显示技术的明日之星——量子点全方位解析
量子点材料概述
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
①QD-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。
ⅤQD-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;
④QCLED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。
ⅥQD-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。
ⅡQLED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。
ⅢQLED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
①TCL
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致晶科技
致晶科技（北京）有限公司是一家源于北京理工大学的新材料高科技企业，于2016年7月注册成立，注册资本3790万人民币。公司位于中关村创新创业核心区域，自创办以来获得海淀区国资、知名投资基金的股权投资。公司一路走来荣获多个重要奖项：2016年获得北京市科技新星计划路演推介会优秀项目奖和最具产业化前景奖；2017年获得北京市纳米之星创业大赛二等奖、“最具投资价值奖”；2018年获得全球科技创新暨博士后创业大赛二等奖、第七届中国创新创业大赛国际第三代半导体专业赛全球总决赛优胜奖；2019年获得中关村前沿技术创新大赛智能制造和新材料TOP10。公司的创新能力获得政府部门认可，2019年获批中关村高新技术企业、国家高新技术企业、国家“专精特新”企业，并承担中关村颠覆性技术研发及成果产业化项目。
显示行业潜在竞争材料1、OLED
ⅠOLED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。
ⅡOLED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。
ⅢQLED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。
ⅥOLED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。
