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：改變傳統的材料設計思維
量子點是一種納米級半導體發光材料，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，同時在當晶體返回基態時會釋放出更多的能量，導致發射光顏色從紅色變為藍色。
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出期望的光的顏色，同時它們的發光光譜非常窄，使得其發光顏色異常純凈，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%，成本優化空間有限。
圖源：中科納通
圖源：星爍納米
2016年，創億達有限公司與TCL合作開發了量子點擴散板，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，目前很多業界企業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略布局，斥資數億美元開展QLED研發。QLED的技術難點主要來自于兩個方面：其一，藍色QLED存在穩定性差的問題；其二，QLED封裝與后端集成工藝仍具有挑戰。也就是說，高效率穩定藍色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鏈當下最大的問題所在。
量子點產業鏈
量子點顯示產業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，下游量子點電視是主要的應用領域。在量子點顯示產業鏈中，量子點材料是技術難度最高的環節之一，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加入競爭，并推動量子點技術的不斷創新。
國內外代表企業簡介：
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和生產的公司。其產品包括用于顯示、照明和生物醫學等領域的量子點材料和相關技術。
三星
2015年，三星發布了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；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，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，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、光伏行業、汽車行業以及電池行業。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、發泡板、量子點發泡板、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方面達成戰略合作。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。
創億達
成立于2016年11月，坐落于江蘇省如東經濟開發區黃河路158號，國際首創量子點（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布局也是愈發迅速。
