量子點：諾貝爾化學(xué)獎獲獎材料
2023年，諾貝爾化學(xué)獎授予了美國麻省理工學(xué)院教授蒙吉·G·巴文迪(Moungi G. Bawendi)、美國哥倫比亞大學(xué)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(xué)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(xiàn)和合成方面做出的貢獻。
圖源：諾貝爾獎委員會官網(wǎng)
量子點：改變傳統(tǒng)的材料設(shè)計思維
量子點是一種納米級半導(dǎo)體發(fā)光材料，也被稱為“人造原子”，由于量子效應(yīng)，在材料相同的情況下，不同尺寸會表現(xiàn)出獨特的性質(zhì)，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(dǎo)帶之間的能量差增大，從而導(dǎo)致量子點需要更多的能量激發(fā)，同時在當(dāng)晶體返回基態(tài)時會釋放出更多的能量，導(dǎo)致發(fā)射光顏色從紅色變?yōu)樗{(lán)色。
圖源：諾貝爾獎委員會官網(wǎng)
量子點的出現(xiàn)，可以說是材料學(xué)的一個里程碑，它改變了傳統(tǒng)的材料設(shè)計思維，在物質(zhì)的組成和結(jié)構(gòu)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(dǎo)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(shù)主要為硒化鎘（CdSe）體系等，無鎘技術(shù)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(shù)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(chǎn)成本，但仍需破解Cd系藍(lán)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(shù)，韓國三星已經(jīng)走在世界前列。但當(dāng)下的合成條件苛刻且昂貴，技術(shù)仍有卡點痛點，中國科學(xué)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(chǎn)等特點，成為顯示領(lǐng)域基礎(chǔ)和應(yīng)用研究備受青睞的新興材料。國內(nèi)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(guān)合成技術(shù)和知識產(chǎn)權(quán)集中在中國，部分研究處于領(lǐng)先水平。
在顯示技術(shù)最常使用的材料中，CdSe和InP材料覆蓋最高內(nèi)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(yīng)用及市場規(guī)模
目前，基于量子點的多種物理效應(yīng)，量子點材料在太陽能轉(zhuǎn)換、發(fā)光和顯示器件、光電探測、催化、分子和細(xì)胞標(biāo)記以及超靈敏檢測等領(lǐng)域有許多獨特的優(yōu)勢。
圖源：Science 373, 640(2021)
根據(jù)Mordor Intelligence預(yù)測，2023年，全球量子點材料市場為47.1億美元，到2028年預(yù)計為105.1億美元，年復(fù)合年增長率17.41%。
量子點材料：在顯示領(lǐng)域的應(yīng)用
顯示領(lǐng)域是量子點材料的主要應(yīng)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(diào)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(xiàn)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(lǐng)域競爭最激烈的新型材料之一。
根據(jù)奧維睿沃（AVCRevo）數(shù)據(jù)，2023年上半年，我國量子點電視的零售量份額增長處于領(lǐng)先地位，成為顯示技術(shù)市場的主要推動力。據(jù)勢銀(TrendBank)統(tǒng)計，預(yù)計到2025年，全球量子點電視出貨量可達(dá)2000萬臺。
圖源：奧維睿沃（AVCRevo）
量子點顯示技術(shù)依次經(jīng)過量子點管、量子點膜（QLCF）、量子點擴散板（QDP）等技術(shù)迭代，可與LCD、OLED、Mini/Micro-LED等新型顯示技術(shù)結(jié)合，顯著提高色彩品質(zhì)，簡化制造工藝，已成為顯示領(lǐng)域重要的前沿技術(shù)之一。
2012年，側(cè)入式入光為顯示器的主流結(jié)構(gòu)，通過將真空封裝了量子點材料的玻璃管嵌入藍(lán)光LED與導(dǎo)光板之間，形成量子點管技術(shù)。但由于玻璃管的力學(xué)強度差等問題，量子點管技術(shù)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(shù)方案。量子點膜一般都采用三明治結(jié)構(gòu)——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(lán)光激發(fā)產(chǎn)生紅光和綠光，與LED自身藍(lán)光復(fù)合形成白光。相較于量子點管方案，這種技術(shù)方案解決了量子點在光激發(fā)過程中的散熱問題，光轉(zhuǎn)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(shù)的應(yīng)用場景大幅增加。然而量子點膜的成本較高，其成本構(gòu)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(dá)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(jié)構(gòu)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(shù)和自包裹技術(shù)，解決材料因水氧的氧化導(dǎo)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(jié)構(gòu)兼容性更好，已經(jīng)在市場終端得到了廣泛的應(yīng)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(shù)的QD-OLED技術(shù)，該技術(shù)使用藍(lán)光OLED作為背光源，實現(xiàn)像素級控光，在此基礎(chǔ)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(xiàn)像素級控光與量子點技術(shù)的結(jié)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(zhuǎn)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(gòu)主要采用量子點做色轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)和工藝，以解決全彩化難題。這種技術(shù)方案只使用發(fā)光效率最高的藍(lán)光Mini/Micro LED作為光源，然后在藍(lán)光Mini/Micro LED上添加一層量子點轉(zhuǎn)光層，將部分藍(lán)光轉(zhuǎn)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(yīng)用限制
當(dāng)前，量子點膜和量子點擴散板已經(jīng)成為主流LCD背光產(chǎn)品升級的關(guān)鍵材料和方案，全球眾多顯示領(lǐng)域公司，包括三星、Nanosys、納晶科技等均進行戰(zhàn)略布局，斥資數(shù)億美元開展QLED研發(fā)。QLED的技術(shù)難點主要來自于兩個方面：其一，藍(lán)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(lán)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(chǎn)業(yè)鏈當(dāng)下最大的問題所在。
量子點產(chǎn)業(yè)鏈
量子點顯示產(chǎn)業(yè)鏈的上游主要包括量子點材料、阻隔膜的供應(yīng)商，中游則是量子點膜、量子點擴散板的生產(chǎn)企業(yè)，下游量子點電視是主要的應(yīng)用領(lǐng)域。在量子點顯示產(chǎn)業(yè)鏈中，量子點材料是技術(shù)難度最高的環(huán)節(jié)之一，其價值量占據(jù)了量子點電視新增成本的約50%。
量子點技術(shù)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(shè)立了壁壘。在這種嚴(yán)峻的條件下，我國納晶科技、TCL等公司以及眾多研究機構(gòu)奮起直追，其中TCL在量子點發(fā)光顯示領(lǐng)域公開專利數(shù)量2057件，是全球第二，擁有絕對的技術(shù)話語權(quán)。
圖源：見水印
總結(jié)
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(shù)解決方案。在諾獎效應(yīng)下，預(yù)計未來會有更多企業(yè)加入競爭，并推動量子點技術(shù)的不斷創(chuàng)新。
國內(nèi)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(jīng)營著世界最大的量子點納米材料工廠，年產(chǎn)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(quán)。Nanosys的產(chǎn)品包括含鎘和無鎘量子點材料，并且已經(jīng)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(chǎn)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(chǎn)的公司。其產(chǎn)品包括用于顯示、照明和生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的量子點材料和相關(guān)技術(shù)。
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(shù)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(dǎo)體新材料為技術(shù)核心的高新技術(shù)企業(yè)，是一家以量子點半導(dǎo)體新材料（又稱納米晶）為技術(shù)核心的高新技術(shù)企業(yè)，擁有量子點材料、量子點膜片、量子點擴散板生產(chǎn)基地。
撲浪量子
成立于2021年5月，技術(shù)依托于南方科技大學(xué)，公司主要研究半導(dǎo)體量子點發(fā)光材料及量子點應(yīng)用產(chǎn)品，產(chǎn)品實現(xiàn)在國內(nèi)外知名電視、電競顯示器等客戶量產(chǎn)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(chǎn)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(xué)擴散膜、光學(xué)增亮膜、量子點膜、太陽能背板膜、窗膜等，廣泛應(yīng)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(jīng)順利通過多家客戶的驗證，部分客戶已量產(chǎn)出貨。公司于2023年上半年投資設(shè)立浙江芯智，公司目前持有芯智75%的股權(quán)。浙江芯智主要生產(chǎn)擴散板、量子點擴散板、發(fā)泡板、量子點發(fā)泡板、微結(jié)構(gòu)板、膜板一體及新型功能板，產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于背光顯示模組等產(chǎn)品。
華威新材料
2017年被道明光學(xué)收購100%股權(quán)，主要產(chǎn)品LCD用多功能復(fù)合型增亮膜卷材、光學(xué)膜片材以及量子點膜。2020年，道明光學(xué)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(yīng)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(xué)薄膜制造的公司。公司產(chǎn)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(chǎn)業(yè)領(lǐng)頭羊Nanosys在光學(xué)量子點增強膜(QDEF®)和量子點粉體合成的開發(fā)方面達(dá)成戰(zhàn)略合作。2022年完成數(shù)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(dá)
成立于2016年11月，坐落于江蘇省如東經(jīng)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(guān)鍵技術(shù)，開辟量子點顯示應(yīng)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(shù)的企業(yè)之一，在這項超前的顯示技術(shù)上具有絕對的話語權(quán)。自2014年推出首款搭載量子點技術(shù)的產(chǎn)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。
