量子點材料為新型顯示產業(yè)發(fā)展提供更多可能

    量子點：諾貝爾化學獎獲獎材料

    2023年，諾貝爾化學獎授予了美國麻省理工學院教授蒙吉·G·巴文迪(Moungi G. Bawendi)、美國哥倫比亞大學教授路易斯·E·布魯斯(Louis E. Brus)和美國納米晶體科技公司科學家阿列克謝·伊基莫夫(Alexey I. Ekimov)，以表彰他們在量子點（Quantum Dots）的發(fā)現和合成方面做出的貢獻。

圖源：諾貝爾獎委員會官網

    量子點：改變傳統(tǒng)的材料設計思維

    量子點是一種納米級半導體發(fā)光材料，也被稱為“人造原子”，由于量子效應，在材料相同的情況下，不同尺寸會表現出獨特的性質，比如發(fā)出不同波長的光。即隨著尺寸的減小，最高價帶與最低導帶之間的能量差增大，從而導致量子點需要更多的能量激發(fā)，同時在當晶體返回基態(tài)時會釋放出更多的能量，導致發(fā)射光顏色從紅色變?yōu)樗{色。

圖源：諾貝爾獎委員會官網

    量子點的出現，可以說是材料學的一個里程碑，它改變了傳統(tǒng)的材料設計思維，在物質的組成和結構之外，還可以通過尺度去控制材料的特性。

    量子點材料：向低鎘化和無鎘化發(fā)展

    量子點可以由一系列半導體材料合成。目前，低鎘化和無鎘化是量子點未來主要發(fā)展趨勢。其中，低鎘技術主要為硒化鎘（CdSe）體系等，無鎘技術主要包括磷化銦（InP）體系以及鈣鈦礦（ABX3）體系。

    其中，Cd系量子點的技術日趨成熟，對其合成工藝的進一步簡化和完善，將有助于降低生產成本，但仍需破解Cd系藍光量子點器件效率和穩(wěn)定性問題。

    InP量子點的合成及其顯示技術，韓國三星已經走在世界前列。但當下的合成條件苛刻且昂貴，技術仍有卡點痛點，中國科學家仍有趕超三星的機會。

    鈣鈦礦量子點作為一種新型的量子點材料，具備缺陷容忍度高，制備簡單、成本低、易放大生產等特點，成為顯示領域基礎和應用研究備受青睞的新興材料。國內外在鈣鈦礦量子點方面的研究工作幾乎同時起步，有很大部分相關合成技術和知識產權集中在中國，部分研究處于領先水平。

    在顯示技術最常使用的材料中，CdSe和InP材料覆蓋最高內部量子效率水平（80-100％）的可見波長范圍。

圖片來源：見水印

    量子點材料應用及市場規(guī)模

    目前，基于量子點的多種物理效應，量子點材料在太陽能轉換、發(fā)光和顯示器件、光電探測、催化、分子和細胞標記以及超靈敏檢測等領域有許多獨特的優(yōu)勢。

圖源：Science 373, 640(2021)

    根據Mordor Intelligence預測，2023年，全球量子點材料市場為47.1億美元，到2028年預計為105.1億美元，年復合年增長率17.41%。

量子點材料：在顯示領域的應用

    顯示領域是量子點材料的主要應用之一。與傳統(tǒng)液晶顯示器（LCD）相比，量子點顯示材料能夠提供更寬的色域、更高的色彩精度和更高的亮度。主要是因為所制備納米晶體粒徑的高度可控性，在制造過程中可以通過調整量子點以發(fā)出期望的光的顏色，同時它們的發(fā)光光譜非常窄，使得其發(fā)光顏色異常純凈，使顯示屏幕可以呈現更鮮艷、更真實的顏色。量子點材料已成為世界各國在高色域、大面積顯示等領域競爭最激烈的新型材料之一。

    根據奧維睿沃（AVCRevo）數據，2023年上半年，我國量子點電視的零售量份額增長處于領先地位，成為顯示技術市場的主要推動力。據勢銀(TrendBank)統(tǒng)計，預計到2025年，全球量子點電視出貨量可達2000萬臺。

圖源：奧維睿沃（AVCRevo）

    量子點顯示技術依次經過量子點管、量子點膜（QLCF）、量子點擴散板（QDP）等技術迭代，可與LCD、OLED、Mini/Micro-LED等新型顯示技術結合，顯著提高色彩品質，簡化制造工藝，已成為顯示領域重要的前沿技術之一。

    2012年，側入式入光為顯示器的主流結構，通過將真空封裝了量子點材料的玻璃管嵌入藍光LED與導光板之間，形成量子點管技術。但由于玻璃管的力學強度差等問題，量子點管技術存在時間較短。

    2015年，3M公司與美國Nanosys公司推出量子點膜的技術方案。量子點膜一般都采用三明治結構——兩層水阻隔膜中間夾著量子點層。量子點層中含有紅色和綠色量子點，藍光激發(fā)產生紅光和綠光，與LED自身藍光復合形成白光。相較于量子點管方案，這種技術方案解決了量子點在光激發(fā)過程中的散熱問題，光轉換效率大幅提升30%，且由于使用膜片封裝的形式，量子點技術的應用場景大幅增加。然而量子點膜的成本較高，其成本構成中水氧阻隔膜占比約50%，成本優(yōu)化空間有限。

圖源：中科納通

圖源：星爍納米

    2016年，創(chuàng)億達有限公司與TCL合作開發(fā)了量子點擴散板，其原理是將量子點膜片與擴散板整合，開發(fā)出具有三層擠出結構的量子點擴散板。量子點擴散板通過量子點材料的合成優(yōu)化技術和自包裹技術，解決材料因水氧的氧化導致缺陷增加的問題，極大地提升了量子點材料的穩(wěn)定性。目前，量子點擴散板的性能不僅與量子點膜片相持平，并且成本更低，結構兼容性更好，已經在市場終端得到了廣泛的應用。

圖源：玻爾科技

    韓國三星公司報道了基于QD彩色濾光片（QDCF）技術的QD-OLED技術，該技術使用藍光OLED作為背光源，實現像素級控光，在此基礎上，將原來LCD中紅綠子像素的色阻材料替換成光致發(fā)光量子點材料，從而實現像素級控光與量子點技術的結合。與傳統(tǒng)濾色器的不同之處在于量子點的作用類似于有源元件，QDCF在轉換通過它的光，而不是阻擋光。

圖源：行家說

    在下一代顯示Mini/Micro LED中，目前很多業(yè)界企業(yè)或研究機構主要采用量子點做色轉換結構和工藝，以解決全彩化難題。這種技術方案只使用發(fā)光效率最高的藍光Mini/Micro LED作為光源，然后在藍光Mini/Micro LED上添加一層量子點轉光層，將部分藍光轉換為紅光和綠光，從而形成RGB全彩顯示，能夠顯著提高制造效率和紅綠光的發(fā)光效率。

圖源：NewDisplay Focus

    量子點應用限制

    當前，量子點膜和量子點擴散板已經成為主流LCD背光產品升級的關鍵材料和方案，全球眾多顯示領域公司，包括三星、Nanosys、納晶科技等均進行戰(zhàn)略布局，斥資數億美元開展QLED研發(fā)。QLED的技術難點主要來自于兩個方面：其一，藍色QLED存在穩(wěn)定性差的問題；其二，QLED封裝與后端集成工藝仍具有挑戰(zhàn)。也就是說，高效率穩(wěn)定藍色QLED的獲取以及QLED封裝與后端集成工藝，是整個量子點顯示產業(yè)鏈當下最大的問題所在。

    量子點產業(yè)鏈

    量子點顯示產業(yè)鏈的上游主要包括量子點材料、阻隔膜的供應商，中游則是量子點膜、量子點擴散板的生產企業(yè)，下游量子點電視是主要的應用領域。在量子點顯示產業(yè)鏈中，量子點材料是技術難度最高的環(huán)節(jié)之一，其價值量占據了量子點電視新增成本的約50%。

    量子點技術的核心專利主要集中在三星、Nanoco、Nanosys等國外公司，并在專利、價格和環(huán)保上設立了壁壘。在這種嚴峻的條件下，我國納晶科技、TCL等公司以及眾多研究機構奮起直追，其中TCL在量子點發(fā)光顯示領域公開專利數量2057件，是全球第二，擁有絕對的技術話語權。

圖源：見水印

    總結

    量子點作為一種具有前景的納米材料，正在推動科技界的發(fā)展，為我們帶來更出色、高效的技術解決方案。在諾獎效應下，預計未來會有更多企業(yè)加入競爭，并推動量子點技術的不斷創(chuàng)新。

    國內外代表企業(yè)簡介：

    Nanosys

    Nanosys是一家總部位于美國加州硅谷的公司，經營著世界最大的量子點納米材料工廠，年產能超過25噸。該公司對全球300多個已發(fā)布和正在申請的專利擁有或享有獨家許可權。Nanosys的產品包括含鎘和無鎘量子點材料，并且已經向市場供給超過5噸的量子點濃縮液。此外，Nanosys還與3M合作推出了量子點薄膜QDEF，用于Kindle Fire HDX等產品的尺寸較小的液晶面板。

    Quantum Materials Corp

    成立于2007年，是一家專注于量子點材料研發(fā)和生產的公司。其產品包括用于顯示、照明和生物醫(yī)學等領域的量子點材料和相關技術。

    三星

    2015年，三星發(fā)布了SUHD TV，宣告吹響QLED電視的號角；2016年，收購被譽為“量子點顯示之父”的技術公司QD Vision，進一步精進QLED的研發(fā)；2017年，三星首款QLED旗艦電視——Q8C誕生。自此，三星正式踏上了QLED之路。2022年開始布局QD-OLED電視。

納晶科技

    成立于2009年8月，是一家以量子點半導體新材料為技術核心的高新技術企業(yè)，是一家以量子點半導體新材料（又稱納米晶）為技術核心的高新技術企業(yè)，擁有量子點材料、量子點膜片、量子點擴散板生產基地。

撲浪量子

    成立于2021年5月，技術依托于南方科技大學，公司主要研究半導體量子點發(fā)光材料及量子點應用產品，產品實現在國內外知名電視、電競顯示器等客戶量產銷售，全球首款硅基QLED原型機點亮。擁有量子點材料、量子點膜片、熒光粉膜生產基地。2021、2022年獲得投資總金額近億元。

激智科技

    成立于2007年3月，公司主營光學擴散膜、光學增亮膜、量子點膜、太陽能背板膜、窗膜等，廣泛應用于顯示行業(yè)、光伏行業(yè)、汽車行業(yè)以及電池行業(yè)。公司量子點膜已經順利通過多家客戶的驗證，部分客戶已量產出貨。公司于2023年上半年投資設立浙江芯智，公司目前持有芯智75%的股權。浙江芯智主要生產擴散板、量子點擴散板、發(fā)泡板、量子點發(fā)泡板、微結構板、膜板一體及新型功能板，產品廣泛應用于背光顯示模組等產品。

    華威新材料

    2017年被道明光學收購100%股權，主要產品LCD用多功能復合型增亮膜卷材、光學膜片材以及量子點膜。2020年，道明光學曾在投資者平臺表示，華威新材料的量子點膜主要客戶為TCL集團，也是TCL量子點膜的主要供應商之一。

惟怡科技

    成立于2017年，是由南通天鴻鐳射科技有限公司薄膜事業(yè)部獨立出來的一家專注于功能性光學薄膜制造的公司。公司產品包括量子點膜和量子點透鏡。2019年初，惟怡科技與全球量子點產業(yè)領頭羊Nanosys在光學量子點增強膜(QDEF®)和量子點粉體合成的開發(fā)方面達成戰(zhàn)略合作。2022年完成數千萬人民幣的A輪融資，由中泰證券完成本輪投資。

創(chuàng)億達

    成立于2016年11月，坐落于江蘇省如東經濟開發(fā)區(qū)黃河路158號，國際首創(chuàng)量子點（QD）擴散板，突破量子點后加工不耐高溫水氧的關鍵技術，開辟量子點顯示應用發(fā)展的新賽道。

TCL

    TCL是全球最早開始研究并推廣量子點顯示技術的企業(yè)之一，在這項超前的顯示技術上具有絕對的話語權。自2014年推出首款搭載量子點技術的產品之后，便一直深耕于此；從2016年初的全球首款QUHD TV量子點電視X1，再到今年剛剛公布的QD-Mini LED電視X11G，TCL的QLED布局也是愈發(fā)迅速。