【文/观察者网专栏作者 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，照明效果跟额定250W的高压钠灯相当，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，原先要用额定400瓦的高压钠灯，现在可以用150瓦的LED灯替换，一晚上，要省3度电左右。

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年使用寿命，LED的使用寿命一般在5万小时以上，基本可以用10多年。还有，LED灯的本质就是一组光电芯片，天生更容易与数字技术结合，更容易实现单灯控制和后台监控，运营和维护成本更低。

如果按10年周期算，换成LED灯省下的电费，扣除掉替换设备的成本后，一般可以有大量盈余。

我手里拿的这颗小小的氮化镓基灯珠，说它是凝聚了人类顶尖智慧的科技，一点都不夸张。

要制作出这样一颗灯珠，需要在衬底上生长出氮化镓发光薄膜，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，目前只有三条技术路线，分属日本、美国、中国，都得到了各自国家的最高荣誉。

日本团队1993年发明蓝宝石衬底路线，随后20年，基于这条路线的LED技术和产业发展迅猛，成为目前市场上的主流，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。

日本科学家中村修二、赤崎勇领衔的团队，因此获得了2014年诺贝尔物理学奖，还有日本国内的天皇文化勋章。

不过，这条路线并不完美，首先，蓝宝石是绝缘体，硬度高，难以薄化、切割和剥离，导热性能也比较差，这些娘胎里带出来的特点，导致它无法制成垂直结构的器件，影响发光质量和效率，所以，用蓝宝石衬底制作大功率LED，局限性很大。

美国团队1995年发明的碳化硅衬底路线，在2003年获得美国总统技术奖。

碳化硅在材料属性上是导电的半导体，可以做垂直结构，发光质量好，导热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热问题和晶体质量。

不过，碳化硅路线的硬伤是昂贵，被称为“贵族技术”，一则蓝宝石衬底路线具有先发优势，二则全球半导体产业过去20年向东亚集中，碳化硅路线难以靠低端产品上规模来降本。

南昌大学的江风益教授团队走通了第三条路：硅衬底，也因此获得中国国家技术发明奖一等奖。

硅作为衬底材料的先天优势很突出，兼具蓝宝石和碳化硅的优点，但要在硅衬底上制备高光效LED芯片却一直是个世界级难题。

因为硅和氮化镓材料存在严重的热失配和晶格失配，各国研究者穷尽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制造大国，产业从根源上依赖日本或美国的路线，风险可想而知，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。

江风益教授团队要排除的，就是这些地雷，在他的理解中，科研的目标跟产业化是统一的，总共需要完成“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“以终为始”的思维，在企业界或许是常识，在高校里，还真是比较宝贵。

2003年起，江风益教授在南昌大学的半导体发光材料实验室里支起一张床，前前后后经历3000多次实验，终于在硅衬底上长出氮化镓发光薄膜。

2005年实验室出样品，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“全球最具创新力企业50强”，晶能光电与Apple、IBM一同上榜；

2012年，大功率LED芯片量产被国际半导体照明联盟（ISA）评为“2012年度新闻事件”；

一连串里程碑之后，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就减轻了，如果国外巨头还要上门来找蓝宝石路线的茬，一是要面临相关企业转向硅衬底路线的风险，第二个是他们自己也要掂量掂量，可能免不了以后也要用硅衬底路线做产品。比照中国通信行业，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律师函上门，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，欢迎良性竞争，兴师问罪变成一场茶杯里的风暴。

最终的扬眉吐气，每一步都来之不易。尤其是产业化过程，有着与实验室里不一样的艰难。

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于上游LED芯片的生产，他们想当然地觉得，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鹜，找上门来求合作。

现实情况却是，中下游企业不买单。