文/史冬梅 楊斌（科技部高技術研究發(fā)展中心） 
        量子點具有優(yōu)異的光學性質，包括全光譜發(fā)光峰位連續(xù)可調、色純度高、穩(wěn)定性好，是一種優(yōu)異的發(fā)光和光電材料，量子點顯示是利用量子點的特殊性能來實現(xiàn)高性能、低成本的顯示技術。本文對量子點顯示材料與器件國內外發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢進行了梳理分析，并提出了我國進一步發(fā)展重點及對策建議。
一、關于量子點材料與顯示技術
        1．定義與內涵
        量子點是可溶液加工、尺寸在量子限域范圍內的無機半導體納米晶體。量子點具有優(yōu)異的光學性質，包括全光譜發(fā)光峰位連續(xù)可調、色純度高、穩(wěn)定性好，是一種優(yōu)異的發(fā)光和光電材料，量子點顯示是利用量子點的特殊性能來實現(xiàn)高性能、低成本的顯示技術。
        2．主要作用與意義
        目前，第一代量子點顯示技術——量子點背光源液晶已經(jīng)實現(xiàn)商業(yè)化。該技術路線利用量子點優(yōu)異的光致發(fā)光性能，取代傳統(tǒng)的熒光粉。
        量子點顯示的下一步發(fā)展目標是徹底擺脫LCD屏技術，開發(fā)有源矩陣量子點發(fā)光二極管（AM-QLED）顯示器件。這種全新的顯示技術將采用QLED陣列作為高精度的紅綠藍三基色像素，即每一個像素都是一個獨立的QLED，并通過薄膜晶體管（TFT）陣列控制驅動電壓，從而實現(xiàn)高分辨的主動發(fā)光控制。相比于背光源LCD屏，主動發(fā)光的AM-QLED屏在黑色表現(xiàn)、高亮度條件等場景的顯示效果更突出，功耗更小，且可適應更寬廣使用環(huán)境溫度范圍。
二、世界發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢
        1. 技術發(fā)展情況
        量子點材料和量子點顯示技術目前處于美、中、韓三強競爭的格局。
        在美國，Columbia、MIT、Berkley作為量子點材料的研究先驅，發(fā)明了金屬有機前體合成方法，分別衍生出了QD Version和Nnao Sys這兩家在量子點行業(yè)有影響力的創(chuàng)新企業(yè)。Flordia大學在QLED方向也有一些創(chuàng)新研究，從而衍生出NanoPhotonica公司。另外，從柯達公司（OLED先驅）衍生出來的Katavaa公司在噴墨打印設備方面頗具特色。Arkansas大學研發(fā)了“綠色量子點合成路線”，以極低成本、極簡單設備制得發(fā)光性能更優(yōu)、更可控的量子點。
        在韓國，量子點方面的研究更多以三星公司為核心，首爾大學、韓國技術研究院等科研單位提供支持的形式進行。雖然韓國在量子點基礎研究領域并無重大原創(chuàng)性工作，但三星在技術整合方面具有優(yōu)勢，組織了超過200人的團隊投入QLED顯示的研發(fā)。另外，三星在確定量子點顯示為下一代技術的核心之后，開啟了積極的并購模式。目前已成功并購美國QDVision，據(jù)業(yè)內消息，三星還在與其他一些量子點公司商討并購、股權投資。
        另外，在歐洲、日本等也有一些量子點顯示研究單位，但單打獨斗的居多，實力相比上述產(chǎn)學研聯(lián)盟稍顯不足。
        在量子點顯示技術發(fā)展趨勢上看，一些關鍵難題有待突破，包括：對量子點電致激發(fā)態(tài)和合成化學之間聯(lián)系的機理探索；藍光QLED原型器件的效率和壽命的提升；噴墨打印制備QLED陣列的關鍵工藝；大屏QLED顯示器件集成技術。
        2. 技術應用情況
        量子點顯示的第一代應用是量子點背光源液晶顯示，即現(xiàn)階段所謂的“量子點電視”“量子點顯示器”已經(jīng)大量推向市場，量子點成為2014—2016年家電行業(yè)TOP關鍵詞。
        目前能夠實現(xiàn)量子點材料以及量子點背光源器件工業(yè)化的企業(yè)為美國QD Vison（最近被三星并購）、美國Nanosys以及中國的納晶科技，主要的顯示產(chǎn)品有兩種形式：量子點管與量子點膜。相比于量子點管，量子點膜具有很大的市場空間，尤其是可以擴展應用于小尺寸顯示，如手機和平板，量子點膜輕薄可彎曲的特性可以在小尺寸充分展現(xiàn)優(yōu)勢。量子點管則成本低廉，能夠耐受攝氏120度左右的高溫。
        3. 相關專利申請情況
        截止2016年，全球量子點相關專利申請數(shù)量已達到1.5萬件，量子點顯示應用專利和量子點材料專利占到量子點專利申請總數(shù)的40—50%左右。中國和美國是專利申請大國，其次為韓國、日本、歐洲。
        量子點材料是量子點顯示技術的核心，專利占25%，量子點顯示應用專利又分為量子點背光產(chǎn)品（比如量子點膜、量子點管、量子點彩膜、含量子點LED）和量子點電致發(fā)光器件QLED。量子點背光系統(tǒng)及背光產(chǎn)品是現(xiàn)階段的專利申請的主要組成部分，占69%，而QLED器件的占比只有6%，尚有很大的發(fā)展?jié)摿Α?br />         從量子點顯示專利申請數(shù)量看，三星的專利數(shù)量遙遙領先，美國的公司和高校排在前列。三星雖然專利數(shù)量很多，但是沒有量子點材料的最核心專利。
        量子點材料的核心專利掌握在一些科研院所與量子點公司的產(chǎn)學研聯(lián)盟手中，比如美國的MIT與QD Vision、Berkely與Nanosys，以及我國的納晶科技與浙江大學。
        量子點背光產(chǎn)品的專利，國外申請人主要是三星、LG、3M、飛利浦、MIT、佛羅里達大學、QD vision和Nanosys，國內主要是浙江大學、納晶科技、TCL、三星、京東方等。量子點背光產(chǎn)品的核心專利掌握在MIT與納晶科技手中，同時各顯示器廠商都在抓緊對量子點背光顯示應用專利進行布局。
        量子點QLED技術還在基礎研發(fā)階段，全球專利數(shù)量不到1000件。國外申請人主要包括MIT、三星、QD vision、大日本印刷等，中國申請人主要包括納晶科技與浙江大學、華星光電、京東方、TCL。面板企業(yè)主要對后續(xù)打印以及量產(chǎn)進行布局，而對核心材料、核心器件結構、核心墨水以及集成，仍然倚重相關企業(yè)。
        量子點材料供應商有Nanosys、QD visio、納晶科技，Nanosys得到MIT和加州大學的專利許可，QD vision得到MIT的專利許可。Nanosys主要供應量子點材料給3M，由3M制造成量子點膜供應給面板廠商。QD vision主要供應量子點管給TCL、飛利浦、索尼。納晶科技同時覆蓋量子點管和量子點膜，供應給TCL、海信、飛利浦等顯示終端制造商，同時也與量子點膜制造商（如3M）有一定程度合作。三星自己生產(chǎn)量子點膜，同時接受陶氏化學的無鎘量子點膜。納晶科技和浙江大學深度合作開發(fā)QLED和量子點材料。
三、我國發(fā)展現(xiàn)狀與水平
        目前，我國的量子點顯示技術在國際上處于第一集團，在量子點材料、QLED器件等方向進展情況如下：
        1. 量子點材料
        浙江大學長期在量子點合成領域處于引領地位，解決了納米晶生長的幾個關鍵問題，奠定了尺寸選擇性合成納米晶的主要路線（油相綠色合成）的科學基礎，并開發(fā)出一系列合成方法，從而為量子點顯示應用提供了決定性材料。其2015年提出的“熵配體”概念，從根本上解決了包括量子點之內的無機納米晶在常見有機溶劑中的低溶解度的問題。目前，浙江大學和納晶科技通過共建實驗室的方式形成緊密的聯(lián)盟，并與顯示業(yè)界TCL、海信等企業(yè)合作，共同參與國際競爭。目前其聯(lián)合開發(fā)的量子點背光產(chǎn)品已經(jīng)在海信、TCL、冠捷等一線廠商量產(chǎn)。
        納晶科技在量子點的產(chǎn)業(yè)化應用上實現(xiàn)了量子點放大生產(chǎn)與量子點背光源產(chǎn)業(yè)的全覆蓋，與美國Nanosys和QDvision一起引領了全球量子點背光源產(chǎn)業(yè)化。通過洽購美國NN-Labs公司，獲得量子點基礎專利，進而把第一代量子點技術—光致發(fā)光量子點電視產(chǎn)業(yè)化。
        國內其它單位也在量子點材料方面有很多亮點。例如，河南大學、TCL研究院、蘇州星爍納米科技有限公司均聚焦于可用于QLED應用的梯度合金系列量子點，他們開發(fā)的這一類量子點具有發(fā)光效率高、制造成本低、發(fā)射光譜半峰寬窄、重金屬“鎘”含量低等特點。
        2. QLED器件
        浙江大學解決了QLED器件中一系列難題，在國際上首次證實通過全新器件結構QLED性能可大幅提高到實用水平，該突破于2014年在《自然》雜志發(fā)表后，入選2014中國科學十大進展和“十二五”國家科技創(chuàng)新成就展。
        河南大學與Flordia大學合作，通過在藍光量子點結構上的改進和量子點表面配體的修飾，實現(xiàn)了藍光量子點最高12%的EQE；南方科技大學研發(fā)了InP/ZnS量子點的無Cd白光QLED器件，并在頂出光QLED器件與柔性QLED器件等方面做出了創(chuàng)新工作；東南大學在電子傳輸層和新型空穴傳輸層材料的制備和器件工程方面取得一定進展。
        3. QLED制造
        目前，國內多家研究機構在打印方面取得了可喜進展。最近，納晶科技和華南理工大學分別展示了打印顯示的原型產(chǎn)品。另外，福州大學、TCL研究院、京東方等單位聚焦于量子點墨水技術開發(fā)、噴墨打印QLED工藝技術、印刷型QLED器件結構設計與性能優(yōu)化等研究，掌握了高適印性量子點墨水配方，以及QLED薄膜噴墨打印技術。此外，福州大學還開發(fā)可制作大面積、高效率QLED器件的刮涂技術。中國科學院北京化學研究所綠色印刷實驗室、蘇州納米研究所做出了很多有特色的工作。
        4. AM-QLED屏
        國內TCL、京東方等企業(yè)已經(jīng)開始相關的布局，例如TCL聘請了一批國外QLED方面的專業(yè)人士，并入股國際打印設備領軍企業(yè)，為其設計與定制打印QLED顯示的商用設備與生產(chǎn)線。
四、我國進一步發(fā)展重點與對策建議
        目前，我國在QLED領域的核心材料、器件以及集成方面都有了先發(fā)優(yōu)勢。如果AM-QLED取得成功，將為中國顯示產(chǎn)業(yè)走向世界前列奠定基礎。
        當前，我國在量子點顯示方向的目標和主要任務是：憑借我國QLED研究的先發(fā)優(yōu)勢，以及量子點材料合成與配體化學的國際先進地位，打通AM-QLED顯示屏的量產(chǎn)技術瓶頸，夯實全產(chǎn)業(yè)鏈的科學和技術基礎，打造自主知識產(chǎn)權體系，使中國顯示行業(yè)占據(jù)技術制高點，進而實現(xiàn)“換道超車”，形成量子點顯示創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)群。
        應進一步加強研發(fā)的重點方向有：研究電致發(fā)光激發(fā)態(tài)與合成化學的關系，為QLED量身訂制量子點；研究新型QLED器件工作機理，優(yōu)選適合打印顯示QLED的器件設計及功能層材料；開發(fā)量子點墨水配方和打印技術，打印制備高性能QLED陣列；實現(xiàn)AM-QLED顯示屏的工藝集成。
為實現(xiàn)以上發(fā)展目標和重點，應進一步采取以下措施：
        1. 將量子點顯示作為顯示領域的重點發(fā)展方向
        未來5—10年將是LCD和電致發(fā)光顯示（包括OLED和QLED）的競爭并存的局面。量子點顯示為我國“換道超車”提供了歷史性的機遇，同時又面臨著技術成熟度不足的現(xiàn)狀。量子點顯示產(chǎn)業(yè)的發(fā)展必然不是一帆風順的，因此，需要將量子點顯示作為顯示領域的重點發(fā)展方向，把來之不易的先發(fā)優(yōu)勢轉換為將來的優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)。
        2. 加強基礎研究，建立國家級研發(fā)平臺
        在國際上，量子點研究年發(fā)表文章數(shù)以萬計。雖然目前在一些方向處于國際領軍地位，但中國在該領域的總體寬度和深度明顯落后。目前在量子點顯示方向，乃至整個量子點大方向上尚缺國家級的科研基地。建議選擇優(yōu)勢單位建設國家重點實驗室或者技術創(chuàng)新中心，作為核心加強國內基礎研究力量的交流和整合，形成一支在基礎研究領域有國際影響力的科研隊伍。
        3. 針對產(chǎn)業(yè)鏈短板，進行集中攻關
        量子點顯示最終是產(chǎn)業(yè)鏈綜合技術與產(chǎn)能的競爭，我國量子點顯示產(chǎn)業(yè)鏈的關鍵短板是適合量產(chǎn)的量子點噴墨打印設備，該短板制約了全鏈條的形成與發(fā)展，因此，需要通過集中攻關與技術引進等多種方式補齊短板。
        4. 加強人才隊伍培養(yǎng)
        目前國內科研單位從事量子點顯示研發(fā)團隊分布在約15個左右的單位，包括浙江大學、福州大學、中科院化學研究所、南方科技大學、東南大學、吉林大學、河南大學、北京理工大學、華南理工大學、南京理工大學、重慶大學等單位。各大企業(yè)量子點研發(fā)團隊包括TCL、納晶科技、京東方科技集團等公司。總人數(shù)（包括研究生在內）約300人左右。我國在量子點顯示方面的人才缺口較大，需要自主培養(yǎng)、加強引進兩方面結合，彌補人才缺口。

本報告為科技創(chuàng)新戰(zhàn)略研究專項項目“重點科技領域發(fā)展熱點跟蹤研究”（項目編號ZLY2015072）的研究成果之一。感謝浙江大學彭笑剛教授的支持。
本文特約編輯：姜念云