dian)，一开(kai)始只是(shi)想在产业长链中专注于上游LED芯片的生产，他们想当然地(di)觉得，拥有了源头上的硬科技，又没有知识(shi)产权方面的风险(xian)，中下游的封装(zhuang)、照明应用企业自然会趋之若鹜，找上门来求(qiu)合作。
现实(shi)情况却(que)是(shi)，中下游企业不买单。
当时(shi)，中游封装(zhuang)企业基(ji)本采用主流蓝宝石衬底芯片，设备也是(shi)根据蓝宝石衬底芯片特点设计，大(da)家好端端在赚钱，也没有谁(shui)来制裁我们，你突然上门，叫(jiao)我们更改技术路线，不就意味(wei)着新(xin)的成本和风险(xian)。好不容易说服一些(xie)封装(zhuang)企业试水，受工艺(yi)条件不同带来的限制，一时(shi)也很难将硅衬底芯片的优势发(fa)挥出来。
下游照明应用企业呢(ne)？一样的，使用成熟的蓝宝石衬底已经跑通(tong)，改弦更张的话，一方面要担心得罪老(lao)的合作伙伴，另一方面，晶能的硅衬底芯片产能还要爬坡，货源还不稳(wen)定，一旦(dan)出问题，两头不落好。
今天(tian)，江西已经初步形成了一条光电(dian)产业上中下游的垂直产业链，看似是(shi)未雨(yu)绸缪(jiu)，推动(dong)产业链补链延链走在了前面，实(shi)际上，都是(shi)被逼(bi)出来的。
产业中游，晶能是(shi)自己搞了一条陶瓷封装(zhuang)线做灯泡(pao)。
下游厂商还不配合怎么办？就从最小的切入点开(kai)始撬动(dong)，联合创始人王敏亲自带着销售团队进驻“手电(dian)筒之乡”，浙(zhe)江宁波的西店镇，挨个拜访(fang)客户(hu)，为了展示硅衬底路线光源效(xiao)率高、方向(xiang)性好的特点，还做了一个能照2公(gong)里的超大(da)手电(dian)筒，这才慢慢吸(xi)引到合作者。
起步阶段，除了手电(dian)筒，还有开(kai)头说的路灯，晶能光电(dian)的照明应用部门独(du)立出来，成为央(yang)企中国节能的子公(gong)司晶和科技，逐渐摸索出一套以G端客户(hu)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(xin)设备相比原先(xian)能够(gou)省(sheng)下多少钱，这部分钱就归公(gong)司做利润，或者跟政府按一定比例(li)分成。
这种模(mo)式硬桥硬马(ma)，最适合真正技术过硬，设备长期可靠的企业，目(mu)前，中节能晶和科技是(shi)全国最大(da)的道路照明合同能源管理服务商，累计投运(yun)管理项目(mu)60多个，管理灯具总数超过65万盏，投运(yun)项目(mu)全运(yun)营期可实(shi)现节电(dian)约21亿度以上。
这个市场总量有多大(da)呢(ne)？
根据住建部统计，中国城市道路照明灯数量在2017年是(shi)2593万盏，2021年增加到3234万盏，市场总体(ti)规模(mo)在5500亿。
其中，大(da)约2/3使用的是(shi)传统的高压钠灯，按照2022年住建部和发(fa)改委出台(tai)的《城乡建设领域(yu)碳(tan)达峰实(shi)施方案》，到2030年LED灯的使用占比要超过80%，粗算一下，城市LED灯替换传统钠灯市场需(xu)求(qiu)预计在1000万盏以上，这还不算县域(yu)和新(xin)农村建设的增量需(xu)求(qiu)。
所以，单靠晶和科技一家是(shi)吃不过来的，现在，已经有更多其他企业来找晶和科技技术合作，产业生态也逐渐走上正轨。
所以说，硅衬底这条路线最终(zhong)走通(tong)，起点是(shi)江风益教授团队在实(shi)验室中的努力，过程离不开(kai)晶能光电(dian)自己找市场、自建产业链的决心和努力，所以，国家技术发(fa)明奖一等奖的获得者其实(shi)有三(san)方，分别是(shi)南昌大(da)学江风益团队作为基(ji)础研究者；晶能光电(dian)（江西）作为产业中游；中节能晶和照明作为产业下游，三(san)家联合获奖。
江风益（中）在国家科学技术奖励大(da)会上 图源：南昌大(da)学官网
国家863专家组当时(shi)这样评价：这一技术改变(bian)了日本公(gong)司垄断蓝宝石衬底和美国公(gong)司垄断碳(tan)化硅衬底半导(dao)体(ti)照明技术的局面，形成了蓝宝石、碳(tan)化硅、硅基(ji)半导(dao)体(ti)照明技术方案“三(san)足鼎立”的局面。
这一整棵(ke)科技树的枝叶，当然不止手电(dian)筒和路灯。
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，因为硅衬底路线打通(tong)，同样性能的灯珠，降到5毛(mao)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。
前面提到过一个能照2公(gong)里的手电(dian)筒，这是(shi)因为相比蓝宝石衬底技术，硅衬底产品的电(dian)流分布均匀、扩散(san)快，单面出光，方向(xiang)性好，光品质好，所以特别适合汽车大(da)灯、探照灯、矿灯等等对光品质要求(qiu)比较高的高端照明。
附加值更高的领域(yu)是(shi)LED显示，中日韩之间(jian)长达20多年的显示面板博弈，现在已经渐渐来到收官阶段，三(san)星(xing)虽(sui)然仍是(shi)老(lao)大(da)，但已经退出传统LED面板而专攻OLED，这是(shi)另一个大(da)的话题，我们有机会可以再详细讲，今天(tian)先(xian)提一嘴。
OLED在智能手机上已经是(shi)主流，它采用有机自发(fa)光材料，轻薄、柔性、响应快、对比度高，但是(shi)更加昂贵，寿命(ming)也短。OLED现阶段的主要对手，就是(shi)Mini LED和Micro LED，前者在实(shi)现较高性能的前提下，更便宜；后者则被称为“终(zhong)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(chang)昂贵。
最近苹果Micro LED智能手表项目(mu)搁(ge)浅，Vision Pro使用的也是(shi)Micro OLED，好像是(shi)要放弃Micro LED路线。
不过，用在AR上面，Micro LED实(shi)际上非常(chang)有优势，三(san)星(xing)和LG也都力挺(ting)Micro LED，在智能手表、大(da)尺寸电(dian)视和透明电(dian)视上都给出参考方案，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(qiu)端，苹果早已不是(shi)一家独(du)大(da)，市场格局最终(zhong)怎样，最终(zhong)还得问过华为、小米、oppo、vivo，乃至比亚(ya)迪吉利蔚小理等等新(xin)能源车企业。
技术上来看，不管是(shi)做Mini LED还是(shi)Micro LED，硅衬底路线都有很明显的优势，包(bao)括成本、尺寸、波长一致性、无损去除、低翘(qiao)曲和CMOS兼容性等等。
从目(mu)前的时(shi)间(jian)节点来看，Micro LED大(da)规模(mo)量产的时(shi)间(jian)可能要到2028年之后，在此期间(jian)，还会有非常(chang)多的技术碰撞，南昌大(da)学、中科院长春光机所，以及晶能光电(dian)、京(jing)东方、乾(qian)照光电(dian)等一大(da)批产业链上下游企业，正在日夜兼程，为抢占先(xian)机而努力奋斗。
最后再多唠几句(ju)，人们常(chang)常(chang)高估未来2年内的变(bian)化，而低估未来10年会发(fa)生的变(bian)革，这是(shi)我们科工力量常(chang)常(chang)喜欢提的一句(ju)话，今天(tian)的故事(shi)，又是(shi)一个好的注脚，江风益教授开(kai)始从事(shi)光电(dian)研究，其实(shi)是(shi)在上世纪90年代，到现在已经30多年，硅衬底这条路的科技树和产业链，可以说只是(shi)刚刚开(kai)始成熟，远没有释放出所有潜力。
而且，江教授也不是(shi)从零开(kai)始，他之前，还有陈良惠院士等等前人的肩膀，所以，我们今天(tian)提新(xin)质生产力，科工力量理解(jie)的新(xin)质生产力，是(shi)一个从量变(bian)到质变(bian)的长期过程，作为媒(mei)体(ti)，我们呼吁资本、产业、舆论和社会各方的更多耐(nai)心和长期关注，拜托大(da)家！
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