【文/观察者网专栏作(zuo)者 科工力量】
这是一个1.42瓦的LED灯珠，单价1块5左右。
64颗(ke)这样的灯珠组合到一起，可(ke)以做成一盏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(dang)，按一晚上平均亮灯11小时计算，每天用电从3度减少到1度左右。如果是主路(lu)，原先要用额定400瓦的高压钠灯，现在可(ke)以用150瓦的LED灯替换(huan)，一晚上，要省3度电左右。
LED路(lu)灯 图源：搜狐科技
2018年，银川将350多条道路(lu)的4.5万盏高压钠灯替换(huan)为LED灯，运行至今已经6年，每年节约用电4840万度。
除此之外，高压钠灯只有1~2年使用寿(shou)命，LED的使用寿(shou)命一般在5万小时以上，基本可(ke)以用10多年。还有，LED灯的本质就是一组光电芯片，天生更容(rong)易与数字技术结合，更容(rong)易实现单灯控(kong)制和后(hou)台监控(kong)，运营和维护成本更低。
如果按10年周期算，换(huan)成LED灯省下的电费，扣(kou)除掉替换(huan)设备的成本后(hou)，一般可(ke)以有大量盈(ying)余。
我手里拿的这颗(ke)小小的氮化(hua)镓基灯珠，说它是凝聚了人类顶尖智慧的科技，一点都不夸张。
要制作(zuo)出这样一颗(ke)灯珠，需要在衬底上生长出氮化(hua)镓发光薄膜，整个过程过于(yu)硬核，我们以后(hou)有机会再说。
单说衬底这个环节，目前(qian)只有三条技术路(lu)线，分属日本、美国、中国，都得到了各(ge)自国家(jia)的最高荣誉。
日本团队1993年发明蓝宝石衬底路(lu)线，随后(hou)20年，基于(yu)这条路(lu)线的LED技术和产业发展迅猛，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、手机的LED屏幕等等，大都是从这条根上长出来的。
日本科学家(jia)中村修二、赤(chi)崎勇(yong)领衔的团队，因此获得了2014年诺贝尔物理学奖，还有日本国内(nei)的天皇文化(hua)勋章。
不过，这条路(lu)线并不完美，首先，蓝宝石是绝缘(yuan)体，硬度高，难(nan)以薄化(hua)、切割(ge)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(zhi)它无法制成垂直结构的器件，影响发光质量和效率，所以，用蓝宝石衬底制作(zuo)大功率LED，局(ju)限性很大。
美国团队1995年发明的碳化(hua)硅衬底路(lu)线，在2003年获得美国总统(tong)技术奖。
碳化(hua)硅在材料属性上是导电的半(ban)导体，可(ke)以做垂直结构，发光质量好，导热性能也要比(bi)蓝宝石高10倍以上，改进了蓝宝石衬底技术的散热问题和晶体质量。
不过，碳化(hua)硅路(lu)线的硬伤是昂贵，被称为“贵族(zu)技术”，一则蓝宝石衬底路(lu)线具(ju)有先发优势，二则全球半(ban)导体产业过去20年向东亚集中，碳化(hua)硅路(lu)线难(nan)以靠(kao)低端产品上规模来降本。
南昌大学的江风益教授(shou)团队走通了第三条路(lu)：硅衬底，也因此获得中国国家(jia)技术发明奖一等奖。
硅作(zuo)为衬底材料的先天优势很突出，兼具(ju)蓝宝石和碳化(hua)硅的优点，但要在硅衬底上制备高光效LED芯片却(que)一直是个世界级难(nan)题。
因为硅和氮化(hua)镓材料存在严重的热失配和晶格失配，各(ge)国研(yan)究者穷(qiong)尽40余年钻研(yan)，迟迟没有找到攻克关键技术难(nan)点的理想方法，尤其在前(qian)两条路(lu)线相继走通之后(hou)，硅衬底这一技术路(lu)线一度被业界宣判(pan)“死刑”。
不过，在中国这个LED制造大国，产业从根源上依赖日本或美国的路(lu)线，风险可(ke)想而知，国内(nei)有很多企业多年来采用蓝宝石路(lu)线，其中布满了国外巨头精心埋下的专利“地雷”，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“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(shou)团队要排除的，就是这些地雷，在他的理解中，科研(yan)的目标跟产业化(hua)是统(tong)一的，总共(gong)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，然后(hou)再把成果转化(hua)为N个合格产品，最后(hou)把N个产品归0，全部(bu)卖出去。
这种“以终为始”的思维，在企业界或许是常识，在高校(xiao)里，还真是比(bi)较宝贵。
2003年起，江风益教授(shou)在南昌大学的半(ban)导体发光材料实验室里支(zhi)起一张床，前(qian)前(qian)后(hou)后(hou)经历3000多次实验，终于(yu)在硅衬底上长出氮化(hua)镓发光薄膜。
2005年实验室出样品，2006年创办晶能光电，2007年建(jian)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，美国麻省理工《科技创业》杂志评选“全球最具(ju)创新力企业50强(qiang)”，晶能光电与Apple、IBM一同上榜；
2012年，大功率LED芯片量产被国际半(ban)导体照明联盟（ISA）评为“2012年度新闻事件”；
一连串里程碑之后(hou)，我们有了从源头上完全自主可(ke)控(kong)的技术，整个行业的专利风险就减轻了，如果国外巨头还要上门来找蓝宝石路(lu)线的茬，一是要面临相关企业转向硅衬底路(lu)线的风险，第二个是他们自己也要掂量掂量，可(ke)能免不了以后(hou)也要用硅衬底路(lu)线做产品。比(bi)照中国通信(xin)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(zhe)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(biao)示，欢迎良性竞争，兴师问罪变成一场茶杯里的风暴。
最终的扬(yang)眉吐气，每一步都来之不易。尤其是产业化(hua)过程，有着(zhe)与实验室里不一样的艰难(nan)。
江风益和团队创办的晶能光电，一开始只是想在产业长链中专注(zhu)于(yu)上游LED芯片的生产，他们想当(dang)然地觉得，拥有了源头上的硬科技，又没有知识产权方面的风险，中下游的封装、照明应用企业自然会趋之若(ruo)鹜，找上门来求合作(zuo)。
现实情况却(que)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石衬底芯片，设备也是根据(ju)蓝宝石衬底芯片特点设计，大家(jia)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(lu)线，不就意味着(zhe)新的成本和风险。好不容(rong)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(nan)将硅衬底芯片的优势发挥出来。
下游照明应用企业呢(ne)？一样的，使用成熟(shu)的蓝宝石衬底已经跑通，改弦更张的话，一方面要担心得罪老的合作(zuo)伙伴，另一方面，晶能的硅衬底芯片产能还要爬坡，货源还不稳定，一旦出问题，两头不落好。
今天，江西已经初(chu)步形成了一条光电产业上中下游的垂直产业链，看似是未雨绸缪，推动产业链补链延链走在了前(qian)面，实际上，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灯泡。
下游厂商还不配合怎么办？就从最小的切入点开始撬动，联合创始人王敏亲自带着(zhe)销(xiao)售团队进驻“手电筒之乡”，浙江宁波的西店镇，挨个拜访客户，为了展示硅衬底路(lu)线光源效率高、方向性好的特点，还做了一个能照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(bu)门独立出来，成为央企中国节能的子公司晶和科技，逐渐摸(mo)索(suo)出一套以G端客户为主的合同能源管理业务模式。
在这种模式下，按一个长周期算，换(huan)新设备相比(bi)原先能够省下多少钱，这部(bu)分钱就归公司做利润，或者跟政府按一定比(bi)例(li)分成。
这种模式硬桥硬马，最适合真正技术过硬，设备长期可(ke)靠(kao)的企业，目前(qian)，中节能晶和科技是全国最大的道路(lu)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(ju)总数超过65万盏，投运项目全运营期可(ke)实现节电约21亿度以上。
这个市场总量有多大呢(ne)？
根据(ju)住建(jian)部(bu)统(tong)计，中国城市道路(lu)照明灯数量在2017年是2593万盏，2021年增加到3234万盏，市场总体规模在5500亿。
其中，大约2/3使用的是传统(tong)的高压钠灯，按照2022年住建(jian)部(bu)和发改委出台的《城乡建(jian)设领域碳达峰实施(shi)方案》，到2030年LED灯的使用占比(bi)要超过80%，粗算一下，城市LED灯替换(huan)传统(tong)钠灯市场需求预(yu)计在1000万盏以上，这还不算县(xian)域和新农村建(jian)设的增量需求。
所以，单靠(kao)晶和科技一家(jia)是吃不过来的，现在，已经有更多其他企业来找晶和科技技术合作(zuo)，产业生态也逐渐走上正轨(gui)。
所以说，硅衬底这条路(lu)线最终走通，起点是江风益教授(shou)团队在实验室中的努力，过程离不开晶能光电自己找市场、自建(jian)产业链的决心和努力，所以，国家(jia)技术发明奖一等奖的获得者其实有三方，分别(bie)是南昌大学江风益团队作(zuo)为基础研(yan)究者；晶能光电（江西）作(zuo)为产业中游；中节能晶和照明作(zuo)为产业下游，三家(jia)联合获奖。
江风益（中）在国家(jia)科学技术奖励大会上 图源：南昌大学官网
国家(jia)863专家(jia)组当(dang)时这样评价：这一技术改变了日本公司垄断蓝宝石衬底和美国公司垄断碳化(hua)硅衬底半(ban)导体照明技术的局(ju)面，形成了蓝宝石、碳化(hua)硅、硅基半(ban)导体照明技术方案“三足(zu)鼎立”的局(ju)面。
这一整棵科技树的枝叶，当(dang)然不止手电筒和路(lu)灯。
十几年前(qian)，高端智能手机闪光灯的LED灯珠，要卖到3美元一颗(ke)，因为硅衬底路(lu)线打通，同样性能的灯珠，降到5毛(mao)钱人民币(bi)一颗(ke)，现在全球每3部(bu)手机，就有一部(bu)使用硅衬底技术的闪光灯。
前(qian)面提到过一个能照2公里的手电筒，这是因为相比(bi)蓝宝石衬底技术，硅衬底产品的电流分布均匀、扩散快，单面出光，方向性好，光品质好，所以特别(bie)适合汽(qi)车大灯、探照灯、矿(kuang)灯等等对光品质要求比(bi)较高的高端照明。
附加值(zhi)更高的领域是LED显示，中日韩之间长达20多年的显示面板博弈，现在已经渐渐来到收官阶段，三星虽然仍是老大，但已经退(tui)出传统(tong)LED面板而专攻OLED，这是另一个大的话题，我们有机会可(ke)以再详细讲，今天先提一嘴。
OLED在智能手机上已经是主流，它采用有机自发光材料，轻薄、柔性、响应快、对比(bi)度高，但是更加昂贵，寿(shou)命也短(duan)。OLED现阶段的主要对手，就是Mini LED和Micro LED，前(qian)者在实现较高性能的前(qian)提下，更便宜；后(hou)者则被称为“终极技术”，几乎具(ju)有OLED的所有优点，克服OLED的所有缺(que)点，但现在技术上还不成熟(shu)，非常昂贵。
最近苹果Micro LED智能手表(biao)项目搁浅，Vision Pro使用的也是Micro OLED，好像是要放弃Micro LED路(lu)线。
不过，用在AR上面，Micro LED实际上非常有优势，三星和LG也都力挺Micro LED，在智能手表(biao)、大尺寸电视和透明电视上都给出参(can)考方案，汽(qi)车厂商也对Micro LED的矩阵车灯、车载HUD有很大的期待。
需求端，苹果早已不是一家(jia)独大，市场格局(ju)最终怎样，最终还得问过华为、小米、oppo、vivo，乃至比(bi)亚迪吉利蔚小理等等新能源车企业。
技术上来看，不管是做Mini LED还是Micro LED，硅衬底路(lu)线都有很明显的优势，包括成本、尺寸、波长一致(zhi)性、无损去除、低翘曲和CMOS兼容(rong)性等等。
从目前(qian)的时间节点来看，Micro LED大规模量产的时间可(ke)能要到2028年之后(hou)，在此期间，还会有非常多的技术碰撞，南昌大学、中科院(yuan)长春光机所，以及晶能光电、京东方、乾照光电等一大批产业链上下游企业，正在日夜(ye)兼程，为抢占先机而努力奋斗。
最后(hou)再多唠几句，人们常常高估未来2年内(nei)的变化(hua)，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(zhu)脚，江风益教授(shou)开始从事光电研(yan)究，其实是在上世纪90年代，到现在已经30多年，硅衬底这条路(lu)的科技树和产业链，可(ke)以说只是刚刚开始成熟(shu)，远没有释放出所有潜力。
而且，江教授(shou)也不是从零(ling)开始，他之前(qian)，还有陈良惠院(yuan)士等等前(qian)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期过程，作(zuo)为媒体，我们呼吁资(zi)本、产业、舆论和社(she)会各(ge)方的更多耐心和长期关注(zhu)，拜托大家(jia)！
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