【文/觀察者網(wǎng)專欄作者 科工力量】

這是一個1.42瓦的LED燈珠，單價1塊5左右。

64顆這樣的燈珠組合到一起，可以做成一盞100瓦的路燈，價格500元左右，照明效果跟額定250W的高壓鈉燈相當，按一晚上平均亮燈11小時計算，每天用電從3度減少到1度左右。如果是主路，原先要用額定400瓦的高壓鈉燈，現(xiàn)在可以用150瓦的LED燈替換，一晚上，要省3度電左右。

LED路燈  圖源：搜狐科技

2018年，銀川將350多條道路的4.5萬盞高壓鈉燈替換為LED燈，運行至今已經(jīng)6年，每年節(jié)約用電4840萬度。

除此之外，高壓鈉燈只有1~2年使用壽命，LED的使用壽命一般在5萬小時以上，基本可以用10多年。還有，LED燈的本質(zhì)就是一組光電芯片，天生更容易與數(shù)字技術(shù)結(jié)合，更容易實現(xiàn)單燈控制和后臺監(jiān)控，運營和維護成本更低。

如果按10年周期算，換成LED燈省下的電費，扣除掉替換設(shè)備的成本后，一般可以有大量盈余。

我手里拿的這顆小小的氮化鎵基燈珠，說它是凝聚了人類頂尖智慧的科技，一點都不夸張。

要制作出這樣一顆燈珠，需要在襯底上生長出氮化鎵發(fā)光薄膜，整個過程過于硬核，我們以后有機會再說。

單說襯底這個環(huán)節(jié)，目前只有三條技術(shù)路線，分屬日本、美國、中國，都得到了各自國家的最高榮譽。

日本團隊1993年發(fā)明藍寶石襯底路線，隨后20年，基于這條路線的LED技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，成為目前市場上的主流，我們今天用的LED燈、LED電視和顯示屏、手機的LED屏幕等等，大都是從這條根上長出來的。

日本科學家中村修二、赤崎勇領(lǐng)銜的團隊，因此獲得了2014年諾貝爾物理學獎，還有日本國內(nèi)的天皇文化勛章。

不過，這條路線并不完美，首先，藍寶石是絕緣體，硬度高，難以薄化、切割和剝離，導熱性能也比較差，這些娘胎里帶出來的特點，導致它無法制成垂直結(jié)構(gòu)的器件，影響發(fā)光質(zhì)量和效率，所以，用藍寶石襯底制作大功率LED，局限性很大。

美國團隊1995年發(fā)明的碳化硅襯底路線，在2003年獲得美國總統(tǒng)技術(shù)獎。

碳化硅在材料屬性上是導電的半導體，可以做垂直結(jié)構(gòu)，發(fā)光質(zhì)量好，導熱性能也要比藍寶石高10倍以上，改進了藍寶石襯底技術(shù)的散熱問題和晶體質(zhì)量。

不過，碳化硅路線的硬傷是昂貴，被稱為“貴族技術(shù)”，一則藍寶石襯底路線具有先發(fā)優(yōu)勢，二則全球半導體產(chǎn)業(yè)過去20年向東亞集中，碳化硅路線難以靠低端產(chǎn)品上規(guī)模來降本。

南昌大學的江風益教授團隊走通了第三條路：硅襯底，也因此獲得中國國家技術(shù)發(fā)明獎一等獎。

硅作為襯底材料的先天優(yōu)勢很突出，兼具藍寶石和碳化硅的優(yōu)點，但要在硅襯底上制備高光效LED芯片卻一直是個世界級難題。

因為硅和氮化鎵材料存在嚴重的熱失配和晶格失配，各國研究者窮盡40余年鉆研，遲遲沒有找到攻克關(guān)鍵技術(shù)難點的理想方法，尤其在前兩條路線相繼走通之后，硅襯底這一技術(shù)路線一度被業(yè)界宣判“死刑”。

不過，在中國這個LED制造大國，產(chǎn)業(yè)從根源上依賴日本或美國的路線，風險可想而知，國內(nèi)有很多企業(yè)多年來采用藍寶石路線，其中布滿了國外巨頭精心埋下的專利“地雷”，這一方面阻礙了中國LED產(chǎn)品和企業(yè)進入國際市場，另一方面，這些“地雷”即使不爆，也是一把達摩克利斯之劍，一直懸在頭上。

江風益教授團隊要排除的，就是這些地雷，在他的理解中，科研的目標跟產(chǎn)業(yè)化是統(tǒng)一的，總共需要完成“0到1”“1到N”和“N到0”三個步驟，先要解決科技成果有沒有的問題，然后再把成果轉(zhuǎn)化為N個合格產(chǎn)品，最后把N個產(chǎn)品歸0，全部賣出去。

這種“以終為始”的思維，在企業(yè)界或許是常識，在高校里，還真是比較寶貴。

2003年起，江風益教授在南昌大學的半導體發(fā)光材料實驗室里支起一張床，前前后后經(jīng)歷3000多次實驗，終于在硅襯底上長出氮化鎵發(fā)光薄膜。

2005年實驗室出樣品，2006年創(chuàng)辦晶能光電，2007年建工廠，2008年小批量試生產(chǎn)，2009年顯示用小功率LED芯片量產(chǎn)；

2011年，美國麻省理工《科技創(chuàng)業(yè)》雜志評選“全球最具創(chuàng)新力企業(yè)50強”，晶能光電與Apple、IBM一同上榜；

2012年，大功率LED芯片量產(chǎn)被國際半導體照明聯(lián)盟（ISA）評為“2012年度新聞事件”；

一連串里程碑之后，我們有了從源頭上完全自主可控的技術(shù)，整個行業(yè)的專利風險就減輕了，如果國外巨頭還要上門來找藍寶石路線的茬，一是要面臨相關(guān)企業(yè)轉(zhuǎn)向硅襯底路線的風險，第二個是他們自己也要掂量掂量，可能免不了以后也要用硅襯底路線做產(chǎn)品。比照中國通信行業(yè)，用5G時代的技術(shù)專利增量，破解了過去2G、3G時代國外的存量專利壁壘，差不多的意思。

插曲還真有，2016年，國外某知名公司高管帶著律師函上門，聲稱我們侵犯知識產(chǎn)權(quán)，經(jīng)過詳細的技術(shù)探討，對方只好禮貌地表示，歡迎良性競爭，興師問罪變成一場茶杯里的風暴。

最終的揚眉吐氣，每一步都來之不易。尤其是產(chǎn)業(yè)化過程，有著與實驗室里不一樣的艱難。

江風益和團隊創(chuàng)辦的晶能光電，一開始只是想在產(chǎn)業(yè)長鏈中專注于上游LED芯片的生產(chǎn)，他們想當然地覺得，擁有了源頭上的硬科技，又沒有知識產(chǎn)權(quán)方面的風險，中下游的封裝、照明應用企業(yè)自然會趨之若鶩，找上門來求合作。

現(xiàn)實情況卻是，中下游企業(yè)不買單。