一、基本知識

1、概念：

1）量子點(QuantumDots，QD)是極其微小的無機液態(tài)納米晶體，由有限數(shù)目的原子組成，三個維度尺寸均在納米數(shù)量級，一般為球形或類球形，穩(wěn)定直徑在2~10 nm；

2）球形量子點多采用核殼結(jié)構(gòu)（如下圖），用無機包覆層對核表面進行鈍化或包覆,形成的核/殼結(jié)構(gòu)可以增強量子點的抗光氧化能力、提高化學和熱力學穩(wěn)定性；

▲球形量子點結(jié)構(gòu)圖

3）受到光的刺激時，量子點便會發(fā)出非常純凈的有色光線，光線的顏色由量子點的組成材料和大小形狀決定。一般顆粒越小，則會吸收長波發(fā)出藍色，顆粒越大，則會吸收短波發(fā)出紅色。

4）根據(jù)發(fā)光原理，量子點又分為光致發(fā)光量子點（QD-LCD）和電致發(fā)光量子點（QLED），前者是受到外界光源的刺激獲得能量而產(chǎn)生發(fā)光的過程，后者則是通過加在兩電極的電壓產(chǎn)生電場，被電場激發(fā)的電子碰擊發(fā)光中心，從而導致電子在能級間的躍遷變化而發(fā)光的過程；

2、材料特性：

(1) 量子點的發(fā)射光譜可以通過改變量子點的尺寸大小來控制；

(2) 量子點是無機材料，具有很好的光穩(wěn)定性；

(3) 量子點具有寬的激發(fā)譜和窄的發(fā)射譜，可以滿足超高色域的需求；

(4) 量子點的熒光壽命長(20ns一50ns) ；

(5) 量子點的表面缺陷大導致其穩(wěn)定性差；

▲量子點材料粒徑及對應發(fā)光顏色

▲紅色量子點材料發(fā)射與激發(fā)譜線圖

▲綠色量子點材料發(fā)射與激發(fā)譜線圖

二、行業(yè)相關應用訊息

1、量子點材料

a、量子點材料大多為量子點試劑，粉體類量子點有產(chǎn)家在研發(fā)、制備，但目前未能商業(yè)化。

b、目前商用量子點多為Cd量子點，因為含Cd體系較無Cd體系發(fā)光效率、光轉(zhuǎn)換率高。在實際生活中，依據(jù)歐美ROHS標準鎘基量子點材料依然被限制使用，不過歐美ROHS標準中同時也規(guī)定了，在鎘含量低于0.001%時存在豁免情況。

c、目前量子點作為一種新型材料，成本高。

2、量子點的應用

量子點在應用上的方式主要有兩種：量子點玻璃管、量子點膜，前者的代表廠商有QD Vision，后者的代表廠商有3M、Nanosys。

▲量子點材料應用示意圖

A、量子點玻璃管

1）量子點玻璃管是QD Vision開發(fā)的一種將紅色和綠色量子點熒光粉的聚合物混合在密封的玻璃管中的技術；

2）2013年1月，索尼首次應用此技術于TriluminosHDTV系列電視的商業(yè)應用中；

3）玻璃管的直徑一般為4x2毫米，類似操場的跑道，玻璃管中填充的是量子點熒光粉的混合物，厚度一般為0.7毫米左右，如右圖所示；

4）一般一個55英寸的電視需要用到1-2毫克的量子點與藍色LED搭配使用；

5）2010年，QD Vision的競爭對手Nanosys與LG Innotek合作開發(fā)了一個類似上述玻璃管的設計，名為“量子軌道”，并在2011年拉斯維加斯國際消費電子展上獲得獎項，但該設計從未被采用在商業(yè)應用中。

B、量子點膜

1）量子點膜（QD Enhancement Films，簡稱QDEF ）是一種將量子點熒光粉與聚合物混合均勻后制成膜片中的技術，厚度一般在100um左右；

2）此技術由Nanosys與3M合作開發(fā)，2014年， Nanosys還獲得了LMS公司(韓國)的許可生產(chǎn)類似的的膜片，命名為“Quantum Light AccumulationSystem”，簡稱QLAS；

▲量子點膜片示意圖

3、量子點材料應用難點

① 量子點材料對水、氧、熱的低耐受性：在核殼結(jié)構(gòu)的量子點材料中，表面配體在維護量子點結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，保持量子點高效發(fā)光具有重要的作用。但是受光熱水氧等不良因素影響，量子點表面的配體可能會出現(xiàn)脫落或由于發(fā)生化學反應從而失效的現(xiàn)象。當受光照或者加熱時，由于配體的內(nèi)能增加，原子運動加劇，配體從量子點表面脫落，或者配體斷裂的概率大大增加。水氧條件下，量子點表面配體會發(fā)生復雜的化學反應，從而影響量子點材料的發(fā)光穩(wěn)定。量子點的不穩(wěn)定性主要體現(xiàn)在三個方面：熒光發(fā)射強度降低，峰位移動與半峰寬變寬。這些多種因素導致的不穩(wěn)定性，會大大影響量子點在器件中的應用。既要阻水隔氧，又要保證溫度的事宜，這對器件的封裝提出了很高的要求。

② 量子點材料的團聚：在應用的過程中，量子點的團聚也是影響量子點發(fā)光的重要原因。由于量子點發(fā)光的原理是量子限域效應，僅在量子點體積較小的時候，才能夠保持穩(wěn)定的發(fā)光特性。當量子點團聚的時候，會改變量子點的尺寸，從而使量子點猝滅失效。

所以，在應用的過程中如何使量子點材料維持相對穩(wěn)定的光學性能時目前迫切需要解決的問題。

結(jié)語

量子點材料具有寬的激發(fā)譜、窄的發(fā)射譜、色純度高、光穩(wěn)定性好的特點，是實現(xiàn)超高色域的極佳匹配方案，但在應用中同時也需要解決水、氧、熱等因素以及團聚對量子點材料光性能影響問題。近年來各大廠商也陸續(xù)關注并致力于量子點材料的研發(fā)與應用，我司也于今年加強了量子點方面的封裝與應用研發(fā)，產(chǎn)品涵蓋常規(guī)電視背光、MINI-LED背光與顯示以及藍轉(zhuǎn)色光等方面，相信不久的將來，我們所期待的應用量子點材料的產(chǎn)品將陸續(xù)呈現(xiàn)在大眾的眼前。