量子点材料详细分析

一、基本知识

1、概念：

1）量子点(QuantumDots，QD)是极其微小的无机液态纳米晶体，由有限数目的原子组成，三个维度尺寸均在纳米数量级，一般为球形或类球形，稳定直径在2~10 nm；

2）球形量子点多采用核壳结构（如下图），用无机包覆层对核表面进行钝化或包覆,形成的核/壳结构可以增强量子点的抗光氧化能力、提高化学和热力学稳定性；

▲球形量子点结构图

3）受到光的刺激时，量子点便会发出非常纯净的有色光线，光线的颜色由量子点的组成材料和大小形状决定。一般颗粒越小，则会吸收长波发出蓝色，颗粒越大，则会吸收短波发出红色。

4）根据发光原理，量子点又分为光致发光量子点（QD-LCD）和电致发光量子点（QLED），前者是受到外界光源的刺激获得能量而产生发光的过程，后者则是通过加在两电极的电压产生电场，被电场激发的电子碰击发光中心，从而导致电子在能级间的跃迁变化而发光的过程；

2、材料特性：

(1) 量子点的发射光谱可以通过改变量子点的尺寸大小来控制；

(2) 量子点是无机材料，具有很好的光稳定性；

(3) 量子点具有宽的激发谱和窄的发射谱，可以满足超高色域的需求；

(4) 量子点的荧光寿命长(20ns一50ns) ；

(5) 量子点的表面缺陷大导致其稳定性差；

▲量子点材料粒径及对应发光颜色

▲红色量子点材料发射与激发谱线图

▲绿色量子点材料发射与激发谱线图

二、行业相关应用讯息

1、量子点材料

a、量子点材料大多为量子点试剂，粉体类量子点有产家在研发、制备，但目前未能商业化。

b、目前商用量子点多为Cd量子点，因为含Cd体系较无Cd体系发光效率、光转换率高。在实际生活中，依据欧美ROHS标准镉基量子点材料依然被限制使用，不过欧美ROHS标准中同时也规定了，在镉含量低于0.001%时存在豁免情况。

c、目前量子点作为一种新型材料，成本高。

2、量子点的应用

量子点在应用上的方式主要有两种：量子点玻璃管、量子点膜，前者的代表厂商有QD Vision，后者的代表厂商有3M、Nanosys。

▲量子点材料应用示意图

A、量子点玻璃管

1）量子点玻璃管是QD Vision开发的一种将红色和绿色量子点荧光粉的聚合物混合在密封的玻璃管中的技术；

2）2013年1月，索尼首次应用此技术于TriluminosHDTV系列电视的商业应用中；

3）玻璃管的直径一般为4x2毫米，类似操场的跑道，玻璃管中填充的是量子点荧光粉的混合物，厚度一般为0.7毫米左右，如右图所示；

4）一般一个55英寸的电视需要用到1-2毫克的量子点与蓝色LED搭配使用；

5）2010年，QD Vision的竞争对手Nanosys与LG Innotek合作开发了一个类似上述玻璃管的设计，名为“量子轨道”，并在2011年拉斯维加斯国际消费电子展上获得奖项，但该设计从未被采用在商业应用中。

B、量子点膜

1）量子点膜（QD Enhancement Films，简称QDEF ）是一种将量子点荧光粉与聚合物混合均匀后制成膜片中的技术，厚度一般在100um左右；

2）此技术由Nanosys与3M合作开发，2014年， Nanosys还获得了LMS公司(韩国)的许可生产类似的的膜片，命名为“Quantum Light AccumulationSystem”，简称QLAS；

▲量子点膜片示意图

3、量子点材料应用难点

① 量子点材料对水、氧、热的低耐受性：在核壳结构的量子点材料中，表面配体在维护量子点结构稳定，保持量子点高效发光具有重要的作用。但是受光热水氧等不良因素影响，量子点表面的配体可能会出现脱落或由于发生化学反应从而失效的现象。当受光照或者加热时，由于配体的内能增加，原子运动加剧，配体从量子点表面脱落，或者配体断裂的概率大大增加。水氧条件下，量子点表面配体会发生复杂的化学反应，从而影响量子点材料的发光稳定。量子点的不稳定性主要体现在三个方面：荧光发射强度降低，峰位移动与半峰宽变宽。这些多种因素导致的不稳定性，会大大影响量子点在器件中的应用。既要阻水隔氧，又要保证温度的事宜，这对器件的封装提出了很高的要求。

② 量子点材料的团聚：在应用的过程中，量子点的团聚也是影响量子点发光的重要原因。由于量子点发光的原理是量子限域效应，仅在量子点体积较小的时候，才能够保持稳定的发光特性。当量子点团聚的时候，会改变量子点的尺寸，从而使量子点猝灭失效。

所以，在应用的过程中如何使量子点材料维持相对稳定的光学性能时目前迫切需要解决的问题。

结语

量子点材料具有宽的激发谱、窄的发射谱、色纯度高、光稳定性好的特点，是实现超高色域的极佳匹配方案，但在应用中同时也需要解决水、氧、热等因素以及团聚对量子点材料光性能影响问题。近年来各大厂商也陆续关注并致力于量子点材料的研发与应用，我司也于今年加强了量子点方面的封装与应用研发，产品涵盖常规电视背光、MINI-LED背光与显示以及蓝转色光等方面，相信不久的将来，我们所期待的应用量子点材料的产品将陆续呈现在大众的眼前。