量子點(diǎn)概念

量子點(diǎn)（Quantum Dot，QD）是半徑小于或接近于激子波爾半徑的半導(dǎo)體納米晶體，由有限數(shù)目的原子組成，是一種大部由Ⅱ-Ⅵ族或Ⅲ-Ⅴ族元素組成的準(zhǔn)零維納米材料，其三個(gè)維度的尺寸都在1~10nm。

量子點(diǎn)獨(dú)特的性質(zhì)基于它自身的量子效應(yīng)，當(dāng)顆粒尺寸進(jìn)入納米量級(jí)時(shí)，尺寸限域?qū)⒁鸪叽缧?yīng)、量子限域效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)和表面效應(yīng)，從而派生出納米體系具有常觀體系和微觀體系不同的低維物性，展現(xiàn)出許多不同于宏觀體材料的物理化學(xué)性質(zhì)。

報(bào)告提供的內(nèi)容

本報(bào)告提供詳細(xì)的量子點(diǎn)技術(shù)分析，考慮了各種量子點(diǎn)成分，如鎘（Cd）基、銦（In）基以及新興的有機(jī)和無機(jī)鈣鈦礦、PbS、CuInS2、InGaN、量子棒等。此外，報(bào)告還提供了量子點(diǎn)與現(xiàn)有磷光體技術(shù)的詳細(xì)基準(zhǔn)測(cè)試。我們的分析基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)，反映了最新的商業(yè)和學(xué)術(shù)成果。對(duì)于每種材料，我們酌情評(píng)估其性能、主要挑戰(zhàn)、生產(chǎn)工藝及改進(jìn)方向/策略。

量子點(diǎn)背光結(jié)構(gòu)示意圖：（a）“芯片封裝型（On-chip）”結(jié)構(gòu)，量子點(diǎn)發(fā)光材料封裝在藍(lán)光LED貼片上；（b）“側(cè)管封裝型（On-edge）”結(jié)構(gòu)，量子點(diǎn)與基質(zhì)形成的復(fù)合材料置于藍(lán)光LED與導(dǎo)光板的側(cè)邊；（c）“光學(xué)膜集成型（On-surface）”結(jié)構(gòu)，量子點(diǎn)與基質(zhì)形成的量子點(diǎn)光學(xué)膜置于導(dǎo)光板的正上方

本報(bào)告提供的技術(shù)路線圖還考慮了各種應(yīng)用中的技術(shù)組合將如何隨著時(shí)間的推移而變化。在顯示應(yīng)用方面，考慮了各種量子點(diǎn)集成方法的興衰。它表明在“側(cè)管封裝型（On-edge）”過時(shí)之后，“光學(xué)膜集成型（On-surface）”逐漸占據(jù)了主流地位。但是，未來通過材料改進(jìn)實(shí)現(xiàn)的新方法（如彩色濾光片或“芯片封裝型（On-chip）”）將最終取代光學(xué)膜集成型。此外，報(bào)告還將量子點(diǎn)視為顯示器的最終發(fā)光材料，并追蹤效率和壽命改進(jìn)的趨勢(shì)，同時(shí)探索性能、壽命、沉積/圖案化、器件設(shè)計(jì)方面的挑戰(zhàn)。

在照明應(yīng)用方面，我們的技術(shù)路線圖考慮了如何以及何時(shí)將量子點(diǎn)用于LED燈、下變頻器，以及普通照明和專業(yè)小眾應(yīng)用。在傳感器應(yīng)用方面，我們探索了混合QD-Si可見光圖像傳感器如何同時(shí)實(shí)現(xiàn)高分辨率和全局快門，同時(shí)也展示了QD-Si紅外圖像傳感器如何克服當(dāng)前分辨率問題。在光伏應(yīng)用方面，我們給出了全球量子點(diǎn)光伏技術(shù)的最新進(jìn)展情況，也闡述了尚未克服的商業(yè)和技術(shù)挑戰(zhàn)。

至關(guān)重要的是，我們的技術(shù)分析考慮了實(shí)現(xiàn)每種應(yīng)用必須滿足的要求，并概述了實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的當(dāng)前進(jìn)展和未來戰(zhàn)略。在報(bào)告中，我們也考慮了穩(wěn)定性（空氣、熱、光）、自吸收、藍(lán)色吸光度、效率、窄帶發(fā)射（FWHM）等參數(shù)。

本報(bào)告提供未來十年的市場(chǎng)預(yù)測(cè)，價(jià)值鏈中三十七家廠商的詳細(xì)情況和SWOT分析，以及十二種技術(shù)應(yīng)用分析。此外，根據(jù)我們和專家交流的觀點(diǎn)，給出各種技術(shù)何時(shí)以及如何進(jìn)行商業(yè)化，深入洞察量子點(diǎn)產(chǎn)業(yè)和分析發(fā)展趨勢(shì)。

量子點(diǎn)的變化與增長(zhǎng)

量子點(diǎn)不再是一項(xiàng)年輕的技術(shù)。自從2001~2005年期間，開創(chuàng)性的公司成立以來，他們的商業(yè)化進(jìn)程并不新鮮。量子點(diǎn)也不是商業(yè)化“新手”，因?yàn)槠湟呀?jīng)在LCD顯示器中用作遠(yuǎn)程熒光粉多年。然后，人們可能會(huì)認(rèn)為量子點(diǎn)現(xiàn)在是一項(xiàng)停滯不前的技術(shù)，其商業(yè)前景緩慢且沒什么變化。但是，這種假設(shè)是非常錯(cuò)誤的。本報(bào)告旨在闡明：量子點(diǎn)現(xiàn)在已經(jīng)進(jìn)入增長(zhǎng)期，而且關(guān)鍵的是，技術(shù)的快速變化。

2018~2028年量子點(diǎn)市場(chǎng)預(yù)測(cè)（按照應(yīng)用領(lǐng)域劃分）

量子點(diǎn)的顯示應(yīng)用：過去與現(xiàn)在

據(jù)麥姆斯咨詢介紹，量子點(diǎn)在研究領(lǐng)域的首次成功即來源于顯示行業(yè)。量子點(diǎn)電視的誕生引發(fā)了行業(yè)內(nèi)的色彩科技革命，打破了量子點(diǎn)技術(shù)走向顯示應(yīng)用的世界難題。量子點(diǎn)電視使用色彩最純凈的量子點(diǎn)背光技術(shù)，革命性的實(shí)現(xiàn)了全色域顯示，能夠最真實(shí)地還原圖像色彩。在全球范圍內(nèi)，韓國(guó)三星引領(lǐng)量子點(diǎn)顯示技術(shù)發(fā)展，在產(chǎn)業(yè)鏈上一體化布局、核心工藝掌握方面優(yōu)勢(shì)顯著，隨著中國(guó)電視廠商（TCL、海信等）技術(shù)的成熟和加大推廣以及國(guó)內(nèi)上游供應(yīng)商崛起和量子點(diǎn)膜成本下降，產(chǎn)業(yè)迎來爆發(fā)式增長(zhǎng)。

（a）“原位制備技術(shù)”制備的大面積鈣鈦礦量子點(diǎn)光學(xué)膜；（b）基于鈣鈦礦量子點(diǎn)光學(xué)膜的背光源和顯示器樣機(jī)在CIE色度圖中的色域三角形；（c）集成有鈣鈦礦量子點(diǎn)光學(xué)膜的顯示器樣機(jī)與蘋果筆記本顯示器的顯示效果對(duì)比

在量子點(diǎn)的發(fā)展歷史長(zhǎng)河中，以CdSe為代表的Ⅱ-Ⅵ族量子點(diǎn)研究的最早，技術(shù)也最為成熟，是目前顯示背光技術(shù)中使用最多的材料。然而，限制這類材料發(fā)展的最主要因素還是Cd元素的存在，目前已經(jīng)有多個(gè)國(guó)家明確宣布限制含Cd電子產(chǎn)品的使用，2016年1月，中國(guó)頒布的《電器電子產(chǎn)品有害物質(zhì)限制使用管理辦法》中，Cd的含量要求低于100ppm，因此尋求非鎘材料體系成為發(fā)展的必然趨勢(shì)。

無鎘/含鎘量子點(diǎn)在顯示應(yīng)用方面的銷售占比

在顯示應(yīng)用方面具有重要應(yīng)用前景的幾類量子點(diǎn)材料

基于量子點(diǎn)光學(xué)膜的背光技術(shù)大多應(yīng)用在55英寸以上的高端液晶顯示器中，到目前為止沒有關(guān)于采用量子點(diǎn)背光技術(shù)的手機(jī)或者平板顯示器等小尺寸顯示器出現(xiàn)，主要原因還是歸結(jié)于OLED顯示技術(shù)的飛速發(fā)展，在小尺寸屏幕中，OLED顯示技術(shù)日漸成熟，雖然從色域這一參數(shù)上看OLED沒有量子點(diǎn)背光技術(shù)有優(yōu)勢(shì)，但是OLED顯示技術(shù)相比于基于液晶顯示器的量子點(diǎn)背光技術(shù)要更加輕薄與節(jié)能，完全符合小尺寸顯示器件的設(shè)計(jì)要求和發(fā)展趨勢(shì)。

因此，基于量子點(diǎn)背光技術(shù)的顯示器要想真正得到普及和推廣應(yīng)用，需要降低功耗和成本。目前量子點(diǎn)光學(xué)膜的高成本與量子點(diǎn)材料的用量大以及制備工藝繁瑣緊密相關(guān)，因此，量子點(diǎn)背光技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵還要?dú)w結(jié)到量子點(diǎn)發(fā)光材料上，可以從提升量子點(diǎn)發(fā)光材料的穩(wěn)定性出發(fā)，開發(fā)能夠滿足“芯片封裝型（On-chip）”結(jié)構(gòu)應(yīng)用的量子點(diǎn)材料。

量子點(diǎn)的其它應(yīng)用

量子點(diǎn)的應(yīng)用不局限于顯示，還有豐富多彩的其它應(yīng)用，例如照明、傳感器、光伏等。

照明是一種極具吸引力的應(yīng)用，尤其是因?yàn)檎彰魇荓ED的最大應(yīng)用。量子點(diǎn)材料將取代熒光粉應(yīng)用到LED照明產(chǎn)品中。量子點(diǎn)技術(shù)采用“芯片封裝型（On-chip）”結(jié)構(gòu)的趨勢(shì)愈發(fā)顯著，Lumileds（亮銳）和Pacific Light Technology公司展示了首款基于量子點(diǎn)的商業(yè)級(jí)、高顯色指數(shù)（CRI）中功率LED。不過，量子點(diǎn)技術(shù)在降低鎘含量方面還有很多工作要做，以滿足國(guó)際法規(guī)對(duì)重金屬含量的管控要求。滿足要求的技術(shù)或?qū)⒃?019年成熟，但LED制造商是否愿意采用含有鎘的下變頻器解決方案，將取決于這些基于量子點(diǎn)的LED與傳統(tǒng)熒光粉相比的性能差距。

傳感器也是一種很有前景的量子點(diǎn)應(yīng)用，本報(bào)告將量子點(diǎn)在傳感器方面的應(yīng)用分為兩大類：（1）可見光圖像傳感器；（2）紅外/近紅外圖像傳感器。量子點(diǎn)和可見光成像技術(shù)的融合（將量子點(diǎn)沉積在成像讀出電路的硅基CMOS芯片上），可以實(shí)現(xiàn)具有全局快門、高分辨率（小像素）、高靈敏度的圖像傳感器。因?yàn)榱孔狱c(diǎn)層的高靈敏度（如果適當(dāng)融合）及其分離光敏和處理電路的能力，是有可能實(shí)現(xiàn)這種混合QD-Si傳感器的。量子點(diǎn)技術(shù)也可以制備寬光譜范圍圖像傳感器，比如將吸收光譜調(diào)整為對(duì)近紅外/紅外敏感。量子點(diǎn)紅外圖像傳感器由于具有低暗電流、高光電導(dǎo)增益、高吸收率、高探測(cè)率和工作溫度更高等優(yōu)越特性，近年來已引起了越來越多研究者的關(guān)注。

光伏是另一項(xiàng)有趣的量子點(diǎn)應(yīng)用。量子點(diǎn)作為光伏器件的優(yōu)勢(shì)就在于其在紅外區(qū)具有較高的吸收效率，這與以硅為代表的傳統(tǒng)器件和有機(jī)半導(dǎo)體器件是不同的。光伏器件需要具有高的載流子遷移率，而量子點(diǎn)器件恰好滿足要求。另外，基于PbS量子點(diǎn)的光伏器件可以直接在空氣氛圍中制備，在不用封裝的情況下，其器件在空氣氛圍放置半年，效率幾乎沒有變化，表現(xiàn)出優(yōu)異的穩(wěn)定性。新型光伏技術(shù)（如鈣鈦礦）也進(jìn)入了以中國(guó)和硅光伏技術(shù)為主導(dǎo)的激烈競(jìng)爭(zhēng)格局中。