Quantum dot-LED

1. Wat is een quantum dot-LED?

Quantum dot LED is een quantum dot organisch lichtgevend apparaat met een nieuwe structuur die wordt geproduceerd door organische materialen of LED-chips te combineren met zeer efficiënte lichtgevende anorganische nanokristallen. Vergeleken met traditionele organische fosforen hebben kwantumstippen een instelbare luminescentiegolflengte (die zichtbare en nabij-infraroodbanden bedekt), hoge fluorescentie kwantumefficiëntie (kan groter zijn dan 90%), kleine deeltjesgrootte, hoge kleurverzadiging en goedkope oplossingsverwerking, Hoge stabiliteit en andere voordelen. Het is vooral vermeldenswaard dat de hoge kleurzuiverheid van het licht ervoor zorgt dat het kleurengamma de standaard HDTV-kleurendriehoek kan overschrijden. Daarom wordt verwacht dat light-emitting diodes op basis van kwantumdots zullen worden gebruikt in de volgende generatie platte beeldschermen en verlichting.

Karakteriseren de foto-elektrische parameters van quantum dots:

1. Fotoluminescentiespectrum (PL-spectrum): Het fotoluminescentiespectrum geeft de relatie weer tussen de golflengte van het uitgestraalde licht en de lichtintensiteit. Uit het PL-spectrum kan optische basisinformatie worden verkregen, zoals de monochromaticiteit van de luminescentiekleur, het mechanisme van composietluminescentie, de deeltjesgrootte en distributie-uniformiteit van de kwantumdots en de intrinsieke emissiepiekgolflengte. Hoe smaller de halve hoogtebreedte van het fotoluminescentiespectrum van de kwantumdot, hoe beter de monochromaticiteit van de lichtemissie van de kwantumdot en hoe minder defecten en onzuiverheden van het apparaat gecombineerd om licht uit te stralen.

2. Ultraviolet-zichtbaar absorptiespectrum: Het ultraviolet-zichtbare absorptiespectrum van quantum dots weerspiegelt de mate van absorptie van licht van verschillende golflengten door quantum dots. De band gap van quantum dots kan worden berekend uit de positie van de absorptiepiek in het spectrum. De verschuiving tussen de eerste absorptiepiek van het kwantumpuntabsorptiespectrum en de emissiepiek van het fotoluminescentiespectrum is de Stokes-verschuiving. Hoe groter de Stokes-verschuiving, hoe zwakker de zelfabsorptie van de kwantumdot en hoe hoger de fluorescentie-intensiteit van de kwantumdot. .

3. Fotoluminescentie kwantumopbrengst: De fotoluminescentie kwantumopbrengst van de kwantumpuntoplossing wordt gemeten door vergelijking met de fluorescentie-intensiteit van een standaard fluorescerende stof (in het algemeen Rhodamine 6G). De hoge kwantumopbrengst van kwantumdots kan de lichtopbrengst van het apparaat effectief verbeteren, maar de kwantumopbrengst van zuivere nucleaire kwantumdots afgezet in een dunne film zal 1 tot 2 ordes van grootte lager zijn dan de kwantumopbrengst in oplossing. Quantum dots hebben ook een zelfdovend fluorescentiefenomeen, dat wordt veroorzaakt door excitonen in quantum dots met een ongelijke grootteverdeling door middel van Foster-energieoverdracht naar niet-luminescente dots voor niet-stralingsrecombinatie.

Ten tweede, het toepassingsschema van quantum dot-LED in verlichtingsweergave:

Quantum dots hebben smalle emissiepieken, instelbare emissiegolflengten, hoge fluorescentie-efficiëntie en goede kleurverzadiging, en zijn zeer geschikt voor luminescente materialen voor weergaveapparatuur. De toepassing van quantum dot LED op het gebied van verlichtingsweergave omvat hoofdzakelijk twee aspecten: a. Quantum dot backlight-technologie gebaseerd op de fotoluminescentie-eigenschappen van quantum dots (QD-BLU, dat wil zeggen foto-geïnduceerde quantum dot witte LED); B. Quantum-gebaseerde Quantum dot light-emitting diode-technologie (QLED) met dot-elektroluminescentie-eigenschappen.

(1) Quantum dot-achtergrondverlichtingstechnologie

Quantum dot backlight-technologie, namelijk foto-geïnduceerde quantum dot white LED, is een backlight-technologie gebaseerd op de fotoluminescentie-eigenschappen van quantum dots.

(1) Basisprincipes van quantum dot-achtergrondverlichtingstechnologie

Het principe van quantum dot-fotoluminescentie (PL): de quantum dot-laag verkrijgt energie onder een externe lichtbron en het elektron absorbeert de energie van het geëxciteerde foton om over te gaan van de valentieband naar de geleidingsband. De elektronen aan de onderkant van de geleidingsband en de gaten aan de bovenkant van de valentieband kunnen band-side recombinatie luminescentie produceren. Een deel van de elektronen en gaten wordt opgevangen door het relatief ondiepe onzuiverheidsniveau, en de elektronen en gaten die worden opgevangen door het onzuiverheidsniveau kunnen direct recombineren om luminescentie te produceren. Of overgang naar diepere gebreken. Band-edge emissie is het belangrijkste mechanisme van apparaatluminescentie. De gecombineerde luminescentie van defecten en onzuiverheden zal de luminescentie van quantum dots beïnvloeden. Er zijn grofweg twee implementatieschema's voor pure-kleur foto-geïnduceerde quantum dot witlicht-LED's:

1. Kleurconversie

Het kleurconversiemechanisme is om blauwe LED-chips te combineren met groene en rode kwantumdots om witte kwantumdot-leds te maken. Vergeleken met kleurmenging om wit licht te produceren, waarbij de elektroluminescentie van kwantumdots van verschillende kleuren op de juiste manier wordt gemengd, is kleurconversie om wit licht te produceren dat het blauwe licht dat door de LED-chip wordt uitgestraald, wordt geabsorbeerd door de kwantumdots en wordt omgezet in groen licht en rood licht . Het RGB-principe wordt gecombineerd met het resterende blauwe licht om wit licht te vormen.

2. Direct wit licht

Het directe witte-lichtmechanisme betekent dat er slechts één soort lichtemitterende kwantumstip in de lichtemitterende laag is, die wordt geëxciteerd door het ultraviolette licht dat wordt uitgestraald door de ultraviolette LED-chip om licht van meer dan één kleur uit te stralen, en dan direct recombineert om wit licht te produceren. Het mechanisme van kleurmenging en kleurconversie om wit licht te genereren, omvat het probleem van het mengen en balanceren van verschillende lichtkleuren, en de mismatch van elk kleurlicht zal de lichtkwaliteit van de witlicht-LED ernstig beïnvloeden. Daarom hebben mensen grote interesse in het gebruik van fosforen die direct wit licht uitstralen voor solid-state verlichting. Aangezien de meeste lichtemissie van kwantumstippen met direct wit licht betrekking heeft op oppervlaktedefecten, is de efficiëntie laag. Om de ultieme toepassing van direct wit licht quantum dots te realiseren, is het verbeteren van de lichtopbrengst de sleutel tot onderzoek.

(2) Praktische toepassing van quantum dot-achtergrondverlichtingstechnologie

De toepassing van quantum dot-achtergrondverlichtingstechnologie in de praktijk is het combineren van blauwe LED-chips met quantum dot-materialen ter vervanging van witte LED's, de achtergrondlichtbron van traditionele vloeibaar-kristalpanelen. De resulterende vloeibaar-kristalpanelen worden ook wel quantum dot-lcd's genoemd.

Er zijn drie manieren om quantum dots in te kapselen in liquid crystal displays. De eerste is het"On-Chip" methode waarbij het quantum dot-materiaal direct op de blauwe LED-chip wordt geplaatst. De tweede is om de kwantumstippen in een dunne glazen buis te verzegelen. De "On-Edge"-methode wordt geïnstalleerd op de ingangspoort van de LED-verlichting van de geleideplaat van de achtergrondverlichting. De derde methode is de "On-Edge"-methode waarbij het plaatmateriaal met kwantumdots tussen de films tussen de lichtgeleidingsplaat en het vloeibaar-kristalpaneel wordt geplakt. Oppervlakte" methode.

Bron: NANOCO, China Galaxy Securities Research Department

1. Het ontwerpplan van het bedrijf 3M in de Verenigde Staten en het bedrijf Nanosys in Duitsland

In 2012 ontwikkelden 3M en Nanosys samen een Quantum Dot Thickened Film (QDEF) gemaakt van Quantum Dot-materialen die het kleurengamma van het scherm aanzienlijk kan uitbreiden. Door blauwe LED's en QDEF te combineren, kan NTSC (National Television Standards Committee) eenvoudig worden gerealiseerd. Het brede kleurengamma met een verhouding van 100% bereikt hetzelfde kleurexpressievermogen als organische EL, terwijl het standaard kleurengamma van het originele product een NTSC-verhouding van 70% is.

QDEF verspreidt kwantumdots met een diameter van 3nm en 7nm in een dunne film en klemt de kwantumdots vervolgens door een beschermende film (twee lagen zuurstofbarrièrefilm). QDEF is bevestigd tussen de lichtgeleiderplaat van de achtergrondverlichting en het LCD-paneel ("On-Surface" methode), en de achtergrondverlichtingsbron gebruikt blauwe LED's om de originele witte LED's te vervangen. 3nm quantum dots zetten blauw licht om in groen licht onder de bestraling van blauwe LED's, terwijl 7nm quantum dots blauw licht omzetten in rood licht onder de bestraling van blauwe LED's, en vermengen met een deel van het blauwe licht dat door de film gaat om wit licht te verkrijgen . Vergeleken met de originele witte LED met stabiele golflengtekarakteristieken, kan de combinatie van blauwe LED en QDEF rode, groene en blauwe lichtbronnen met scherpe pieken produceren, wat de kleurverzadiging van het LCD-scherm effectief kan verbeteren. Vergeleken met traditionele technologie met een hoog kleurengamma, kan quantum dot-technologie het kleurengamma van LCD met 30% vergroten zonder de CF-filmdikte te vergroten. Aan de andere kant kan het ook de helderheid van de achtergrondverlichting verhogen en energie besparen.

Bron: Nanosys, China Galaxy Securities Research Department

2. Ontwerpplan van het bedrijf QDVision in de Verenigde Staten

QDVision is van mening dat de grondstoffen van kwantumdots kunnen worden gebruikt in liquid crystal displays met een enorme marktschaal, en bevordert" levendigere kleuren" quantum dot lcd-tv's. Als we bijvoorbeeld een 42-inch tv nemen, is er jaarlijks ongeveer 100 ton quantum dot-materialen nodig. Om de snelle opkomst van de markt het hoofd te bieden, is de effectieve methode om de quantum dot-materialen bij de ingang van de lichtgeleidingsplaat te installeren ("On-Edge" methode) in plaats van de licht geleideplaat en het LCD-paneel. Tussen ("On-Surface" methode) is de hoeveelheid quantum dot materiaal die in deze methode wordt gebruikt slechts 1/50 van die bij gebruik van de On-Surface methode, en goedkope en stabiele glazen buizen kunnen worden gebruikt om quantum dot-materialen in te kapselen. Groot kostenvoordeel. Bovendien, hoewel de"On-Chip" methode om quantum dot-materialen op het oppervlak van de LED-chip te plaatsen, kan de jaarlijkse output verminderen tot een tienduizendste (10 kg/jaar), rekening houdend met de warmteontwikkeling van de LED, de"On-Edge" methode is de beste keuze. veilig.

Op de International Consumer Electronics Show (CES) in januari 2013 demonstreerde Sony een lcd-tv die is uitgerust met QDVisions' optisch kwantumdot-materiaal "ColorIQ". Deze lcd-tv heet "Triluminos" en de NTSC-verhouding van het kleurengamma is 70% hoger dan de originele. Verhoogd tot 100%, met behulp van QDVision's quantum dot-technologie, kan hetzelfde kleurexpressievermogen worden verkregen als organische EL.

3. Ontwerpplan van het Britse Nanoco

Nanoco, een Britse leverancier van quantum dot-materialen, heeft samengewerkt met Dow Chemical op het gebied van cadmiumvrije technologie om de quantum dot-markt in te zetten. Op dit moment is de kerntechnologie van het bedrijf': de productie van"CFQD" (cadmiumvrije kwantumdots) die het giftige element cadmium (Cd) niet bevatten, is nog steeds beperkt tot enkele kilo's per jaar, wat niet genoeg is om de groeiende markt rond LCD-panelen aan te kunnen. nodig hebben. Om een ​​grootschalig productiesysteem op te zetten, tekende het bedrijf een exclusieve licentieovereenkomst met Dow Chemical. Het doel is om de productiecapaciteit en toeleveringsketen van Dow Chemical' in de chemische sector te gebruiken om zich voor te bereiden op toekomstige marktuitbreiding. De technologie die door de twee partners wordt gebruikt is een"On-Surface" methode waarbij een plaatmateriaal met quantum dots ingeklemd tussen films tussen de achtergrondverlichting en het LCD-paneel wordt geplakt. Met het oog op de stabiliteit van quantum dot-materialen en de kenmerken dat ze gemakkelijk kunnen worden ingebed in vloeibaar-kristalpanelen, wordt de On-Surface-methode gebruikt om de markt te winnen.

(2) Quantum dot light-emitting diode-technologie

Quantum dot light-emitting diode-technologie, QLED-technologie, is een nieuw type LED-productietechnologie gebaseerd op de elektroluminescentie-eigenschappen van quantum dots, en het is een echte quantum dot light-emitting diode. De op kwantumdot gebaseerde achtergrondverlichtingstechnologie is in wezen een kwantumdot-LCD, dat wil zeggen een kwantumdot plus vloeibaar-kristalpaneel, wat een verbetering is van het bestaande LCD-scherm, geen QLED in de ware zin van het woord.

(1) Basisprincipes van QLED-technologie

Quantum dot-elektroluminescentie (EL)-principe: QLED-elektroluminescentie wordt over het algemeen toegeschreven aan directe recombinatie van dragerinjectie, Forster-resonantie-energieoverdracht of een combinatie van beide. Nadat elektronen en gaten zijn geïnjecteerd, zijn er twee manieren om elektroluminescentie te bereiken: a. De elektronen en gaten worden direct in dezelfde kwantumdot geïnjecteerd om stralingsrecombinatieluminescentie in de kwantumdot te realiseren; B. Injecteer elektronen en gaten in organisch materiaal. De gaten vormen excitonen en dragen vervolgens energie over aan de kwantumstippen in de vorm van Forster-resonantie-energieoverdracht. Een exciton, een elektron-gatpaar, wordt gegenereerd in de kwantumstip, en uiteindelijk recombineert het elektron-gatpaar om een ​​foton uit te zenden. Deze twee benaderingen bestaan ​​tegelijkertijd, wat de lichtopbrengst van QLED's kan maximaliseren.

(2) Vier basisstructuurtypes van QLED

Sinds de elektro-aangedreven QLED in 1994 werd uitgevonden, heeft het apparaat vier structurele ontwikkelingen en veranderingen ondergaan, en zijn de helderheid en externe kwantumefficiëntie sterk verbeterd.

1. Type I: gebruik polymeer als ladingstransportlaag

Deze structuur maakt gebruik van polymeer als de transportlaag van de drager en is de vroegste QLED-apparaatstructuur. De typische structuur van het apparaat bestaat uit CdSe pure nucleaire kwantumdots en dubbele polymeerlagen of een mengsel van beide, ingeklemd tussen twee elektroden. Deze structuur maakt gebruik van pure CdSe-kern met een lage kwantumopbrengst, en er is duidelijk parasitaire elektroluminescentie in het polymeer, dus het apparaat heeft een lagere externe kwantumefficiëntie (EOE) en een kleinere maximale helderheid.

2. Type II: gebruik organische kleine moleculen als ladingstransportlaag

In 2002, Coe et al. stelde een Type II QLED-apparaatstructuur voor die enkellaagse kwantumdots en dubbellaagse OLED's combineert, met behulp van organische materialen met kleine moleculen als de transportlaag van de drager. Deze structuur maakt de toevoeging van een enkellaagse kwantumdotlaag op basis van de OLED mogelijk om het dragertransportproces en het lichtemitterende proces door de organische laag te scheiden, waardoor de externe kwantumefficiëntie van de OLED wordt verbeterd.

Door de OLED-structuur te combineren met een enkele laag kwantumdots, kunnen mensen de hoop zien om de efficiëntie van QLED's te verbeteren. Dit gestructureerde apparaat heeft niet alleen alle voordelen van OLED, maar kan ook de spectrale zuiverheid van het apparaat verbeteren en de afstemming van de lichtkleur realiseren. Het gebruik van een organische laag leidt echter tot een afname van de stabiliteit van het apparaat in de lucht. Net als traditionele OLED's moeten QLED's met deze structuur worden verpakt, wat de productiekosten verhoogt en de flexibiliteit beperkt. Bovendien beperkt de isolatie van het organische halfgeleidermateriaal zelf de verdere optimalisatie van de stroomdichtheid van het apparaat, wat op zijn beurt de lichtemitterende helderheid van het apparaat beperkt, en het brede lichtgevende spectrum van het organische halfgeleidermateriaal is niet bevorderlijk voor het optimaliseren van de kleurzuiverheid van het apparaat.

3. TypeIII: alle anorganische transportlaag voor dragers

Vergeleken met het Type II-structuurtype vervangt dit structuurtype de organische dragertransportlaag door een anorganische dragertransportlaag. Dit verbetert de stabiliteit van het apparaat in de lucht aanzienlijk en stelt het apparaat in staat hogere stroomdichtheden te weerstaan. Caruge et al. gebruikte de sputtermethode om een ​​volledig anorganische QLED te maken met respectievelijk zinktinoxide en nikkeloxide als elektronen- en gatentransportlagen. De maximale stroomdichtheid die het apparaat kan weerstaan, bereikt 4Acm-2, maar de externe kwantumefficiëntie is minder dan 0,1%. De lage efficiëntie van het apparaat wordt toegeschreven aan de vernietiging van de kwantumdots tijdens het sputteren van de oxidelaag, de onbalans van dragerinjectie en het uitdoven van de kwantumdotfluorescentie die wordt gegenereerd wanneer de kwantumdots worden omgeven door geleidende metaaloxiden.

4. Type IV: de organische gatentransportlaag wordt gemengd met de anorganische elektronentransportlaag

Het type IV-structuurtype maakt gebruik van organische en anorganische gemengde transportlagen om QLED-apparaten te maken. De structuur gebruikt in het algemeen N-type anorganische metaaloxidehalfgeleiders als de elektronentransportlaag en P-type organische halfgeleiders als de gatentransportlaag. De QLED van de hybride structuur heeft tegelijkertijd een hoge externe kwantumefficiëntie en een hoge helderheid. Onder hen, Qian et al. meldde dat de externe kwantumefficiëntie 1,7%, 1,8%, 0,22% is en dat de maximale helderheid 31000cdm-2, 68000cdm-2, 4200cdm-2 rode, groene en blauwe gemengde structuur QLED is.

Onlangs is een 4-inch QD-LED-kleurendisplay ontwikkeld met behulp van de Type IV hybride structuur. Met behulp van microcontact-afdruktechnologie bereikt de resolutie van het opgeloste QLED-kleurendisplay 1000 ppi (pixelgrootte is 25 m).

Vergeleken met het Type II-structuurtype, overschrijdt de kwantumdotfilmdikte die wordt gebruikt in de TypeIII- en TypeIV-structuurtypen een enkele laag tot 50 nm. Daarom is het werkingsmechanisme van het type IV-structuurtype gericht op het dragerinjectiemechanisme in plaats van op het Forster-energieoverdrachtsmechanisme.

(3) Voorbereidingsmethode van QLED-apparaat

In de voorbereidingsmethode van QLED-apparaten omvatten de voorbereidingstechnologieën die met succes zijn bewezen, fasescheidingstechnologie, inkjettechnologie en transfertechnologie.

1. Fasescheidingstechnologie

De fasescheidingstechnologie kan colloïdale monolaag kwantumdots met een groot oppervlak goed voorbereiden. De kwantumdotfilm kan worden bereid uit een gemengde kwantumdotoplossing van organisch aromatisch materiaal en alifatisch materiaal door gebruik te maken van een spincoatingmethode. Tijdens het drogen met oplosmiddel worden de twee verschillende materialen gescheiden om een ​​gewenste enkellaagse kwantumdot op het oppervlak van de organische halfgeleider te vormen. Deze methode is betrouwbaar, flexibel en kan tegelijkertijd nauwkeurig worden gecontroleerd met een goede herhaalbaarheid. De oplossingsconcentratie, oplossingsverhouding, kwantumdotgrootteverdeling en de vorm van de kwantumdots hebben allemaal invloed op de structuur van de film. Door deze factoren goed te beheersen, kunnen QLED's worden verkregen met een hoog rendement en een hoge kleurverzadiging. Omdat deze methode echter spincoating gebruikt, kan deze alleen monochromatische beeldschermen produceren.

2. Inkjettechnologie

Voor full-color displays hoopt men een voorbereidingsproces te vinden dat een enkellaags kwantumdotpatroon kan produceren zonder meer eisen te stellen aan materialen en apparaatstructuren. Het inkjetproces is een voorbereidingstechnologie die aan deze voorwaarden voldoet. Inkjettechnologie is het gebruik van printnozzles op micronniveau om de geprepareerde"inkt" met speciale functies op de

Pixeleenheden worden gevormd op het van een patroon voorziene ITO-substraat. Het gebruik van de spraymethode kan de hoeveelheid en positie van de on-demand distributie nauwkeurig regelen, wat de productiekosten kan verlagen, en kan ook een groot gebied en een groot formaat display realiseren.

3. Overdracht technologie

De overdrachtstechnologie is om eerst de quantum dot-oplossing op de siliciumplaat te coaten, dan te verdampen en vervolgens het uitstekende deel in een quantum dot-laag te drukken, de oppervlaktelaag te verwijderen en deze over te brengen op een glassubstraat of een plastic substraat. Dit proces bereikt het meest subpunt Overdracht naar het substraat.

(4) De belangrijkste problemen van de huidige QLED

1. Voorbereidingskosten

De fabricagekosten van QLED-apparaten kunnen grofweg worden onderverdeeld in de kosten van grondstoffen en de fabricagekosten van het verwerken van deze materialen. Aangezien QLED's momenteel vergelijkbare dunnefilmverwerkingstechnologieën in de toolbox gebruiken, zoals inkjet- en microcontactprinten, kwantificering van thermische verdamping en sputteren, enz., hoewel QLED's veel lagere kosten hebben dan OLED's in termen van structuur en fabricagetechnologie, vereisen ze een -vraag productieomgeving. Er is nog enige afstand tussen het en commercialisering.

2. Levensduur:

Op dit moment is de levensduur van QLED-apparaten bij de laagste videohelderheid (100cd/m2) slechts 100-1000 uur, wat veel minder is dan de levensduur die vereist is voor het scherm (meer dan 10.000 uur). Vanwege het ontbreken van diepgaand theoretisch onderzoek op dit moment, kunnen er veel factoren zijn die de korte levensduur van het apparaat veroorzaken. Aangezien QLED-apparaten tot op zekere hoogte op basis van OLED's zijn geëvolueerd, kan de inherente instabiliteit van organisch materiaal als de ladingstransportlaag van QLED's een reden zijn voor hun korte levensduur van het apparaat. Op basis hiervan is het verbeteren van de stabiliteit van de organische stof in het apparaat een onderzoeksrichting geworden om de levensduur van QLED's te verlengen.

Ten derde, de toepassing van quantum dot LED

Quantum-dot-LED's hebben hoofdzakelijk twee toepassingsrichtingen: de ene is een quantum-dot-LCD met behulp van quantum-dot-achtergrondverlichtingstechnologie, en de andere is een quantum-dot light-emitting diode QLED. In deze twee toepassingsrichtingen is de toepassing van quantum dot LCD relatief eenvoudig en volwassen, en zijn er nogal wat producten verschenen, terwijl QLED nog steeds in voortdurende ontwikkeling en verbetering is.

(1) Toepassingsvoordelen van quantum dot LED

Omdat quantum dot-LED's quantum dot-materialen gebruiken, hebben ze natuurlijk veel voordelen ten opzichte van organische fluorescerende materialen.

(2) Overzicht van de ontwikkeling van quantum dot LED-toepassingen

(1) In 2010

LG demonstreerde een nieuw type paneel op de SID International Display Information Conference. Het paneel gebruikt quantum dot-LED's als achtergrondlichtbron. De kleurzuiverheid van het LCD-paneel wordt verder verbeterd, waardoor het kleurengamma van het scherm met 30% wordt uitgebreid.

(2) 2011

NanoPhotonica, een ontwikkelaar van geavanceerde materialen, heeft een belangrijke en haalbare doorbraak gemaakt in de quantum dot LED-displaytechnologie, die binnenkort zal worden gebruikt bij de massaproductie van displays. Displays die zijn geproduceerd met NanoPhotonica-QLED-technologie hebben een betere beeldkwaliteit, terwijl het stroomverbruik met 30% wordt verlaagd, de prijs met 75% wordt verlaagd en de levensduur wordt verdubbeld. Het heeft een breed scala aan toepassingen en kan worden gebruikt in displays van verschillende groottes. Achter het brede scala aan toepassingen schuilt de kosteneffectieve inkjetprinttechnologie die geen vacuümverdamping vereist.

Samsung Electronics gebruikt de organische laag en de anorganische laag als respectievelijk de elektronen- en gatentransportlagen van de quantum dot light-emitting laag om quantum dot light-emitting diodes te fabriceren. Door de quantum dot-film van een patroon te voorzien door de overdrachtsmethode, heeft Samsung Electronics een prototype geproduceerd van een 4-inch full-color actieve matrix QLED-weergaveapparaat.

QDVision demonstreerde een 4-inch full-color quantum dot LED-display op SID. De beeldkwaliteit en efficiëntie van het display hebben het niveau van bestaande OLED's bereikt. QDVision verwacht binnen 3-5 jaar massaproductie van quantum dot LED-displays te realiseren.

Nanosys demonstreerde een kwantumdot-verbeteringsfilm QDEF-technologie op SID in 2011. Deze technologie voegt een kwantumdot-verbeteringsfilm toe tussen de achtergrondverlichting van het LCD-scherm en de displaymodule, waardoor het kleurengamma van het bestaande LCD-scherm met 50% kan worden vergroot. %, waarbij het kleurbereikniveau wordt bereikt met OLED.

In 2011 ontwikkelde Nanosys een 47-inch full HD lcd-tv met een kleurengamma van 80% NTSC met behulp van blauwe LED-excitatie quantum dot light-emitting film als achtergrondlichtbron.

(3) 2013

In juni 2013 lanceerde Sony een high-end lcd-tv-model dat quantum dot-technologie in de achtergrondverlichting gebruikt. In oktober van datzelfde jaar lanceerde Amazon een tabletcomputer die gebruikmaakt van kwantumdots in de LCD-achtergrondverlichting.

(4) 2014

In april is de VX2457sml van ViewSonic, een toonaangevend wereldwijd technologiemerk in de Verenigde Staten, een vertegenwoordiger van quantum dot-technologie. Met quantum dot-weergavetechnologie kan het aantal kleuren dat kan worden weergegeven verder worden verhoogd en kan het weergavekleurengamma van het paneel worden verhoogd tot 99% AdobeRGB, LCD. De kleurzuiverheid van het paneel is ook sterk verbeterd en de de beeldkwaliteit is verbeterd, waardoor gebruikers een professionele en uiterst realistische kleurenweergave krijgen.

In september toonden Samsung Electronics, LGE en TCL voor het eerst lcd-tv's met quantum dot-achtergrondverlichtingstechnologie op de International Consumer Electronics Show (IFA) in Berlijn. Onder hen zal Samsung Electronics in het eerste kwartaal van volgend jaar QDLCD-tv's in massa produceren. SDC zal Opencell leveren. De eerste batch producten zal 55 inch en 66 inch groot zijn en zal worden gepositioneerd in de ultra-high-end markt.

TCL zal het Huaxing 55-inch UHD-paneel en 3MQDEF gebruiken, met een kleurengamma van 105%, en is van plan dit eind 2014 in massaproductie te nemen. LGE heeft ook samengewerkt met QDvision om quantum dot-achtergrondverlichtingstechnologie te ontwikkelen en is van plan om QDLCD-tv's te lanceren, maar de productstrategie in 2015 zal nog steeds gericht zijn op OLED-producten. Sony heeft ook plannen om QDLCD-tv-producten van meer dan 55 inch te lanceren.

Begin 2014 keurde het United States Patent and Trademark Office een patent goed genaamd"Quantum Dot Enhanced Display with Dichroic Filter" ingediend door Apple in 2012. Het patent beschrijft de quantum dot-technologie en hoe deze technologie wordt toegepast op een mobiel apparaat zoals de iPhone.

(5) 2015

Samsung promootte krachtig het nieuwe"SUHDTV" serie op de CES2015 Electronics Show, waarin de voordelen worden benadrukt op het gebied van helderheid, kleurweergave en detailpresentatie, die ook verschillen van gewone UHD (Ultra HD) tv's. Maar in wezen is SUHD ook gebaseerd op quantum dot-technologie, maar Samsung heeft de nanokristal- en beeldverwerkingsengine geoptimaliseerd, die er beter uitziet dan de vorige 4KLED-tv met achtergrondverlichting.

Op CES2015 hield TCL Group ook een conferentie over nieuwe productpromotie op de tentoonstelling, en bracht China's eerste quantum dot TV H9700 uit voor de Noord-Amerikaanse markt, die een hoogtepunt werd van de CES-tentoonstelling van 2015 in de Verenigde Staten .

(6) 2016

Op de IFA-tentoonstelling van 2016 presenteerde Samsung een verscheidenheid aan nieuwe grootbeeld-tv's. Quantum dot-tv's op basis van SUHD hebben niet verwonderlijk de helft van de lucht bezet - naast 19 nieuwe quantum dot-tv's van 43 inch tot 88 inch, heeft Samsung ook het eerste gekromde gamingdisplay met kwantumdot uitgebracht.

In september lanceerde TCL een belangrijke herfstproductlijn, met de lancering van het high-end submerk"Chuangyi" (Engelse naam"Xess"), en zijn quantum dot-tv, tabletcomputer, mobiele telefoon en andere terminalproducten, waarvan de quantum dot TV X2 wordt gebruikt als belangrijke vlaggenschipproducten zullen naar verwachting officieel worden binnen drie maanden op de markt gebracht.

(3) Quantum dot LED-marktanalyse:

De toepassingsmarkt van quantum dot LED's is onderverdeeld in QLED en quantum dot LCD. Aangezien de commercialisering van QLED nog niet volwassen genoeg is, wordt de huidige markt voor kwantumdot LED-toepassingen in wezen bezet door kwantumdot-LCD.

(1) Wereldwijde marktvoorspelling voor QLED-applicaties

Hoewel alle ogen nu gericht zijn op de quantum dot LCD, is QLED de echte quantum dot light-emitting diode, die naar verwachting de volgende generatie OLED-displaytechnologie zal worden. Volgens de toekomstgerichte voorspelling van IDTechExResearch kan de marktomvang van QLED in 2026 11,2 miljard US dollar bereiken, en de marktomvang van het weergaveveld 9,6 miljard US dollar, goed voor ongeveer 85%.

Afbeelding 26: Marktprognose voor QLED-applicaties

(2) Wereldwijde Quantum Dot LCD-marktvoorspelling:

Quantum dot display-technologie bestaat al sinds de jaren negentig, maar is pas sinds kort populair op de tv-markt. LCD-panelen worden al tientallen jaren ontwikkeld en de belangrijkste verbetering ligt in de ontwikkeling van achtergrondverlichtingstechnologie. LED-achtergrondverlichting is nu de mainstream geworden en heeft betere weergave-effecten dan traditionele koude-kathode-fluorescentielamp-achtergrondverlichting. Maar uiteraard is LED-achtergrondverlichting geen wondermiddel. Het zogenaamde"WhiteLED" heeft een zeer breed spectrum. Om meer verzadigde rode, groene en blauwe kleuren weer te geven, is daarom nauwkeurigere dimtechnologie vereist, en er zijn ook enkele knelpunten. De zelflichtende OLED heeft een beter kleurreproductie-effect, maar de kosten zijn erg hoog, de marktacceptatie is laag en massaproductie op grote schaal is erg onrealistisch. Quantum dots zijn een efficiëntere weergavetechnologie in liquid crystal display-technologie. Quantum dots kunnen puur blauwe lichtbronnen omzetten in rood en groen, kleurzweem onderdrukken en een meer gebalanceerde output van de drie primaire kleuren bereiken. Tegelijkertijd zijn het stroomverbruik en de kosten ook lager dan bij OLED. Aangezien quantum dot-technologie een hogere energie-efficiëntie en kleurprestaties kan opleveren, terwijl ook de kosten worden verlaagd, kan quantum dot LCD binnenkort de meest populaire keuze worden in de high-end tv-markt.

De marktomvang van Quantum Dot LCD in 2015 was 77,6 miljoen US dollar, en de verwachting is dat de markt in 2020 477 miljoen US dollar zal bereiken, een jaar-op-jaar stijging van 515%. Het is duidelijk dat de marktomvang van quantum dot-lcd's de komende vijf jaar explosief zal groeien, met een enorm potentieel.

Figuur 27: Voorspelling van de marktomvang van Quantum LCD

Quantum dot LCD heeft drie verpakkingsvormen: On-Surface, On-Edge en On-Chip. Momenteel zijn de eerste twee methoden de belangrijkste verpakkingsvormen van quantum dot LCD. In 2015 bedroeg de marktomvang van kwantumdot-LCD verpakt in On-Surface-vorm en On-Edge-vorm respectievelijk US $ 69,5 miljoen en US $ 8,1 miljoen, en de marktomvang zal naar verwachting US $ 425,4 miljoen en US $ 16,1 miljoen bedragen in 2020, respectievelijk. De marktomvang van het On-Surface-formaat neemt jaar na jaar toe en de marktomvang van het On-Edge-formaat in 2018 zal naar verwachting 20,2 miljoen US dollar bedragen, gevolgd door een neerwaartse trend. Het in On-Chip-formaat verpakte kwantum-LCD zal naar verwachting een marktomvang hebben van 7 miljoen US dollar in 2018 en 3570 US dollar bereiken in 2020, wat de marktomvang van het On-Edge-formaat pakket zal overtreffen. On-surface-verpakkingen zijn de belangrijkste keuze voor quantum dot-lcd's. Het marktaandeel in 2015 was 89,6% en zal naar verwachting 89,1% bedragen in 2020.

Vanwege de uitstekende prestaties zal Quantum LCD veel worden gebruikt in televisieweergave (TV), bewakingsweergave (monitor), notebookcomputerweergave (notebook), tabletcomputerweergave (tablet) en mobiele telefoonweergave (smartphone). In 2015 bedroeg de marktomvang voor tv, monitor en tablet respectievelijk 73,5 miljoen US dollar, 3,5 miljoen US dollar en 500.000 US dollar, en de zendingen waren respectievelijk 1,4 miljoen, 400.000 en 100.000 eenheden. De marktomvang zal naar verwachting respectievelijk in 2020 zijn. Voor 41,3 miljoen US dollar, 24,2 miljoen US dollar en 19,3 miljoen US dollar waren de verzendingen 24,5 miljoen eenheden, 3,2 miljoen eenheden en 4,7 miljoen eenheden. In 2016 bedroeg de marktomvang van notebooks 700.000 dollar, met verzendingen van 100.000 stuks. Geschat wordt dat in 2020 de marktomvang 4 miljoen US dollar zal zijn, met verzendingen van 800.000 eenheden. De marktomvang voor smartphones in 2018 was 1,1 miljoen dollar, met verzendingen van 500.000 stuks. Geschat wordt dat in 2020 de marktomvang 13,5 miljoen dollar zal bedragen, met verzendingen van 7,4 miljoen stuks. Quantum dot TV is het belangrijkste toepassingsgebied van quantum dot LCD, goed voor ongeveer 94,8% van de totale markt in 2015, en naar verwachting zal dit in 2020 ongeveer 87,2% zijn.

Afbeelding 31: Verzendprognose voor Quantum Dot LCD-toepassingen

In de komende vijf jaar zullen quantum dot-tv's het grootste deel van de markt voor quantum dot-lcd-toepassingen innemen. In 2015 waren de verzendingen van 40-49-inch quantum dot-tv's 100.000 eenheden, 50-59 inches waren 800.000 eenheden en 60-69 inches werden verzonden. De inch is 400.000 eenheden en de zendingen zullen tegen 2020 naar verwachting respectievelijk 8,3 miljoen eenheden, 11,9 miljoen eenheden en 3,9 miljoen eenheden bereiken. Geschat wordt dat de verzending van quantum dot-tv's groter dan 70 inch 100.000 eenheden zal zijn in 2017 en 400.000 eenheden in 2020. 40-60 inch is de belangrijkste vraag naar quantum dot-tv's, goed voor 69,2% van de totale verzendingen in 2015 en 82,5 % in 2020. Daarentegen is de vraag naar meer dan 70 inch klein.

Afbeelding 33: Verzendprognose van verschillende formaten quantum dot-tv's

4. Grote wereldwijde fabrikanten van kwantumdots

Op dit moment zijn er ongeveer 60 eenheden in de wereld die quantum dot-onderzoek uitvoeren, waaronder ondernemingen, universiteiten, onderzoeksinstellingen, enz. Onder hen zijn de drie toonaangevende fabrikanten van quantum dot-materialen ter wereld - Nanoco in het Verenigd Koninkrijk, QDVision in de Verenigde Staten en Nanosys in Duitsland hebben geleidelijk een driebenige situatie gevormd, deze drie bedrijven hebben de markt bijna verdeeld en Hangzhou Nanojing Technology Co., Ltd. is de enige binnenlandse onderneming met onderzoeks- en ontwikkelingsmogelijkheden op het gebied van kwantumdottechnologie.

(1) Grote buitenlandse quantum dot-bedrijven

(1) Nanoco, VK

Het Britse Nanoco is opgericht in 2001 en heeft als marktpositie fabrikant en leverancier van milieuvriendelijke cadmiumvrije kwantumdots (CFQD). Het werkte in 2014 samen met Dow Chemical in de Verenigde Staten om liquid crystal displays te produceren met behulp van cadmiumvrije (Cd) quantum dots. Het werd gedemonstreerd tijdens"SID2014" op 2 juni en nam het"On-Surface" pakketvorm, maar er zijn geen openbare rapporten over de toepassingsproducten. Bovendien komt Samsung's aanstaande massaproductie van quantum dot-achtergrondverlichtingsmaterialen voornamelijk van Nanoco en Dow Chemical. De huidige marktkapitalisatie van het bedrijf' is $196 miljoen.

Het bedrijfsresultaat en de nettowinst van Nanoco' bedroegen in 2015 respectievelijk 3,2 miljoen US dollar en 12,9 miljoen US dollar. Zes achtereenvolgende jaren was de nettowinst negatief, groeiend en verliesgevend. Het bedrijfsresultaat in 2015 bestond uit drie delen: royalty- en licentie-inkomsten, quantum dot-materialen en technische diensten, waarvan quantum dot-materialen 21,9% van het bedrijfsresultaat uitmaakten.

Bedrijfsoverzicht Nanoco quantum dot materialen:

1. Display met achtergrondverlichting: CFQD kan het kleurengamma van het display aanzienlijk vergroten (toename met 30%) om het beeld levensechter te maken, de kleur is mooier en het is niet nodig om de bestaande procesmodus voor LCD- en LED-weergave te wijzigen, de kosten is lager en is gemakkelijker te gebruiken door de meeste LCD (LED) Geaccepteerd door de fabrikant. Toepassingsrichting: mobiele telefoonpaneel, tabletcomputer, computerscherm, tv, enz.

2. Verlichting: door de grootte van de CFQD te regelen, kunnen de kleurtemperatuur en kleurweergave-index van het licht nauwkeurig worden aangepast om te voldoen aan de individuele behoeften van klanten aan licht. Bovendien kan, vanwege de uitstekende foto-elektrische conversie-efficiëntie van CFQD, het gebruik van LED-lichtbronnen worden verminderd om meer energiebesparende doeleinden te bereiken. Toepassingsrichting: LED-verpakkingen, LED-verlichtingsapparaten, LED-lampen, LED-verlichtingsproducten, enz.

3. Dunne film zonne-energie: Nanodeeltjes (CIGS) geproduceerd door Nanoco hebben een zeer goede foto-elektrische conversie-efficiëntie. Anders dan de huidige verwerkingsmethoden, kunnen de nanodeeltjes worden gebruikt om dunne film zonnecellen te produceren door de oplossingsmethode, en de materiaalbenuttingsgraad bereikt 90%, wat veel hoger is dan de huidige verdampingsmethode en sputteren

Opnamemethode:

4. Biogeneeskunde: in water oplosbare CFQD en functionele CFQD, toepassingsrichtingen: biobeeldvorming, in vivo en in vitro in vivo diagnose.

(2) QDVision, VS

De Verenigde Staten QDVision werd in 2004 opgericht door onderzoekers van het wereldberoemde Massachusetts Institute of Technology (MIT), waaronder Moungi Bawendi, de vader van de quantum dot-displaytechnologie. Naast het bezit van meer dan 250 patenten en lopende patenten, heeft het ook goedkeuringen verkregen van de Verenigde Staten. Vele prijzen waaronder de beroemde"Presidential Green Chemistry Award" uitgegeven door de Milieudienst. Het werkte samen met Nexxus Lighting uit de Verenigde Staten om in 2009 een commerciële quantum dot-verlichtingsbron te lanceren. De in 2013 uitgebrachte quantum dot-achtergrondverlichtingsbuis werd toegepast op het tv-toestel van Sony Corporation in Japan, met behulp van de"On-Edge" verpakking methode. QDVision beweert dat de maandelijkse output van quantum dot optische componenten 1 miljoen kan bereiken.

QDVision is een leider op het gebied van quantum dot display-technologie. De ColorIQ quantum dot-displaytechnologie biedt een unieke componentoplossing waarmee het display"full gamut" kleuren. Sinds 2013 heeft het bedrijf meer dan een miljoen ColorIQ optische apparaten verkocht en blijft het samenwerken met merken in de tv- en beeldschermmarkt, waaronder TCL, Hisense, Philips en Konka. Quantum dot-tv's en schermen die ColorIQ-technologie gebruiken, hebben het op de lijst in China, Japan en Europa.

ColorIQ quantum dot display-technologie is een geavanceerde lichtemitterende halfgeleidertechnologie die is ontwikkeld door QDVision. Gerelateerde producten zijn gemaakt van quantum dot-materialen, die zeer zuiver en verzadigd rood, groen en blauw licht met een smalle bandbreedte kunnen uitstralen. Door de integratie van de optische componenten van ColorIQ en de weergavetechnologie van de klant, kunnen lcd-tv's een breder kleurengamma en 100% NTSC-standaard bereiken. Toepassingsrichting: lcd-tv met groot scherm, pc, werkstationmonitor, smartphone, verlichtingsveld, enz.

(3) Nanosys, Duitsland

Het Duitse Nanosys werd opgericht in 2001 en is een van de leiders op het gebied van quantum dot-displaytechnologie. Het bedrijf heeft meer dan 300 kwantumdot-display-gerelateerde patenten. In 2012 werkte het samen met 3M om quantum dot dikke film (QDEF)-technologie te ontwikkelen. , Het gebruik van QDEF-technologie kan niet alleen het kleurengamma uitbreiden van 70% van NTSC tot 100%, maar ook de lichtopbrengst, uitgedrukt door de verhouding van de helderheid van het LCD-paneel tot de kracht van de achtergrondverlichting, met ongeveer 50% verhogen. Het neemt het" aan;On-Surface" Pakket formulier.

De activiteiten op het gebied van kwantumdotmaterialen van Nanosys omvatten voornamelijk kwantumdotconcentraten en QDEF-technologie. Het bedrijf heeft momenteel 's werelds grootste productiebasis voor quantum dot-concentraten met een jaarlijkse productie van 25 ton en een jaarlijkse levering van 6 miljoen 60-inch quantum dot-tv's.

Met de mogelijkheid van sub-dot-materialen zal na 2015 een reeks nieuwe quantum dot-producten, zoals quantum dot-buizen, worden gelanceerd. Het bedrijf heeft een nauwe samenwerking tot stand gebracht met enkele bekende computer- en monitormerken zoals 3M, Samsung, Sharp en LG, en zijn producten worden veel gebruikt in tabletcomputers, tv's, smartphones, enz.

(2) Grote binnenlandse bedrijven voor kwantumdots

(1) Hangzhou Najing Technology Co., Ltd.

Najing Technology werd opgericht in augustus 2009. Het is een nationale hightech-onderneming met nieuwe materialen voor quantum-dot-halfgeleiders als kerntechnologie. De hoofdactiviteit is onderzoek, productie en toepassingstechnologie en productontwikkeling van nieuwe kwantumdot-materialen. Dot material's ontwerp, synthese en oppervlaktemodificatie hebben een leidende positie in de wereld, en het is het enige binnenlandse bedrijf dat op de New Third Board staat vermeld. Het heeft sterke wetenschappelijke onderzoekscapaciteiten en de huidige marktwaarde is 1,63 miljard yuan.

Het bedrijfsresultaat en de nettowinst van Najing Technology bedroegen in 2015 respectievelijk 7,31 miljoen yuan en -4,9 miljoen yuan. De nettowinst was vier jaar op rij negatief, maar de verliezen in de afgelopen drie jaar zijn afgenomen. De quantum dot-materialen van het bedrijf' en hun toepassingen bevinden zich in de marktintroductie- en verificatieperiode. Hoewel het onvervangbare technologische concurrentievoordelen heeft en de toepassingsproducten, waaronder kwantumbuizen, in massaproductie zijn begonnen, zijn er nog steeds aanhoudende verliezen voordat objectieve bedrijfsopbrengsten worden gevormd. Operationeel risico. Het bedrijfsresultaat in 2015 bestond uit vijf onderdelen: verlichtingsproducten, lichtgevende halfgeleidermaterialen, technische diensten, biologische producten en displayproducten. Het bedrijfsresultaat bedroeg respectievelijk 56,8%, 26,2%, 11,4%, 4,7% en 1%. Producten weergeven Het aandeel is klein.

Overzicht van de hoofdactiviteit van Najing Technology':

1. Quantum dot-materialen: verdeeld in vier productsystemen: cadmiumbevattende quantum dot-reagentia, cadmiumvrije quantum dot-reagentia, metalen nanokristallen en oxide-nanokristallen, die veel worden gebruikt in lichtgevende apparaten, zonnecellen, katalyse, biomarkers en biogeneeskunde Fundamenteel onderzoek en toepassingsontwikkeling op andere gebieden.

2. ColorIn quantum dot-displaytechnologie: producten omvatten quantum dot light-conversieapparaten (Q-LCD) en quantum dot light-conversiefilms (QLCF), die veel worden gebruikt in eindproducten zoals tv's, monitoren en mobiele telefoons.

3. QLED: het onderzoekscentrum voor OLED-print- en displayprojecten is opgericht en de industriële ontwikkeling van QLED-print- en displaytechnologie wordt actief gepromoot.

4. Biomedicine: een volledige dochteronderneming opgericht, Beijing Najing Biotechnology Co., Ltd., die zich toelegt op de toepassing en promotie van kwantumstippen op het gebied van biowetenschappen. Producten omvatten kwantumdot-markeringen, kwantumdot-labelkits, kwantumdot-snelle inspectieplatforms, enz. .

5. Natuurlijk licht met nanokristallen: met behulp van het exclusieve kwantumdot-nanokristal in combinatie met de CREE wereldwijd geautoriseerde externe excitatietechnologie van de Verenigde Staten, wordt een 3D-siliconen bolvormig masker-lichtuitstralend apparaat ontwikkeld op basis van simulatietechnologie met natuurlijk lichtspectrum, dat meer overlapt dan 95% van het natuurlijke licht en het gezonde zichtbare spectrumgebied. Het is veruit de kunstmatige lichtbron die het dichtst bij natuurlijk licht staat.