量子点材料为新型显示产业发展提供更多可能

    量子点：诺贝尔化学奖获奖材料

    2023年，诺贝尔化学奖授予了美国麻省理工学院教授蒙吉·G·巴文迪(Moungi G. Bawendi)、美国哥伦比亚大学教授路易斯·E·布鲁斯(Louis E. Brus)和美国纳米晶体科技公司科学家阿列克谢·伊基莫夫(Alexey I. Ekimov)，以表彰他们在量子点（Quantum Dots）的发现和合成方面做出的贡献。

图源：诺贝尔奖委员会官网

    量子点：改变传统的材料设计思维

    量子点是一种纳米级半导体发光材料，也被称为“人造原子”，由于量子效应，在材料相同的情况下，不同尺寸会表现出独特的性质，比如发出不同波长的光。即随着尺寸的减小，最高价带与最低导带之间的能量差增大，从而导致量子点需要更多的能量激发，同时在当晶体返回基态时会释放出更多的能量，导致发射光颜色从红色变为蓝色。

图源：诺贝尔奖委员会官网

    量子点的出现，可以说是材料学的一个里程碑，它改变了传统的材料设计思维，在物质的组成和结构之外，还可以通过尺度去控制材料的特性。

    量子点材料：向低镉化和无镉化发展

    量子点可以由一系列半导体材料合成。目前，低镉化和无镉化是量子点未来主要发展趋势。其中，低镉技术主要为硒化镉（CdSe）体系等，无镉技术主要包括磷化铟（InP）体系以及钙钛矿（ABX3）体系。

    其中，Cd系量子点的技术日趋成熟，对其合成工艺的进一步简化和完善，将有助于降低生产成本，但仍需破解Cd系蓝光量子点器件效率和稳定性问题。

    InP量子点的合成及其显示技术，韩国三星已经走在世界前列。但当下的合成条件苛刻且昂贵，技术仍有卡点痛点，中国科学家仍有赶超三星的机会。

    钙钛矿量子点作为一种新型的量子点材料，具备缺陷容忍度高，制备简单、成本低、易放大生产等特点，成为显示领域基础和应用研究备受青睐的新兴材料。国内外在钙钛矿量子点方面的研究工作几乎同时起步，有很大部分相关合成技术和知识产权集中在中国，部分研究处于领先水平。

    在显示技术最常使用的材料中，CdSe和InP材料覆盖最高内部量子效率水平（80-100％）的可见波长范围。

图片来源：见水印

    量子点材料应用及市场规模

    目前，基于量子点的多种物理效应，量子点材料在太阳能转换、发光和显示器件、光电探测、催化、分子和细胞标记以及超灵敏检测等领域有许多独特的优势。

图源：Science 373, 640(2021)

    根据Mordor Intelligence预测，2023年，全球量子点材料市场为47.1亿美元，到2028年预计为105.1亿美元，年复合年增长率17.41%。

量子点材料：在显示领域的应用

    显示领域是量子点材料的主要应用之一。与传统液晶显示器（LCD）相比，量子点显示材料能够提供更宽的色域、更高的色彩精度和更高的亮度。主要是因为所制备纳米晶体粒径的高度可控性，在制造过程中可以通过调整量子点以发出期望的光的颜色，同时它们的发光光谱非常窄，使得其发光颜色异常纯净，使显示屏幕可以呈现更鲜艳、更真实的颜色。量子点材料已成为世界各国在高色域、大面积显示等领域竞争最激烈的新型材料之一。

    根据奥维睿沃（AVCRevo）数据，2023年上半年，我国量子点电视的零售量份额增长处于领先地位，成为显示技术市场的主要推动力。据势银(TrendBank)统计，预计到2025年，全球量子点电视出货量可达2000万台。

图源：奥维睿沃（AVCRevo）

    量子点显示技术依次经过量子点管、量子点膜（QLCF）、量子点扩散板（QDP）等技术迭代，可与LCD、OLED、Mini/Micro-LED等新型显示技术结合，显著提高色彩品质，简化制造工艺，已成为显示领域重要的前沿技术之一。

    2012年，侧入式入光为显示器的主流结构，通过将真空封装了量子点材料的玻璃管嵌入蓝光LED与导光板之间，形成量子点管技术。但由于玻璃管的力学强度差等问题，量子点管技术存在时间较短。

    2015年，3M公司与美国Nanosys公司推出量子点膜的技术方案。量子点膜一般都采用三明治结构——两层水阻隔膜中间夹着量子点层。量子点层中含有红色和绿色量子点，蓝光激发产生红光和绿光，与LED自身蓝光复合形成白光。相较于量子点管方案，这种技术方案解决了量子点在光激发过程中的散热问题，光转换效率大幅提升30%，且由于使用膜片封装的形式，量子点技术的应用场景大幅增加。然而量子点膜的成本较高，其成本构成中水氧阻隔膜占比约50%，成本优化空间有限。

图源：中科纳通

图源：星烁纳米

    2016年，创亿达有限公司与TCL合作开发了量子点扩散板，其原理是将量子点膜片与扩散板整合，开发出具有三层挤出结构的量子点扩散板。量子点扩散板通过量子点材料的合成优化技术和自包裹技术，解决材料因水氧的氧化导致缺陷增加的问题，极大地提升了量子点材料的稳定性。目前，量子点扩散板的性能不仅与量子点膜片相持平，并且成本更低，结构兼容性更好，已经在市场终端得到了广泛的应用。

图源：玻尔科技

    韩国三星公司报道了基于QD彩色滤光片（QDCF）技术的QD-OLED技术，该技术使用蓝光OLED作为背光源，实现像素级控光，在此基础上，将原来LCD中红绿子像素的色阻材料替换成光致发光量子点材料，从而实现像素级控光与量子点技术的结合。与传统滤色器的不同之处在于量子点的作用类似于有源元件，QDCF在转换通过它的光，而不是阻挡光。

图源：行家说

    在下一代显示Mini/Micro LED中，目前很多业界企业或研究机构主要采用量子点做色转换结构和工艺，以解决全彩化难题。这种技术方案只使用发光效率最高的蓝光Mini/Micro LED作为光源，然后在蓝光Mini/Micro LED上添加一层量子点转光层，将部分蓝光转换为红光和绿光，从而形成RGB全彩显示，能够显著提高制造效率和红绿光的发光效率。

图源：NewDisplay Focus

    量子点应用限制

    当前，量子点膜和量子点扩散板已经成为主流LCD背光产品升级的关键材料和方案，全球众多显示领域公司，包括三星、Nanosys、纳晶科技等均进行战略布局，斥资数亿美元开展QLED研发。QLED的技术难点主要来自于两个方面：其一，蓝色QLED存在稳定性差的问题；其二，QLED封装与后端集成工艺仍具有挑战。也就是说，高效率稳定蓝色QLED的获取以及QLED封装与后端集成工艺，是整个量子点显示产业链当下最大的问题所在。

    量子点产业链

    量子点显示产业链的上游主要包括量子点材料、阻隔膜的供应商，中游则是量子点膜、量子点扩散板的生产企业，下游量子点电视是主要的应用领域。在量子点显示产业链中，量子点材料是技术难度最高的环节之一，其价值量占据了量子点电视新增成本的约50%。

    量子点技术的核心专利主要集中在三星、Nanoco、Nanosys等国外公司，并在专利、价格和环保上设立了壁垒。在这种严峻的条件下，我国纳晶科技、TCL等公司以及众多研究机构奋起直追，其中TCL在量子点发光显示领域公开专利数量2057件，是全球第二，拥有绝对的技术话语权。

图源：见水印

    总结

    量子点作为一种具有前景的纳米材料，正在推动科技界的发展，为我们带来更出色、高效的技术解决方案。在诺奖效应下，预计未来会有更多企业加入竞争，并推动量子点技术的不断创新。

    国内外代表企业简介：

    Nanosys

    Nanosys是一家总部位于美国加州硅谷的公司，经营着世界最大的量子点纳米材料工厂，年产能超过25吨。该公司对全球300多个已发布和正在申请的专利拥有或享有独家许可权。Nanosys的产品包括含镉和无镉量子点材料，并且已经向市场供给超过5吨的量子点浓缩液。此外，Nanosys还与3M合作推出了量子点薄膜QDEF，用于Kindle Fire HDX等产品的尺寸较小的液晶面板。

    Quantum Materials Corp

    成立于2007年，是一家专注于量子点材料研发和生产的公司。其产品包括用于显示、照明和生物医学等领域的量子点材料和相关技术。

    三星

    2015年，三星发布了SUHD TV，宣告吹响QLED电视的号角；2016年，收购被誉为“量子点显示之父”的技术公司QD Vision，进一步精进QLED的研发；2017年，三星首款QLED旗舰电视——Q8C诞生。自此，三星正式踏上了QLED之路。2022年开始布局QD-OLED电视。

纳晶科技

    成立于2009年8月，是一家以量子点半导体新材料为技术核心的高新技术企业，是一家以量子点半导体新材料（又称纳米晶）为技术核心的高新技术企业，拥有量子点材料、量子点膜片、量子点扩散板生产基地。

扑浪量子

    成立于2021年5月，技术依托于南方科技大学，公司主要研究半导体量子点发光材料及量子点应用产品，产品实现在国内外知名电视、电竞显示器等客户量产销售，全球首款硅基QLED原型机点亮。拥有量子点材料、量子点膜片、荧光粉膜生产基地。2021、2022年获得投资总金额近亿元。

激智科技

    成立于2007年3月，公司主营光学扩散膜、光学增亮膜、量子点膜、太阳能背板膜、窗膜等，广泛应用于显示行业、光伏行业、汽车行业以及电池行业。公司量子点膜已经顺利通过多家客户的验证，部分客户已量产出货。公司于2023年上半年投资设立浙江芯智，公司目前持有芯智75%的股权。浙江芯智主要生产扩散板、量子点扩散板、发泡板、量子点发泡板、微结构板、膜板一体及新型功能板，产品广泛应用于背光显示模组等产品。

    华威新材料

    2017年被道明光学收购100%股权，主要产品LCD用多功能复合型增亮膜卷材、光学膜片材以及量子点膜。2020年，道明光学曾在投资者平台表示，华威新材料的量子点膜主要客户为TCL集团，也是TCL量子点膜的主要供应商之一。

惟怡科技

    成立于2017年，是由南通天鸿镭射科技有限公司薄膜事业部独立出来的一家专注于功能性光学薄膜制造的公司。公司产品包括量子点膜和量子点透镜。2019年初，惟怡科技与全球量子点产业领头羊Nanosys在光学量子点增强膜(QDEF®)和量子点粉体合成的开发方面达成战略合作。2022年完成数千万人民币的A轮融资，由中泰证券完成本轮投资。

创亿达

    成立于2016年11月，坐落于江苏省如东经济开发区黄河路158号，国际首创量子点（QD）扩散板，突破量子点后加工不耐高温水氧的关键技术，开辟量子点显示应用发展的新赛道。

TCL

    TCL是全球最早开始研究并推广量子点显示技术的企业之一，在这项超前的显示技术上具有绝对的话语权。自2014年推出首款搭载量子点技术的产品之后，便一直深耕于此；从2016年初的全球首款QUHD TV量子点电视X1，再到今年刚刚公布的QD-Mini LED电视X11G，TCL的QLED布局也是愈发迅速。