详细的量子点技术分析

量子点概念

量子点（Quantum Dot，QD）是半径小于或接近于激子波尔半径的半导体纳米晶体，由有限数目的原子组成，是一种大部由Ⅱ-Ⅵ族或Ⅲ-Ⅴ族元素组成的准零维纳米材料，其三个维度的尺寸都在1~10nm。

量子点独特的性质基于它自身的量子效应，当颗粒尺寸进入纳米量级时，尺寸限域将引起尺寸效应、量子限域效应、宏观量子隧道效应和表面效应，从而派生出纳米体系具有常观体系和微观体系不同的低维物性，展现出许多不同于宏观体材料的物理化学性质。

报告提供的内容

本报告提供详细的量子点技术分析，考虑了各种量子点成分，如镉（Cd）基、铟（In）基以及新兴的有机和无机钙钛矿、PbS、CuInS2、InGaN、量子棒等。此外，报告还提供了量子点与现有磷光体技术的详细基准测试。我们的分析基于数据驱动，反映了最新的商业和学术成果。对于每种材料，我们酌情评估其性能、主要挑战、生产工艺及改进方向/策略。

量子点背光结构示意图：（a）“芯片封装型（On-chip）”结构，量子点发光材料封装在蓝光LED贴片上；（b）“侧管封装型（On-edge）”结构，量子点与基质形成的复合材料置于蓝光LED与导光板的侧边；（c）“光学膜集成型（On-surface）”结构，量子点与基质形成的量子点光学膜置于导光板的正上方

本报告提供的技术路线图还考虑了各种应用中的技术组合将如何随着时间的推移而变化。在显示应用方面，考虑了各种量子点集成方法的兴衰。它表明在“侧管封装型（On-edge）”过时之后，“光学膜集成型（On-surface）”逐渐占据了主流地位。但是，未来通过材料改进实现的新方法（如彩色滤光片或“芯片封装型（On-chip）”）将最终取代光学膜集成型。此外，报告还将量子点视为显示器的最终发光材料，并追踪效率和寿命改进的趋势，同时探索性能、寿命、沉积/图案化、器件设计方面的挑战。

在照明应用方面，我们的技术路线图考虑了如何以及何时将量子点用于LED灯、下变频器，以及普通照明和专业小众应用。在传感器应用方面，我们探索了混合QD-Si可见光图像传感器如何同时实现高分辨率和全局快门，同时也展示了QD-Si红外图像传感器如何克服当前分辨率问题。在光伏应用方面，我们给出了全球量子点光伏技术的最新进展情况，也阐述了尚未克服的商业和技术挑战。

至关重要的是，我们的技术分析考虑了实现每种应用必须满足的要求，并概述了实现目标的当前进展和未来战略。在报告中，我们也考虑了稳定性（空气、热、光）、自吸收、蓝色吸光度、效率、窄带发射（FWHM）等参数。

本报告提供未来十年的市场预测，价值链中三十七家厂商的详细情况和SWOT分析，以及十二种技术应用分析。此外，根据我们和专家交流的观点，给出各种技术何时以及如何进行商业化，深入洞察量子点产业和分析发展趋势。

量子点的变化与增长

量子点不再是一项年轻的技术。自从2001~2005年期间，开创性的公司成立以来，他们的商业化进程并不新鲜。量子点也不是商业化“新手”，因为其已经在LCD显示器中用作远程荧光粉多年。然后，人们可能会认为量子点现在是一项停滞不前的技术，其商业前景缓慢且没什么变化。但是，这种假设是非常错误的。本报告旨在阐明：量子点现在已经进入增长期，而且关键的是，技术的快速变化。

2018~2028年量子点市场预测（按照应用领域划分）

量子点的显示应用：过去与现在

据麦姆斯咨询介绍，量子点在研究领域的首次成功即来源于显示行业。量子点电视的诞生引发了行业内的色彩科技革命，打破了量子点技术走向显示应用的世界难题。量子点电视使用色彩最纯净的量子点背光技术，革命性的实现了全色域显示，能够最真实地还原图像色彩。在全球范围内，韩国三星引领量子点显示技术发展，在产业链上一体化布局、核心工艺掌握方面优势显著，随着中国电视厂商（TCL、海信等）技术的成熟和加大推广以及国内上游供应商崛起和量子点膜成本下降，产业迎来爆发式增长。

（a）“原位制备技术”制备的大面积钙钛矿量子点光学膜；（b）基于钙钛矿量子点光学膜的背光源和显示器样机在CIE色度图中的色域三角形；（c）集成有钙钛矿量子点光学膜的显示器样机与苹果笔记本显示器的显示效果对比

在量子点的发展历史长河中，以CdSe为代表的Ⅱ-Ⅵ族量子点研究的最早，技术也最为成熟，是目前显示背光技术中使用最多的材料。然而，限制这类材料发展的最主要因素还是Cd元素的存在，目前已经有多个国家明确宣布限制含Cd电子产品的使用，2016年1月，中国颁布的《电器电子产品有害物质限制使用管理办法》中，Cd的含量要求低于100ppm，因此寻求非镉材料体系成为发展的必然趋势。

无镉/含镉量子点在显示应用方面的销售占比

在显示应用方面具有重要应用前景的几类量子点材料

基于量子点光学膜的背光技术大多应用在55英寸以上的高端液晶显示器中，到目前为止没有关于采用量子点背光技术的手机或者平板显示器等小尺寸显示器出现，主要原因还是归结于OLED显示技术的飞速发展，在小尺寸屏幕中，OLED显示技术日渐成熟，虽然从色域这一参数上看OLED没有量子点背光技术有优势，但是OLED显示技术相比于基于液晶显示器的量子点背光技术要更加轻薄与节能，完全符合小尺寸显示器件的设计要求和发展趋势。

因此，基于量子点背光技术的显示器要想真正得到普及和推广应用，需要降低功耗和成本。目前量子点光学膜的高成本与量子点材料的用量大以及制备工艺繁琐紧密相关，因此，量子点背光技术应用的关键还要归结到量子点发光材料上，可以从提升量子点发光材料的稳定性出发，开发能够满足“芯片封装型（On-chip）”结构应用的量子点材料。

量子点的其它应用

量子点的应用不局限于显示，还有丰富多彩的其它应用，例如照明、传感器、光伏等。

照明是一种极具吸引力的应用，尤其是因为照明是LED的最大应用。量子点材料将取代荧光粉应用到LED照明产品中。量子点技术采用“芯片封装型（On-chip）”结构的趋势愈发显著，Lumileds（亮锐）和Pacific Light Technology公司展示了首款基于量子点的商业级、高显色指数（CRI）中功率LED。不过，量子点技术在降低镉含量方面还有很多工作要做，以满足国际法规对重金属含量的管控要求。满足要求的技术或将在2019年成熟，但LED制造商是否愿意采用含有镉的下变频器解决方案，将取决于这些基于量子点的LED与传统荧光粉相比的性能差距。

传感器也是一种很有前景的量子点应用，本报告将量子点在传感器方面的应用分为两大类：（1）可见光图像传感器；（2）红外/近红外图像传感器。量子点和可见光成像技术的融合（将量子点沉积在成像读出电路的硅基CMOS芯片上），可以实现具有全局快门、高分辨率（小像素）、高灵敏度的图像传感器。因为量子点层的高灵敏度（如果适当融合）及其分离光敏和处理电路的能力，是有可能实现这种混合QD-Si传感器的。量子点技术也可以制备宽光谱范围图像传感器，比如将吸收光谱调整为对近红外/红外敏感。量子点红外图像传感器由于具有低暗电流、高光电导增益、高吸收率、高探测率和工作温度更高等优越特性，近年来已引起了越来越多研究者的关注。

光伏是另一项有趣的量子点应用。量子点作为光伏器件的优势就在于其在红外区具有较高的吸收效率，这与以硅为代表的传统器件和有机半导体器件是不同的。光伏器件需要具有高的载流子迁移率，而量子点器件恰好满足要求。另外，基于PbS量子点的光伏器件可以直接在空气氛围中制备，在不用封装的情况下，其器件在空气氛围放置半年，效率几乎没有变化，表现出优异的稳定性。新型光伏技术（如钙钛矿）也进入了以中国和硅光伏技术为主导的激烈竞争格局中。