量子点材料概述

1、量子点

Ⅰ 概念

量子点（Quantum Dot）是零维（zero-dimensional）的纳米半导体材料，常见的量子点比如: 纳米晶体, 原子簇, 分子(如C60) 以及一些纳米半导体器件。量子点具有新颖的电子和光学等性能，能够用于许多重要的领域，比如电子、光电子、光伏、生物医疗。

Ⅱ 特点及原理

量子限域效应显著。量子点由少量的原子所构成，其形状一般是球状或类球状。量子点内部电子在三个空间方向上的运动都受到局限，三个维度上的尺寸都在10纳米（nm）以下，故此量子限域效应(quantum confinement effect)特别显著。此限制致使能级分立, 即量子点中电子的能量是量子化的。

量子粒径大小决定量子荧光色。由于能级分立，电子在这些能级之间跃迁将会发出特定波长的光，而分立的能级间距又由量子点的大小决定, 因此不同尺寸的量子点将会发出不同颜色的荧光。可以根据显指要求灵活调节单色量子点的粒径, 使得量子点光谱更加真实地还原物体的原始色彩, 理论上其显色性可以接近太阳光。

Ⅲ量子点的制备

目前用的多的量子点还是化学合成（成本低、合成快且方便），其实还可以按照其组分分成二元、三元、四元量子点，还可以根据掺杂元素分类（楼上提到的CdSe已经是比较早的产品了，现在的前沿在三元量子点的掺杂和尝试合成四元量子点，这些产品的性能比二元产品要好）。制造过程采用的是化学方法，在反应釜中进行，主要包括晶体成核、晶体长生和壳层包覆三个阶段，每一个阶段所对应的配方和工艺都经过了优化。

Ⅳ量子点的应用

量子点在电子、生物医药、新能源以及照明领域都有广泛的应用。在显示领域，量子点显示技术可以应用至光转换元件、量子点电视、量子点智能手机以及量子点平板电脑等；生物医疗上更利用各种发光波长不同的量子点制成荧光标签，成为生物检测用的「奈米条形码」。

量子点显示技术

量子点材料发光分为光致发光与电致发光。光致发光（PL）即光子引发量子点材料发光，电致发光（EL）即电子引发量子点材料发光。主要应用包括以下几方面：

基于光致发光特性：量子点背光源（QBLU）制成(QD-LCD)

基于电致发光特性：量子点发光二极管显示(QLED)

1、量子点LCD (QD-LCD)

ⅠQD-LCD概述

QBLU技术在实际应用中是将蓝光LED芯片透过量子点薄膜后产生白色背光，由此制成的液晶显示器被称为量子点LCD（QD-LCD）。在LCD显示器中使用量子点PL技术可以明显提高图像的彩色性能，该技术一般被称作第一代量子点显示技术。

ⅡQD-LCD基本原理

量子点显示技术的基本原理是背光模组中的蓝光LED发出蓝光，蓝光经过量子点薄膜时，部分蓝光被量子点转换成绿光和红光，未被转换的蓝光和量子点发出的绿光、红光一起组成白光，成为液晶显示屏的光源。

ⅢQD-LCD量子点薄膜

量子点无法直接应用于液晶电视，只有经过封装以后才具备使用价值。封装量子点的目的主要是方便使用以及将量子点与外界环境隔离开。主流的量子点封装方式是薄膜的方式。

QD-LCD中的量子点薄膜作为一种全新的显示材料，可以使液晶显示屏的色域达到并超过110%NTSC。当前，主流液晶显示屏的色域约为75%NTSC，而低端液晶显示屏的色域只有约65% NTSC甚至更低。（注：NTSC是美国国家电视标准委员会制定的一个标准，用来表示显示屏可以显示的颜色范围即色域的大小。色域越大，液晶显示屏可以显示的颜色就越多，给人的直观感觉就是色彩更加丰富，画面中颜色的过渡更加自然，显示的颜色更加接近真实颜色。）QD-LCD色域更广的原因是量子点发出的绿光和红光非常纯净，不存在其它杂色。

ⅣQD-LCD量子点薄膜技术指标

① QD-LCD量子点技术的性能指标

量子点技术最重要的3个性能指标是：发光波长、半峰宽、量子效率。

发光波长： 用于液晶显示屏的量子点是发光波长为530纳米左右的绿色量子点，和发光波长为630纳米左右的红色量子点。在量子点薄膜的实际应用中，电视厂商会对量子点的发光波长提出不同的要求，通常会有几纳米的变化。

半峰宽：表示的是量子点发光波长范围的大小，半峰宽越小，量子点所发出的光的颜色越纯净，量子点液晶电视的色域也就越大。目前国内电视厂商均使用美国3M公司生产的量子点薄膜。根据实际测量，3M的4个不同型号量子点薄膜的量子点半峰宽是：绿色量子点是33-36纳米，红色量子点是40-46纳米。降低量子点的半峰宽是合成技术的关键之一，在调整量子点发光波长的同时，由于配方和工艺的改变，往往伴随着半峰宽的增大。

量子效率：是量子点将蓝光转换成绿光或红光的效率，量子效率越高，蓝光的利用率就越高，量子点薄膜的亮度也就越高，同时还能提高电视机的能效指标。

除了上述3个技术参数以外，量子点的发光稳定性也很重要，这直接影响着量子点薄膜的产品稳定性。

② 量子点的批量生产

量子点的合成属于间歇式生产，从投料到提纯为一个批次。以目前的技术，可以稳定生产的单批次最大产量是150克，同时可以保证不同批次之间的量子点性能相同。150克量子点可以用于制造接近500平方米的量子点薄膜，用于装配大约580台55寸量子点电视。目前国内能达到这种产能水平的公司只有2到3家。

③ 量子点薄膜的性能指标

量子点薄膜最重要的3个性能指标是：亮度、色域、耐老化性能。

量子点薄膜的耐老化性能是区别学术研究与商业化应用的关键。量子点薄膜的耐老化性能主要考察光照稳定性和热稳定性，而光照稳定性又分为薄膜的面稳定性和薄膜的边缘稳定性。

Ⅴ QD-LCD量子点薄膜存在问题

① 量子点与高聚物的共混过程中会遇到兼容性问题, 这将导致成膜合格率差、量子点团聚、量子点荧光猝灭等问题。

② 热可靠性较差, 温度升高将导致量子点表面配体会发生脱落或者失效, 暴露出表面缺陷, 造成可逆或不可逆的荧光效率降低;

③ 氧气、湿气可靠性较差, 氧气与湿气会渗透至膜片内的量子点表面, 并与配体或表面原子发生不可逆反应, 造成膜片的光学效果退化;

④ QCLED的组分光谱往往为3种或4种, 需要有两种以上的量子点进行混合封装, 为了满足高显指、高光效等目标, 需要对各组分光谱的光学参数与组分之间的搭配进行优化, 以期理论指导实际封装。

Ⅵ QD-LCD行业情况

① 市场规模、市场结构与划分

2015年，量子点色彩增强膜应用于电视、显示器和平板电脑的市场规模分别为7350万美元、350万美元和50万美元，出货量分别为140万台、40万台和10万台，如下图所示。

2、量子点发光二极管显示(QLED)

ⅠQLED概述

量子点发光二极管显示技术(Quantum Dots Light Emitting Diode Display，即QLED)，是基于量子点电致发光特性的一种新型LED制备技术，它不再是蓝光通过一层量子点材料产生白光照亮液晶屏幕，而是通过电驱动，使量子点本身发光并通过混色产生图像，不再需要液晶、彩膜，也省去了背光单元。这就使得QLED与OLED在显示方式上具有相似的原理。是真正意义上的量子点发光二极管，属于量子点在显示技术领域的更高级应用。

Ⅱ QLED优势

其兼具OLED全固态、能耗低、超薄、无视角限制、色彩表现力强、工作温度范围宽、抗震性能优异、易于实现柔性显示等诸多优点和LCD的长使用寿命和高亮度，且自发光，不需要背光源，适用于溶液法制备，拥有潜在的低制造成本等优势。

Ⅲ QLED所处阶段

QLED技术目前还处于实验室研发阶段，从实验阶段到生产阶段还需要较长的时间，要解决制备工艺、发光亮度、寿命和效率等多方面问题。因此量产时间很难确定。从目前的研究水平来看，QLED器件在最低视频亮度（100cd/m2）上的寿命仅为100-1000个小时，远远小于显示器需要的寿命（大于10000小时），与商业化应用还有很长的距离。

3、量子点行业标的企业

Ⅰ 国外量子点行业企业

① 英国Nanoco

英国nanoco成立于2001年，其市场定位是环保型无镉量子点（CFQD）的生产商和供应商，其与美国陶氏化学合作试制的使用无镉（Cd）量子点的液晶显示器于2014年6月2日在“SID2014”期间进行了展示，采用“On-Surface”的封装形式，但尚未有应用产品的公开报道。

② 美国QDVision

美国QDVision于2004年由MIT的研究人员创立，是量子点显示技术领域的领导者，其推出的产品是量子点背光管，采用了玻璃管的封装方式。2016年11月被三星以7000万美金收购。

QDVision公司提供的解决方案是量子点管，采用的是自己生产的量子点。它的优点是制造成本比3M的量子点薄膜要低。它的缺点也很明显，由于是采用易碎的玻璃管封装，量子点管无法用于移动显示设备。量子点管也无法用于直下式背光的液晶显示屏，而55寸等大尺寸电视的液晶显示屏普遍为直下式背光。虽然量子点管本身较为便宜，但是为了在液晶显示屏的背光模组中为量子点管预留空间，背光模组和相应的模具需要重新设计和制作，这意味着液晶显示屏制造商的初期投入会比较大。综上分析，量子点管很难成为量子点产品的主流。

③ 美国Nanosys和3M

美国Nanosys成立于2001年，是量子点显示技术的领导者之一，其2012年与3M公司合作研发了量子点薄膜（QDEF）技术，利用QDEF技术不仅可以将色域由NTSC比70%扩大到100%，用液晶面板亮度与背照灯功率之比表示的发光效率也提高了约50%，其采用了薄膜的封装形式。它们共同开发的量子点薄膜已批量供货，但价格居高不下。

3M公司作为量子点薄膜的先行者，其产品已经得到市场的认可。3M公司坚持从薄膜的涂布到最后的裁切都由自己一手包办，导致产品的产能受到限制。另外，3M使用的量子点并非自己生产，而是由美国的Nanosys公司提供，因而在产品定价时会受到原材料的掣肘。

④三星

2014年三星重点投入到了4K液晶电视，2015年发布了SUHD TV，2017年全新打造了QLED TV。为占据量子点技术，三星投资了具备300项量子点技术专利的德国Nanosys公司，还收购了美国量子点企业QD Vision。与此同时三星也没有完全放弃OLED技术，小尺寸领域的AMOLED有着快速的成长。

Ⅱ国内量子点行业企业

① TCL

作为彩电行业的领导者，TCL在2017年在高端品质之路上卡位精准，围绕全产业链、量子点、曲面等维度上充分的做了精准细分。量子点电视上攻高端、曲面电视力取主流，成功破局中高端市场。

②纳晶科技股份有限公司（830933.OC）

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国家级高新技术企业，主要业务是量子点新材料的研究、制造及应用技术与产品的开发，为新三板上市公司，当前市值为16.3亿元。公司与制造和销售量子点电视的厂家紧密合作，配合客户的产品验证，年内公司产品已向多家公司供货，实现销售收入 578.58 万元，占公司营业收入的 55.40%

③ 广东普加福光电科技有限公司

广东普加福光电科技有限公司成立于2011年，致力于量子点材料在新型显示、印刷打印和柔性显示方面的应用，其研发的量子点色彩增强膜处于中试阶段，尚未能实现批量供货，另外，普加福投资约1000万元建设量子点膜涂布生产线。

显示行业潜在竞争材料

1、OLED

Ⅰ OLED 概述

OLED就是有机发光二极管，又称为有机电激光显示。OLED显示技术使用有机聚合材料作为发光二极管中的半导体材料，这种材料具有自发光的特性，采用非常薄的有机材料涂层和玻璃基板，当有电流通过时，这些有机材料就会发光。

Ⅱ OLED优势

与传统的液晶显示相比，OLED面板具有自发光、轻薄、对比度高、色彩丰富、可弯曲、反应快和无视角限制等优点，被视为目前最具发展潜力的显示器技术。

Ⅲ QLED所处阶段

OLED显示技术在当前还没有达到完善，OLED虽然具有许多传统LCD无可比拟的优点，但仍存在一些缺陷，例如：良品率较低、成本太高（为同尺寸液晶电视屏的两倍）、使用寿命较短（随着使用时间的增长，OLED自发光性能会严重衰减，寿命比量子点电视的屏幕少2万小时左右）。因此，虽然从出现至今，一直备受广大用户和厂商推崇，但是OLED在目前仍然难以取代LCD达到普及。

OLED有两种主流路线可实现产品化：

一是以三星为代表的RGB OLED：三星的技术效率较高，但是制造困难，只能应用于小尺寸产品，作为OLED技术的领头企业三星已完全放弃大尺寸OLED电视面板的生产和研发。

二是LGD为代表的白光OLED加上CF：LGD的技术优势在于可应用于大尺寸产品，但是效率较差。目前，应用于电视的大尺寸OLED面板采用的均是LGD的技术，而且供应商只有LGD。

Ⅵ OLED行业情况

以LG、创维等为代表的OLED显示技术，让OLED电视快速实现市场化。2016年初，全球OLED电视厂商只有5家；到了2017年，包括中国厂商在内，全球已有13家电视厂商推出了OLED电视。

全球2016 年 OLED 电视出货量约为 65 万台，仅占全球电视出货量的 0.3%，对应的销售额为 17 亿美元，占整体销售额的 2.0%；同时预计到2020 年OLED 电视的全球出货量将有望达到 520 万台，占全球电视出货量的 2.1% ，对应的出货额有望达到 64 亿美元，占整体销售额的 7.4% 。其中，16 年-19 年的年增长率有望维持在70%以上，而基于电视整体成本和价格的下降，出货额年增长率有望维持在 40%以上。预计OLED 电视面板市场规模在2021 年将达到70 亿美金，其对应的出货量为 1650 片。

以上数据显示，受困于大尺寸 OLED 的成本高，与大部分消费者承受能力脱节，其渗透率相对小尺寸的智能手机明显偏低，若大尺寸 OLED 的领军企业LG 在接下来的几年内能实现技术突破，则渗透率将有望更大幅度的提升。

材料比较

成本对比：成本上的优势是LCD依旧活跃在市场上的重要原因之一。虽然随着技术的发展，OLED面板的成本在不断下降，但由于其工艺复杂，良品率低，相比LCD，它还是要贵出大约20%。不过随着热发泡式喷墨等新工艺的出现，2017年OLED面板的价格就会比LCD便宜二到三成了。由于工艺相似，QD-LCD也继承了LCD低成本的特点，量子点薄膜层成本很低。同样尺寸下，QD-LCD只比LCD的成本贵出100美元左右，如果换成5寸左右的移动设备显示屏，成本的增加这只有10美元左右。

工艺对比：OLED采用有机材料，三种发光材料寿命不同是自身不可逾越的致命伤，在使用一段时间后很容易出现“烧屏”的现象。而量子点为非有机物，所以工作状态更稳定，寿命更长。QLED色彩表现更加完美，色域可轻易达到最严苛的色彩标准BT2020 90%以上，而OLED电视色域虽然远超传统LCD电视，但在BT2020标准下，大概为70%左右。

成本，生产、色彩、能耗，四大差异横亘在QLED和OLED之间。如此对比来看，QLED比OLED，似乎不只是多了“一点”。不过眼下的量子点技术QD-LCD更像是LCD的改进版，在未来，真正的QLED 量子点技术绝对有实力成为OLED的有力竞争者。

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