【文/觀察者網(wǎng)專欄作者 科工力量】

這是一個(gè)1.42瓦的LED燈珠，單價(jià)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(jià)格500元左右，照明效果跟額定250W的高壓鈉燈相當(dāng)，按一晚上平均亮燈11小時(shí)計(jì)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L(zhǎng)ED燈，運(yùn)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(shí)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(shí)現(xiàn)單燈控制和后臺(tái)監(jiān)控，運(yùn)營(yíng)和維護(hù)成本更低。

如果按10年周期算，換成LED燈省下的電費(fèi)，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(diǎn)都不夸張。

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

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

日本團(tuán)隊(duì)1993年發(fā)明藍(lán)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(chǎng)上的主流，我們今天用的LED燈、LED電視和顯示屏、手機(jī)的LED屏幕等等，大都是從這條根上長(zhǎng)出來的。

日本科學(xué)家中村修二、赤崎勇領(lǐng)銜的團(tuán)隊(duì)，因此獲得了2014年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，還有日本國(guó)內(nèi)的天皇文化勛章。

不過，這條路線并不完美，首先，藍(lán)寶石是絕緣體，硬度高，難以薄化、切割和剝離，導(dǎo)熱性能也比較差，這些娘胎里帶出來的特點(diǎn)，導(dǎo)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(lán)寶石襯底制作大功率LED，局限性很大。

美國(guó)團(tuán)隊(duì)1995年發(fā)明的碳化硅襯底路線，在2003年獲得美國(guó)總統(tǒng)技術(shù)獎(jiǎng)。

碳化硅在材料屬性上是導(dǎo)電的半導(dǎo)體，可以做垂直結(jié)構(gòu)，發(fā)光質(zhì)量好，導(dǎo)熱性能也要比藍(lán)寶石高10倍以上，改進(jìn)了藍(lán)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(lán)寶石襯底路線具有先發(fā)優(yōu)勢(shì)，二則全球半導(dǎo)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(xué)的江風(fēng)益教授團(tuán)隊(duì)走通了第三條路：硅襯底，也因此獲得中國(guó)國(guó)家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。

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

因?yàn)楣韬偷壊牧洗嬖趪?yán)重的熱失配和晶格失配，各國(guó)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(diǎn)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(guó)這個(gè)LED制造大國(guó)，產(chǎn)業(yè)從根源上依賴日本或美國(guó)的路線，風(fēng)險(xiǎn)可想而知，國(guó)內(nèi)有很多企業(yè)多年來采用藍(lán)寶石路線，其中布滿了國(guó)外巨頭精心埋下的專利“地雷”，這一方面阻礙了中國(guó)LED產(chǎn)品和企業(yè)進(jìn)入國(guó)際市場(chǎng)，另一方面，這些“地雷”即使不爆，也是一把達(dá)摩克利斯之劍，一直懸在頭上。

江風(fēng)益教授團(tuán)隊(duì)要排除的，就是這些地雷，在他的理解中，科研的目標(biāo)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(gè)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(gè)合格產(chǎn)品，最后把N個(gè)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(shí)，在高校里，還真是比較寶貴。

2003年起，江風(fēng)益教授在南昌大學(xué)的半導(dǎo)體發(fā)光材料實(shí)驗(yàn)室里支起一張床，前前后后經(jīng)歷3000多次實(shí)驗(yàn)，終于在硅襯底上長(zhǎng)出氮化鎵發(fā)光薄膜。

2005年實(shí)驗(yàn)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(guó)麻省理工《科技創(chuàng)業(yè)》雜志評(píng)選“全球最具創(chuàng)新力企業(yè)50強(qiáng)”，晶能光電與Apple、IBM一同上榜；

2012年，大功率LED芯片量產(chǎn)被國(guó)際半導(dǎo)體照明聯(lián)盟（ISA）評(píng)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(gè)行業(yè)的專利風(fēng)險(xiǎn)就減輕了，如果國(guó)外巨頭還要上門來找藍(lán)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(fēng)險(xiǎn)，第二個(gè)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(guó)通信行業(yè)，用5G時(shí)代的技術(shù)專利增量，破解了過去2G、3G時(shí)代國(guó)外的存量專利壁壘，差不多的意思。

插曲還真有，2016年，國(guó)外某知名公司高管帶著律師函上門，聲稱我們侵犯知識(shí)產(chǎn)權(quán)，經(jīng)過詳細(xì)的技術(shù)探討，對(duì)方只好禮貌地表示，歡迎良性競(jìng)爭(zhēng)，興師問罪變成一場(chǎng)茶杯里的風(fēng)暴。

最終的揚(yáng)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(shí)驗(yàn)室里不一樣的艱難。

江風(fēng)益和團(tuán)隊(duì)創(chuàng)辦的晶能光電，一開始只是想在產(chǎn)業(yè)長(zhǎng)鏈中專注于上游LED芯片的生產(chǎn)，他們想當(dāng)然地覺得，擁有了源頭上的硬科技，又沒有知識(shí)產(chǎn)權(quán)方面的風(fēng)險(xiǎn)，中下游的封裝、照明應(yīng)用企業(yè)自然會(huì)趨之若鶩，找上門來求合作。

現(xiàn)實(shí)情況卻是，中下游企業(yè)不買單。