LED de punto cuántico

1. ¿Qué es un LED de punto cuántico?

Quantum dot LED es un dispositivo emisor de luz orgánica de puntos cuánticos con una nueva estructura producida mediante la combinación de materiales orgánicos o chips LED con nanocristales inorgánicos emisores de luz de alta eficiencia. En comparación con los fósforos orgánicos tradicionales, los puntos cuánticos tienen una longitud de onda de luminiscencia ajustable (que cubre las bandas visible e infrarroja cercana), alta eficiencia cuántica de fluorescencia (puede ser superior al 90%), tamaño de partícula pequeño, alta saturación de color y procesamiento de soluciones de bajo costo. Alta estabilidad y otras ventajas. Vale la pena señalar especialmente que la alta pureza de color de la luz hace que su gama de colores pueda exceder el triángulo de color estándar de HDTV. Por lo tanto, se espera que los diodos emisores de luz basados ​​en puntos cuánticos se utilicen en la próxima generación de pantallas e iluminación de pantalla plana.

Caracterice los parámetros fotoeléctricos de los puntos cuánticos:

1. Espectro de fotoluminiscencia (espectro PL): El espectro de fotoluminiscencia refleja la relación entre la longitud de onda de la luz emitida y la intensidad luminosa. A partir del espectro PL, se puede obtener información óptica básica como la monocromaticidad del color de luminiscencia, el mecanismo de luminiscencia compuesta, el tamaño de partícula y la uniformidad de distribución de los puntos cuánticos y la longitud de onda máxima de emisión intrínseca. Cuanto más estrecho sea el ancho de media altura del espectro de fotoluminiscencia del punto cuántico, mejor será la monocromaticidad de la emisión de luz del punto cuántico y menos defectos e impurezas del dispositivo combinados para emitir luz.

2. Espectro de absorción ultravioleta-visible: El espectro de absorción ultravioleta-visible de los puntos cuánticos refleja el grado de absorción de la luz de diferentes longitudes de onda por los puntos cuánticos. La banda prohibida de los puntos cuánticos se puede calcular a partir de la posición del pico de absorción en el espectro. El cambio entre el primer pico de absorción del espectro de absorción de puntos cuánticos y el pico de emisión del espectro de fotoluminiscencia es el cambio de Stokes. Cuanto mayor es el desplazamiento de Stokes, más débil es la autoabsorción del punto cuántico y mayor es la intensidad de fluorescencia del punto cuántico. .

3. Rendimiento cuántico de fotoluminiscencia: El rendimiento cuántico de fotoluminiscencia de la solución de punto cuántico se mide comparando con la intensidad de fluorescencia de una sustancia fluorescente estándar (generalmente rodamina 6G). El alto rendimiento cuántico de puntos cuánticos puede mejorar efectivamente la eficiencia luminosa del dispositivo, pero el rendimiento cuántico de puntos cuánticos nucleares puros depositados en una película delgada será de 1 a 2 órdenes de magnitud menor que el rendimiento cuántico en solución. Los puntos cuánticos también tienen un fenómeno de auto-extinción de fluorescencia, que es causado por excitones en puntos cuánticos con distribución de tamaño desigual a través de la transferencia de energía Foster a puntos no luminiscentes para recombinación no radiativa.

En segundo lugar, el esquema de aplicación del LED de punto cuántico en la pantalla de iluminación.

Los puntos cuánticos tienen picos de emisión estrechos, longitudes de onda de emisión ajustables, alta eficiencia de fluorescencia y buena saturación de color, y son muy adecuados para materiales luminiscentes para dispositivos de visualización. La aplicación del LED de punto cuántico en el campo de la visualización de iluminación incluye principalmente dos aspectos: a. Tecnología de retroiluminación de puntos cuánticos basada en las características de fotoluminiscencia de los puntos cuánticos (QD-BLU, es decir, LED blanco de puntos cuánticos fotoinducidos); B. Tecnología de diodos emisores de luz de puntos cuánticos (QLED) basada en Quantum con características de electroluminiscencia de puntos.

(1) Tecnología de retroiluminación de puntos cuánticos

La tecnología de retroiluminación de puntos cuánticos, es decir, el LED blanco de puntos cuánticos fotoinducidos, es una tecnología de retroiluminación basada en las características de fotoluminiscencia de los puntos cuánticos.

(1) Principios básicos de la tecnología de retroiluminación de puntos cuánticos

El principio de fotoluminiscencia de puntos cuánticos (PL): la capa de puntos cuánticos obtiene energía bajo una fuente de luz externa, y el electrón absorbe la energía del fotón excitado para pasar de la banda de valencia a la banda de conducción. Los electrones en la parte inferior de la banda de conducción y los agujeros en la parte superior de la banda de valencia pueden producir luminiscencia de recombinación en el lado de la banda. Una parte de los electrones y huecos son capturados por el nivel de impureza relativamente poco profundo, y los electrones y huecos capturados por el nivel de impurezas pueden recombinarse directamente para producir luminiscencia. O transición a defectos más profundos. La emisión de borde de banda es el principal mecanismo de luminiscencia del dispositivo. La luminiscencia combinada de defectos e impurezas afectará la luminiscencia de los puntos cuánticos. Hay aproximadamente dos esquemas de implementación para los LED de luz blanca de punto cuántico fotoinducidos de color puro:

1. Conversión de color

El mecanismo de conversión de color consiste en combinar chips LED azules con puntos cuánticos verdes y rojos para preparar LED blancos de puntos cuánticos. En comparación con la mezcla de colores para producir luz blanca, mezclando apropiadamente la electroluminiscencia de puntos cuánticos de varios colores, la conversión de color para producir luz blanca es que la luz azul emitida por el chip LED es absorbida por los puntos cuánticos y se convierte en luz verde y luz roja. . El principio RGB se combina con la luz azul restante para formar luz blanca.

2. Luz blanca directa

El mecanismo de luz blanca directa significa que solo hay un tipo de punto cuántico emisor de luz en la capa emisora ​​de luz, que es excitado por la luz ultravioleta emitida por el chip LED ultravioleta para emitir luz de más de un color, y luego directamente se recombina para producir luz blanca. El mecanismo de mezcla y conversión de color para generar luz blanca implica el problema de mezclar y equilibrar varios colores de luz, y la falta de coincidencia de cada luz de color afectará seriamente la calidad de la luz del LED de luz blanca. Por lo tanto, la gente tiene un gran interés en utilizar fósforos que emitan luz blanca directamente para la iluminación de estado sólido. Dado que la mayor parte de la emisión de luz de los puntos cuánticos de luz blanca directa implica defectos superficiales, la eficiencia es baja. Para realizar la aplicación definitiva de puntos cuánticos de luz blanca directa, mejorar la eficiencia luminosa es la clave de la investigación.

(2) Aplicación práctica de la tecnología de retroiluminación de puntos cuánticos

La aplicación de la tecnología de retroiluminación de puntos cuánticos en la práctica es combinar chips LED azules con materiales de puntos cuánticos para reemplazar los LED blancos, la fuente de luz de fondo de los paneles de cristal líquido tradicionales. Los paneles de cristal líquido resultantes también se denominan LCD de puntos cuánticos.

Hay tres formas de encapsular puntos cuánticos en pantallas de cristal líquido. El primero es el" On-Chip" método en el que el material de puntos cuánticos se coloca directamente en el chip LED azul. El segundo es sellar los puntos cuánticos en un tubo de vidrio delgado. El método "On-Edge" se instala en el puerto de entrada de luz LED de la placa de guía de luz de fondo. El tercer método es el método "On-Edge" en el que el material de la hoja con puntos cuánticos intercalados entre las películas se pega entre la placa de guía de luz y el panel de cristal líquido. Superficie" método.

Fuente: NANOCO, Departamento de Investigación de Valores de China Galaxy

1. El plan de diseño de la empresa 3M en Estados Unidos y la empresa Nanosys en Alemania

En 2012, 3M y Nanosys desarrollaron conjuntamente una película engrosada de puntos cuánticos (QDEF) hecha de materiales de puntos cuánticos que pueden expandir enormemente la gama de colores de la pantalla. Combinando LED azules y QDEF, NTSC (Comité Nacional de Estándares de Televisión) se puede realizar fácilmente. La amplia gama de colores con una proporción del 100% logra el mismo poder de expresión de color que el EL orgánico, mientras que la gama de colores estándar del producto original es la proporción NTSC del 70%.

QDEF dispersa puntos cuánticos con diámetros de 3 nm y 7 nm en una película delgada y luego sujeta los puntos cuánticos a través de una película protectora (dos capas de película de barrera de oxígeno). QDEF se coloca entre la placa de guía de luz de la luz de fondo y el panel LCD (método" On-Surface"), y la fuente de luz de fondo utiliza LED azules para reemplazar los LED blancos originales. Los puntos cuánticos de 3 nm convierten la luz azul en luz verde bajo la irradiación de LED azules, mientras que los puntos cuánticos de 7 nm convierten la luz azul en luz roja bajo la irradiación de LED azules y se mezclan con parte de la luz azul que atraviesa la película para obtener luz blanca. . En comparación con el LED blanco original con características de longitud de onda estable, la combinación de LED azul y QDEF puede producir fuentes de luz roja, verde y azul con picos nítidos, lo que puede mejorar efectivamente la saturación de color de la pantalla LCD. En comparación con la tecnología tradicional de gama alta de colores, la tecnología de puntos cuánticos puede aumentar la gama de colores de la pantalla LCD en un 30% sin aumentar el grosor de la película CF. Por otro lado, también puede aumentar el brillo de la luz de fondo y ahorrar energía.

Fuente: Nanosys, Departamento de Investigación de Valores de China Galaxy

2. Plan de diseño de la empresa QDVision en Estados Unidos

QDVision cree que las materias primas de los puntos cuánticos se pueden utilizar en pantallas de cristal líquido con una escala de mercado enorme, y promueve&"colores más vivos &"; televisores LCD de puntos cuánticos. Tomando un televisor de 42 pulgadas como ejemplo, se necesitan alrededor de 100 toneladas de materiales de puntos cuánticos cada año. Para hacer frente al rápido aumento del mercado, el método eficaz es instalar los materiales de puntos cuánticos en la entrada de la placa de guía de luz (método" On-Edge") en lugar de la luz placa guía y el panel LCD. Entre el método (& quot; On-Surface"), la cantidad de material de punto cuántico utilizado en este método es solo 1/50 de la que se utiliza en el método On-Surface, y los tubos de vidrio económicos y estables pueden utilizarse para encapsular materiales de puntos cuánticos. Gran ventaja de costes. Además, aunque el" On-Chip" El método de colocar materiales de puntos cuánticos en la superficie del chip LED puede reducir la producción anual a una diezmilésima (10 kg / año), considerando la generación de calor del LED, el" On-Edge" El método es la mejor opción. a salvo.

En el International Consumer Electronics Show (CES) de enero de 2013, Sony hizo una demostración de un televisor LCD equipado con el material óptico de punto cuántico de QDVisions “ColorIQ”. Este televisor LCD se llama "Triluminos" y la relación de la gama de colores NTSC es un 70% más alta que la original. Incrementado al 100%, utilizando la tecnología de puntos cuánticos de QDVision &, puede obtener el mismo poder de expresión de color que el EL orgánico.

3. Plan de diseño de British Nanoco

Nanoco, un proveedor británico de materiales de puntos cuánticos, ha cooperado con Dow Chemical en el campo de la tecnología sin cadmio para implementar el mercado de puntos cuánticos. En la actualidad, la tecnología central de la empresa' la producción de" CFQD" (puntos cuánticos sin cadmio) que no contiene el elemento tóxico cadmio (Cd) todavía se limita a unos pocos kilogramos por año, lo que no es suficiente para satisfacer el creciente mercado centrado en los paneles LCD. necesitar. Para establecer un sistema de producción a gran escala, la empresa firmó un acuerdo de licencia exclusiva con Dow Chemical. El propósito es utilizar la capacidad de producción y la cadena de suministro de Dow Chemical&en el campo químico para prepararse para la futura expansión del mercado. La tecnología utilizada por los dos socios es un" On-Surface" Método en el que una hoja de material con puntos cuánticos intercalados entre películas se pega entre la luz de fondo y el panel LCD. En vista de la estabilidad de los materiales de puntos cuánticos y las características de ser fácilmente incrustados en paneles de cristal líquido, se adopta el método On-Surface para ganar el mercado.

(2) Tecnología de diodos emisores de luz de punto cuántico

La tecnología de diodo emisor de luz de punto cuántico, tecnología QLED, es un nuevo tipo de tecnología de fabricación de LED basada en las características de electroluminiscencia de los puntos cuánticos, y es un diodo emisor de luz de punto cuántico real. La tecnología de retroiluminación basada en puntos cuánticos es esencialmente una pantalla LCD de puntos cuánticos, es decir, un panel de punto cuántico más cristal líquido, que es una mejora de la pantalla LCD existente, no un QLED en el verdadero sentido.

(1) Principios básicos de la tecnología QLED

Principio de electroluminiscencia de punto cuántico (EL): la electroluminiscencia QLED generalmente se atribuye a la recombinación de inyección directa del portador, la transferencia de energía de resonancia de Forster o una combinación de las dos. Después de inyectar los electrones y los huecos, hay dos formas de lograr la electroluminiscencia: a. Los electrones y los huecos se inyectan directamente en el mismo punto cuántico para realizar la luminiscencia de recombinación de radiación en el punto cuántico; B. Inyecta electrones y huecos en materia orgánica. Los agujeros forman excitones y luego transfieren energía a los puntos cuánticos en forma de transferencia de energía de resonancia Forster. Un excitón, un par electrón-hueco, se genera en el punto cuántico, y finalmente el par electrón-hueco se recombina para emitir un fotón. Estos dos enfoques existen al mismo tiempo, lo que puede maximizar la eficiencia luminosa de los QLED.

(2) Cuatro tipos de estructura básica de QLED

Desde que se inventó el QLED electroaccionado en 1994, el dispositivo ha experimentado cuatro desarrollos y cambios estructurales, y su brillo y eficiencia cuántica externa se han mejorado enormemente.

1. Tipo I: utilice polímero como capa de transporte de carga

Esta estructura utiliza polímero como capa de transporte portadora y es la estructura de dispositivo QLED más antigua. Su estructura de dispositivo típica está compuesta por puntos cuánticos nucleares puros de CdSe y capas dobles de polímero o una mezcla de los dos, intercalados entre dos electrodos. Esta estructura utiliza CdSe de núcleo puro con bajo rendimiento cuántico, y hay un parásito de electroluminiscencia obvio en el polímero, por lo que el dispositivo tiene una eficiencia cuántica externa (EOE) más baja y un brillo máximo menor.

2. Tipo II: Utilice moléculas pequeñas orgánicas como capa de transporte de carga.

En 2002, Coe et al. propuso una estructura de dispositivo QLED de Tipo II que combina puntos cuánticos de una sola capa y OLED de doble capa, utilizando materiales orgánicos de moléculas pequeñas como capa de transporte portadora. Esta estructura permite la adición de una capa de puntos cuánticos de una sola capa sobre la base del OLED para separar el proceso de transporte del portador y el proceso de emisión de luz a través de la capa orgánica, mejorando así la eficiencia cuántica externa del OLED.

La combinación de la estructura OLED con una sola capa de puntos cuánticos permite a las personas ver la esperanza de mejorar la eficiencia de los QLED. Este dispositivo estructurado no solo tiene todas las ventajas de OLED, sino que también puede mejorar la pureza espectral del dispositivo y realizar la sintonización del color luminoso. Sin embargo, el uso de una capa orgánica conduce a una disminución de la estabilidad del dispositivo en el aire. Al igual que los OLED tradicionales, los QLED con esta estructura deben estar empaquetados, lo que aumenta el costo de producción y limita la flexibilidad. Además, el aislamiento del material semiconductor orgánico en sí mismo limita la optimización adicional de la densidad de corriente del dispositivo, que a su vez limita el brillo de emisión de luz del dispositivo, y el amplio espectro de emisión de luz del material semiconductor orgánico no es propicio para optimizar la pureza del color del dispositivo.

3. Tipo III: Toda la capa de transporte de portadores inorgánicos

En comparación con el tipo de estructura Tipo II, este tipo de estructura reemplaza la capa de transporte de portadores orgánicos con una capa de transporte de portadores inorgánicos. Esto mejora en gran medida la estabilidad del dispositivo en el aire y permite que el dispositivo soporte densidades de corriente más altas. Caruge y col. utilizó el método de pulverización catódica para preparar un QLED totalmente inorgánico con óxido de zinc estaño y óxido de níquel como capas de transporte de electrones y huecos, respectivamente. La densidad de corriente máxima que puede soportar el dispositivo alcanza los 4Acm-2, pero la eficiencia cuántica externa es inferior al 0,1%. La baja eficiencia del dispositivo se atribuye a la destrucción de los puntos cuánticos durante la pulverización catódica de la capa de óxido, el desequilibrio de la inyección del portador y la extinción de la fluorescencia de puntos cuánticos generada cuando los puntos cuánticos están rodeados por óxidos metálicos conductores.

4. Tipo IV: La capa de transporte de huecos orgánicos se mezcla con la capa de transporte de electrones inorgánicos.

El tipo de estructura TypeIV utiliza capas de transporte de portadoras mixtas orgánicas e inorgánicas para fabricar dispositivos QLED. La estructura generalmente utiliza semiconductores de óxido metálico inorgánico de tipo N como capa de transporte de electrones y semiconductores orgánicos de tipo P como capa de transporte de huecos. El QLED de la estructura híbrida tiene una alta eficiencia cuántica externa y un alto brillo al mismo tiempo. Entre ellos, Qian et al. informó que la eficiencia cuántica externa es 1.7%, 1.8%, 0.22%, y el brillo máximo es 31000cdm-2, 68000cdm-2, 4200cdm-2 rojo, verde y azul de estructura mixta QLED.

Recientemente, se ha desarrollado una pantalla a color QD-LED de 4 pulgadas utilizando la estructura híbrida Tipo IV. Con la tecnología de impresión por microcontacto, la resolución de la pantalla a color QLED solubilizada alcanza los 1000 ppp (el tamaño de píxel es de 25 μm).

En comparación con el tipo de estructura Tipo II, el grosor de la película de puntos cuánticos utilizado en los tipos de estructura Tipo III y Tipo IV supera una capa única a 50 nm. Por lo tanto, el mecanismo de trabajo del tipo de estructura TypeIV se centra en el mecanismo de inyección del portador en lugar del mecanismo de transferencia de energía de Forster.

(3) Método de preparación del dispositivo QLED

En el método de preparación de los dispositivos QLED, las tecnologías de preparación que se han probado con éxito incluyen la tecnología de separación de fases, la tecnología de inyección de tinta y la tecnología de transferencia.

1. Tecnología de separación de fases

La tecnología de separación de fases puede preparar bien puntos cuánticos de monocapa coloidal ordenados de gran área. La película de puntos cuánticos se puede preparar a partir de una solución mixta de puntos cuánticos de material aromático orgánico y material alifático utilizando un método de recubrimiento por rotación. Durante el secado con disolvente, los dos materiales diferentes se separan para formar un punto cuántico de capa única deseado en la superficie del semiconductor orgánico. Este método es confiable, flexible y se puede controlar con precisión al mismo tiempo con buena repetibilidad. La concentración de la solución, la relación de la solución, la distribución del tamaño de los puntos cuánticos y la forma de los puntos cuánticos afectan la estructura de la película. Controlando bien estos factores se pueden obtener QLED con alta eficiencia y alta saturación de color. Sin embargo, debido a que este método utiliza recubrimiento por rotación, solo puede producir pantallas de visualización monocromáticas.

2. Tecnología de inyección de tinta

Para las pantallas a todo color, se espera encontrar un proceso de preparación que pueda producir un patrón de puntos cuánticos de una sola capa sin imponer más requisitos a los materiales y las estructuras de los dispositivos. El proceso de inyección de tinta es una tecnología de preparación que cumple estas condiciones. La tecnología de inyección de tinta consiste en utilizar boquillas de impresión a nivel de micras para rociar la tinta" preparada" con funciones especiales en el

Las unidades de píxel se forman sobre el sustrato ITO estampado. El uso del método de rociado puede controlar con precisión la cantidad y la posición de la distribución a pedido, lo que puede reducir el costo de producción y también puede realizar un área grande y una pantalla de gran tamaño.

3. Transferencia de tecnología

La tecnología de transferencia consiste en recubrir primero la solución de puntos cuánticos sobre la placa de silicio, luego evaporar y luego presionar la parte que sobresale en una capa de puntos cuánticos, quitar la capa superficial y transferirla a un sustrato de vidrio o plástico. Este proceso logra la mayor transferencia de subpuntos al sustrato.

(4) Los principales problemas del QLED actual

1. Costo de preparación

El costo de fabricación de los dispositivos QLED se puede dividir aproximadamente en el costo de las materias primas y el costo de fabricación del procesamiento de estos materiales. Dado que los QLED actualmente utilizan tecnologías de procesamiento de película delgada de caja de herramientas similares, como la impresión por inyección de tinta y microcontacto, la cuantificación y la pulverización catódica de la evaporación térmica, etc., aunque los QLED tienen un costo mucho menor que los OLED en términos de estructura y tecnología de fabricación, requieren una alta -entorno de fabricación a demanda. Todavía hay cierta distancia entre esto y la comercialización.

2. Vida útil

En la actualidad, la vida útil de los dispositivos QLED con el brillo de video más bajo (100 cd / m2) es de solo 100-1000 horas, que es mucho menor que la vida útil requerida por la pantalla (más de 10,000 horas). Debido a la falta de investigación teórica en profundidad en la actualidad, puede haber muchos factores que provoquen la corta vida útil del dispositivo. A medida que los dispositivos QLED evolucionaron sobre la base de los OLED hasta cierto punto, la inestabilidad inherente de la materia orgánica como capa de transporte de carga de los QLED puede ser una de las razones de su corta vida útil. Sobre esta base, mejorar la estabilidad de la materia orgánica en el dispositivo se ha convertido en una dirección de investigación para aumentar la vida útil de los QLED.

En tercer lugar, la aplicación de LED de puntos cuánticos.

Los LED de puntos cuánticos tienen principalmente dos direcciones de aplicación: una es una pantalla LCD de puntos cuánticos que utiliza tecnología de retroiluminación de puntos cuánticos y la otra es un diodo emisor de luz de puntos cuánticos QLED. En estas dos direcciones de aplicación, la aplicación de LCD de puntos cuánticos es relativamente simple y madura, y han aparecido bastantes productos, mientras que QLED todavía está en continuo desarrollo y mejora.

(1) Ventajas de la aplicación del LED de punto cuántico

Dado que los LED de puntos cuánticos utilizan materiales de puntos cuánticos, naturalmente tienen muchas ventajas sobre los materiales fluorescentes orgánicos.

(2) Descripción general del desarrollo de aplicaciones LED de puntos cuánticos

(1) En 2010

LG hizo una demostración de un nuevo tipo de panel en la Conferencia Internacional de Información de Pantallas SID. El panel utiliza LED de puntos cuánticos como fuente de luz de fondo. La pureza del color del panel LCD se mejorará aún más, expandiendo así la gama de colores de la pantalla del panel en un 30%.

(2) 2011

NanoPhotonica, un desarrollador de materiales avanzados, ha logrado un avance importante y factible en la tecnología de pantallas LED de puntos cuánticos, que pronto se utilizará en la producción en masa de pantallas. Las pantallas producidas con tecnología NanoPhotonica-QLED tendrán una mejor calidad de imagen, mientras que el consumo de energía se reducirá en un 30%, el precio se reducirá en un 75% y la vida útil se duplicará. Tiene una amplia gama de usos y se puede utilizar en pantallas de varios tamaños. Detrás de la amplia gama de usos se encuentra la tecnología de impresión de inyección de tinta rentable que no requiere evaporación al vacío.

Samsung Electronics utiliza la capa orgánica y la capa inorgánica como las capas de transporte de electrones y huecos de la capa emisora ​​de luz de puntos cuánticos, respectivamente, para fabricar diodos emisores de luz de puntos cuánticos. Al modelar la película de puntos cuánticos mediante el método de transferencia, Samsung Electronics ha producido un prototipo de un dispositivo de pantalla QLED de matriz activa a todo color de 4 pulgadas.

QDVision demostró una pantalla LED de punto cuántico a todo color de 4 pulgadas en SID. La calidad de imagen y la eficiencia de la pantalla han alcanzado el nivel de los OLED existentes. QDVision espera lograr la producción en masa de pantallas LED de puntos cuánticos dentro de 3-5 años.

Nanosys demostró una tecnología QDEF de película de mejora de puntos cuánticos en SID en 2011. Esta tecnología agrega una película de mejora de puntos cuánticos entre la unidad de retroiluminación de la pantalla LCD y el módulo de pantalla, lo que puede aumentar la gama de colores de la pantalla LCD existente en un 50%. %, alcanzando el nivel de la gama de colores con OLED.

En 2011, Nanosys desarrolló un televisor LCD Full HD de 47 pulgadas con una gama de colores del 80% NTSC utilizando una película emisora ​​de luz de punto cuántico de excitación LED azul como fuente de luz de fondo.

(3) 2013

En junio de 2013, Sony lanzó un modelo de televisor LCD de alta gama que utiliza tecnología de puntos cuánticos en la retroiluminación. En octubre del mismo año, Amazon lanzó una tableta que usa puntos cuánticos en la luz de fondo de la pantalla LCD.

(4) 2014

En abril, el VX2457sml de ViewSonic, una marca de tecnología global líder en los Estados Unidos, es un representante de la tecnología de puntos cuánticos. Con la tecnología de visualización de puntos cuánticos, la cantidad de colores que se pueden mostrar se puede aumentar aún más y la gama de colores de la pantalla del panel se puede aumentar al 99% AdobeRGB, LCD La pureza del color del panel también se ha mejorado en gran medida, y el Se ha mejorado la calidad de la imagen, lo que ofrece a los usuarios una pantalla en color profesional y extremadamente realista.

En septiembre, Samsung Electronics, LGE y TCL exhibieron televisores LCD con tecnología de retroiluminación de puntos cuánticos por primera vez en el International Consumer Electronics Show (IFA) en Berlín. Entre ellos, Samsung Electronics producirá televisores QDLCD en masa en el primer trimestre del próximo año. SDC proporcionará Opencell. El primer lote de productos tendrá un tamaño de 55 pulgadas y 66 pulgadas, y se posicionará en el mercado de ultra alta gama.

TCL utilizará el panel UHD Huaxing de 55 pulgadas y 3MQDEF, con una gama de colores del 105%, y planea producirlo en masa a finales de 2014. LGE también ha estado cooperando con QDvision para desarrollar tecnología de retroiluminación de puntos cuánticos y planea lanzar televisores QDLCD, pero su estrategia de producto en 2015 seguirá centrándose en productos OLED. Sony también tiene planes de lanzar productos de TV QDLCD de más de 55 pulgadas.

A principios de 2014, la Oficina de Marcas y Patentes de los Estados Unidos aprobó una patente llamada" Pantalla mejorada de puntos cuánticos con filtro dicroico" presentada por Apple en 2012. La patente detalla la tecnología de puntos cuánticos y cómo se aplica esta tecnología en un dispositivo móvil como el iPhone.

(5) 2015

Samsung promovió vigorosamente el nuevo" SUHDTV" en el Salón de Electrónica CES2015, destacando sus ventajas en brillo, reproducción de color y presentación de detalles, que también son diferentes de los televisores UHD (Ultra HD) ordinarios. Pero en esencia, SUHD también se basa en la tecnología de puntos cuánticos, pero Samsung ha optimizado el motor de procesamiento de imágenes y nanocristales, que se ve mejor que el anterior televisor con retroiluminación 4KLED.

En CES2015, TCL Group también celebró una conferencia de promoción de nuevos productos en la exposición y lanzó el primer televisor de punto cuántico H9700 de China¶ el mercado norteamericano, que se convirtió en un punto destacado de la exposición CES 2015 en los Estados Unidos. .

(6) 2016

En la exposición IFA de 2016, Samsung mostró una variedad de nuevos televisores de pantalla grande. Como era de esperar, los televisores de puntos cuánticos basados ​​en SUHD han ocupado la mitad del cielo; además de los 19 nuevos televisores de puntos cuánticos que cubren de 43 a 88 pulgadas, Samsung también lanzó la primera pantalla de juegos curvada de puntos cuánticos.

En septiembre, TCL lanzó una importante línea de productos otoñales, lanzando la submarca de alta gama" Chuangyi" (Nombre en inglés" Xess"), y su televisor de punto cuántico, tableta, teléfono móvil y otros productos terminales, de los cuales se utiliza el televisor de punto cuántico X2 como productos emblemáticos importantes. lanzado al mercado en tres meses.

(3) Análisis de mercado de aplicaciones LED de puntos cuánticos

El mercado de aplicaciones de los LED de puntos cuánticos se divide en QLED y LCD de puntos cuánticos. Dado que la comercialización de QLED no está lo suficientemente madura, el mercado actual de aplicaciones LED de puntos cuánticos está básicamente ocupado por LCD de puntos cuánticos.

(1) Pronóstico global del mercado de aplicaciones QLED

Aunque ahora todos los ojos están puestos en la pantalla LCD de punto cuántico, QLED es el diodo emisor de luz de punto cuántico real, que se espera que se convierta en la próxima generación de tecnología de pantalla OLED. Según el pronóstico prospectivo de IDTechExResearch, el tamaño del mercado de QLED puede alcanzar los 11.200 millones de dólares estadounidenses para 2026, y el tamaño del mercado del campo de visualización es de 9.600 millones de dólares estadounidenses, lo que representa aproximadamente el 85%.

Figura 26: Previsión de escala de mercado de aplicaciones QLED

(2) Pronóstico global del mercado de aplicaciones LCD Quantum Dot

La tecnología de visualización de puntos cuánticos ha existido desde la década de 1990, pero solo recientemente se ha vuelto popular en el mercado de la televisión. Los paneles LCD se han desarrollado durante décadas y la principal mejora radica en el desarrollo de la tecnología de retroiluminación. Las luces de fondo LED se han convertido en la corriente principal y tienen mejores efectos de visualización que las luces de fondo tradicionales de lámparas fluorescentes de cátodo frío. Pero, obviamente, la retroiluminación LED no es una panacea. El llamado" WhiteLED" tiene un espectro muy amplio. Por lo tanto, para mostrar colores rojo, verde y azul más saturados, se requiere una tecnología de atenuación más precisa y también existen algunos cuellos de botella. El OLED autoluminoso tiene un mejor efecto de reproducción del color, pero el costo es muy alto, la aceptación del mercado es baja y la producción en masa a gran escala es muy poco realista. Los puntos cuánticos son una tecnología de visualización más eficiente en la tecnología de visualización de cristal líquido. Los puntos cuánticos pueden convertir fuentes de luz azul puro en rojo y verde, suprimir el tinte de color y lograr una salida más equilibrada de los tres colores primarios. Al mismo tiempo, su consumo de energía y su costo también son más bajos que los de OLED. Teniendo en cuenta que la tecnología de puntos cuánticos puede brindar una mayor eficiencia energética y rendimiento de color, al tiempo que reduce los costos, la pantalla LCD de puntos cuánticos pronto se convertirá en la opción más popular en el mercado de televisores de alta gama.

El tamaño del mercado de LCD de puntos cuánticos en 2015 fue de 77,6 millones de dólares estadounidenses, y se espera que el tamaño del mercado alcance los 477 millones de dólares estadounidenses en 2020, un aumento interanual del 515%. Puede verse que el tamaño del mercado de los LCD de puntos cuánticos mostrará un crecimiento explosivo en los próximos cinco años, con un enorme potencial.

Figura 27: Pronóstico del tamaño del mercado de LCD cuántico

Quantum dot LCD tiene tres formas de empaque: On-Surface, On-Edge y On-Chip. Actualmente, los dos primeros métodos son las principales formas de empaquetado de LCD de puntos cuánticos. En 2015, el tamaño del mercado de LCD de puntos cuánticos empaquetados en forma On-Surface y On-Edge fue de 69,5 millones de dólares y 8,1 millones de dólares, respectivamente, y se espera que el tamaño del mercado sea de 425,4 millones de dólares y 16,1 millones de dólares para 2020. respectivamente. El tamaño del mercado del formato On-Surface aumenta año tras año, y se espera que el tamaño del mercado del formato On-Edge en 2018 alcance los 20,2 millones de dólares estadounidenses, seguido de una tendencia a la baja. Se espera que el LCD cuántico empaquetado en formato On-Chip tenga un tamaño de mercado de 7 millones de dólares estadounidenses en 2018 y alcance los 3570 dólares estadounidenses en 2020, lo que superará el tamaño de mercado del paquete de formato On-Edge. El empaquetado en la superficie es la opción principal para las pantallas LCD de puntos cuánticos. La cuota de mercado en 2015 fue del 89,6% y se espera que represente el 89,1% en 2020.

Debido a su excelente rendimiento, la pantalla LCD cuántica se utilizará ampliamente en pantallas de televisión (TV), pantallas de monitoreo (monitores), pantallas de computadoras portátiles (portátiles), pantallas de tabletas (tabletas) y pantallas de teléfonos móviles (teléfonos inteligentes). En 2015, el tamaño del mercado de televisores, monitores y tabletas fue de 73,5 millones de dólares estadounidenses, 3,5 millones de dólares estadounidenses y 500.000 dólares estadounidenses, respectivamente, y los envíos fueron de 1,4 millones, 400.000 y 100.000 unidades, respectivamente. Se espera que los tamaños del mercado sean respectivamente para 2020. Por 41,3 millones de dólares estadounidenses, 24,2 millones de dólares estadounidenses y 19,3 millones de dólares estadounidenses, los envíos fueron de 24,5 millones de unidades, 3,2 millones de unidades y 4,7 millones de unidades. En 2016, el tamaño del mercado de portátiles fue de 700.000 dólares estadounidenses, con envíos de 100.000 unidades. Se estima que para 2020, el tamaño del mercado será de 4 millones de dólares estadounidenses, con envíos de 800.000 unidades. El tamaño del mercado de teléfonos inteligentes en 2018 fue de 1,1 millones de dólares estadounidenses, con envíos de 500.000 unidades. Se estima que para 2020, el tamaño del mercado será de 13,5 millones de dólares estadounidenses, con envíos de 7,4 millones de unidades. La televisión de puntos cuánticos es el principal campo de aplicación de la pantalla LCD de puntos cuánticos, representando aproximadamente el 94,8% del mercado total en 2015, y se espera que sea aproximadamente el 87,2% en 2020.

Figura 31: Previsión de envío para aplicaciones LCD de puntos cuánticos

En los próximos cinco años, los televisores de puntos cuánticos ocuparán la mayor parte del mercado de aplicaciones LCD de puntos cuánticos. En 2015, los envíos de televisores de punto cuántico de 40-49 pulgadas fueron 100,000 unidades, 50-59 pulgadas fueron 800,000 unidades y se enviaron 60-69 pulgadas. La pulgada es de 400.000 unidades, y se espera que los envíos para 2020 alcancen 8,3 millones de unidades, 11,9 millones de unidades y 3,9 millones de unidades, respectivamente. Se estima que el envío de televisores de puntos cuánticos de más de 70 pulgadas será de 100.000 unidades en 2017 y de 400.000 unidades en 2020. 40-60 pulgadas es la demanda principal de televisores de puntos cuánticos, lo que representa el 69,2% de los envíos totales en 2015 y 82,5 % en 2020. Por el contrario, la demanda de más de 70 pulgadas es pequeña.

Figura 33: Previsión de envío de diferentes tamaños de televisores de puntos cuánticos

4. Principales fabricantes mundiales de puntos cuánticos

En la actualidad, hay alrededor de 60 unidades en el mundo que realizan investigación de puntos cuánticos, incluidas empresas, universidades, instituciones de investigación, etc. Entre ellos, los tres principales fabricantes mundiales de materiales de puntos cuánticos: Nanoco en el Reino Unido, QDVision en los Estados Unidos. y Nanosys en Alemania, han formado gradualmente una situación de tres patas, estas tres empresas casi han dividido el mercado, y Hangzhou Nanojing Technology Co., Ltd. es la única empresa nacional con capacidades de investigación y desarrollo de tecnología de puntos cuánticos.

(1) Principales empresas extranjeras de puntos cuánticos

(1) Nanoco, Reino Unido

British Nanoco se estableció en 2001 y su posición de mercado es ser un fabricante y proveedor de puntos cuánticos libres de cadmio (CFQD) respetuosos con el medio ambiente. Colaboró ​​con Dow Chemical en los Estados Unidos para probar la producción de pantallas de cristal líquido utilizando puntos cuánticos sin cadmio (Cd) en 2014 Se demostró durante" SID2014" el 2 de junio y adoptó el" On-Surface" formulario de paquete, pero no ha habido informes públicos sobre los productos de la aplicación. Además, la próxima producción en masa de Samsung de materiales de retroiluminación de puntos cuánticos proviene principalmente de Nanoco y Dow Chemical. La capitalización de mercado actual de la empresa&es de 196 millones de dólares.

Los ingresos operativos y la utilidad neta de Nanoco&en 2015 fueron de 3,2 millones de dólares estadounidenses y 12,9 millones de dólares estadounidenses, respectivamente. Durante seis años consecutivos, la utilidad neta fue negativa y en expansión, y fue con pérdidas. Su ingreso operativo en 2015 provino de tres partes: ingresos por regalías y licencias, materiales de puntos cuánticos y servicios técnicos, de los cuales los materiales de puntos cuánticos representaron el 21,9% de sus ingresos operativos.

Descripción general del negocio de materiales de puntos cuánticos de Nanoco:

1. Pantalla retroiluminada: CFQD puede aumentar significativamente la gama de colores de la pantalla (aumentar en un 30%) para hacer que la imagen sea más realista, el color es más hermoso y no es necesario cambiar el modo de proceso de pantalla LCD y LED existente, el costo es más bajo, y es más fácil de usar por la mayoría de LCD (LED) aceptados por el fabricante. Dirección de la aplicación: panel de teléfono móvil, tableta, pantalla de computadora, TV, etc.

2. Iluminación: Al controlar el tamaño del CFQD, la temperatura del color y el índice de reproducción del color de la luz se pueden ajustar con precisión, para satisfacer las necesidades individuales de luz de los clientes. Además, debido a la eficiencia de conversión fotoeléctrica más excelente de CFQD, el uso de fuentes de luz LED se puede reducir para lograr más propósitos de ahorro de energía. Dirección de aplicación: envases LED, dispositivos de iluminación LED, lámparas LED, productos de iluminación LED, etc.

3. Energía solar de película fina: Las nanopartículas (CIGS) producidas por Nanoco tienen una muy buena eficiencia de conversión fotoeléctrica. A diferencia de los métodos de procesamiento actuales, las nanopartículas se pueden usar para producir células solares de película delgada mediante el método de solución, y la tasa de utilización del material alcanza el 90%, que es mucho más alta que el método de evaporación actual y la pulverización catódica.

Método de disparo

4. Biomedicina: CFQD soluble en agua y CFQD funcional, direcciones de aplicación: bioimagen, diagnóstico in vivo e in vitro in vivo.

(2) QDVision, EE. UU.

QDVision de Estados Unidos fue fundada en 2004 por investigadores del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) de renombre mundial, incluido Moungi Bawendi, el padre de la tecnología de visualización de puntos cuánticos. Además de poseer más de 250 patentes y patentes pendientes, también ha obtenido aprobaciones de los Estados Unidos. Muchos premios, incluido el famoso" Premio Presidencial de Química Verde" emitido por la Agencia de Protección Ambiental. Colaboró ​​con Nexxus Lighting de los Estados Unidos para lanzar una fuente de iluminación de punto cuántico comercial en 2009. El tubo de luz de fondo de punto cuántico lanzado en 2013 se aplicó al televisor de Sony Corporation en Japón, utilizando el" On-Edge" método de envasado. QDVision afirma que su producción mensual de componentes ópticos de puntos cuánticos puede llegar a 1 millón.

QDVision es líder en el campo de la tecnología de visualización de puntos cuánticos. Su tecnología de visualización de puntos cuánticos ColorIQ proporciona una solución de componente única que permite que la pantalla emita" gama completa" colores. Desde 2013, la compañía ha vendido más de un millón de dispositivos ópticos ColorIQ y continúa cooperando con marcas en el mercado de televisores y pantallas, incluidas TCL, Hisense, Philips y Konka. Los televisores y pantallas de puntos cuánticos que utilizan la tecnología ColorIQ están incluidos en China, Japón y Europa.

La tecnología de visualización de puntos cuánticos ColorIQ es una tecnología avanzada de semiconductores emisores de luz desarrollada por QDVision. Los productos relacionados están hechos de materiales de puntos cuánticos, que pueden emitir luz roja, verde y azul muy pura y saturada de ancho de banda estrecho. Mediante la integración de los componentes ópticos ColorIQ y la tecnología de visualización del cliente, los televisores LCD pueden lograr una gama de colores más amplia y un estándar 100% NTSC. Dirección de aplicación: TV LCD de pantalla grande, computadora personal, monitor de estación de trabajo, teléfono inteligente, campo de iluminación, etc.

(3) Nanosys, Alemania

German Nanosys se fundó en 2001 y es uno de los líderes en tecnología de visualización de puntos cuánticos. La empresa posee más de 300 patentes relacionadas con la visualización de puntos cuánticos. En 2012, cooperó con 3M para desarrollar la tecnología de película gruesa de puntos cuánticos (QDEF). , El uso de la tecnología QDEF no solo puede expandir la gama de colores del 70% de NTSC al 100%, sino también aumentar la eficiencia luminosa expresada por la relación entre el brillo del panel LCD y la potencia de la luz de fondo en aproximadamente un 50%. Adopta el" On-Surface" Forma de paquete.

El negocio de materiales de puntos cuánticos de Nanosys incluye principalmente concentrados de puntos cuánticos y tecnología QDEF. Actualmente, la compañía tiene la base de producción más grande del mundo para concentrados de puntos cuánticos con una producción anual de 25 toneladas y un suministro anual de 6 millones de televisores de puntos cuánticos de 60 pulgadas.

Con la capacidad de los materiales de sub-puntos, se lanzará una serie de nuevos productos de puntos cuánticos, como los tubos de puntos cuánticos, después de 2015. La compañía ha establecido una estrecha cooperación con algunas marcas conocidas de computadoras y monitores como 3M, Samsung, Sharp y LG, y sus productos se utilizan ampliamente en tabletas, televisores, teléfonos inteligentes, etc.

(2) Principales empresas nacionales de puntos cuánticos

(1) Hangzhou Najing Technology Co., Ltd.

Najing Technology se estableció en agosto de 2009. Es una empresa nacional de alta tecnología con nuevos materiales semiconductores de punto cuántico como tecnología principal. Su actividad principal es la investigación, la fabricación y la tecnología de aplicación y el desarrollo de productos de nuevos materiales de puntos cuánticos. El diseño, la síntesis y la modificación de superficies de Dot Material&se encuentran en una posición de liderazgo en el mundo, y es la única empresa nacional que figura en el New Third Board. Tiene una sólida capacidad de investigación científica y su valor de mercado actual es de 1,63 mil millones de yuanes.

Los ingresos operativos y el beneficio neto de Najing Technology en 2015 fueron de 7,31 millones de yuanes y -4,9 millones de yuanes, respectivamente. El beneficio neto durante cuatro años consecutivos fue negativo, pero las pérdidas de los últimos tres años han ido disminuyendo. Los materiales de puntos cuánticos de la empresa&y sus aplicaciones están en el período de introducción y verificación en el mercado. Aunque tiene ventajas competitivas tecnológicas insustituibles, y sus productos de aplicación, incluidos los tubos cuánticos, han comenzado la producción en masa, todavía hay pérdidas continuas antes de que se forme el ingreso operativo objetivo. Riesgo operacional. Su ingreso operativo en 2015 provino de cinco partes: productos de iluminación, materiales luminiscentes semiconductores, servicios técnicos, productos biológicos y productos de exhibición. La utilidad de operación representó 56,8%, 26,2%, 11,4%, 4,7% y 1%, respectivamente. Mostrar productos La proporción es pequeña.

Descripción general del negocio principal de Najing Technology &:

1. Materiales de punto cuántico: divididos en cuatro sistemas de productos: reactivos de punto cuántico que contienen cadmio, reactivos de punto cuántico sin cadmio, nanocristales de metal y nanocristales de óxido, que se utilizan ampliamente en dispositivos emisores de luz, células solares, catálisis, biomarcadores y biomedicina. Investigación básica y desarrollo de aplicaciones en otros campos.

2. Tecnología de visualización de puntos cuánticos ColorIn: los productos incluyen dispositivos de conversión de luz de puntos cuánticos (Q-LCD) y películas de conversión de luz de puntos cuánticos (QLCF), que se utilizan ampliamente en productos terminales como televisores, monitores y teléfonos móviles.

3. QLED: Se ha establecido el centro de investigación de proyectos de visualización e impresión OLED y se está promoviendo activamente el desarrollo industrial de la tecnología de visualización e impresión QLED.

4. Biomedicina: estableció una subsidiaria de propiedad absoluta, Beijing Najing Biotechnology Co., Ltd., dedicada a la aplicación y promoción de puntos cuánticos en el campo de las ciencias de la vida. Los productos incluyen marcadores de puntos cuánticos, kits de etiquetado de puntos cuánticos, plataformas de inspección rápida de puntos cuánticos, etc.

5. Luz natural de nanocristales: utilizando el exclusivo nanocristal de punto cuántico combinado con la tecnología de excitación remota autorizada mundialmente CREE de los Estados Unidos, se desarrolla un dispositivo emisor de luz de máscara esférica de silicona 3D basado en la tecnología de simulación del espectro de luz natural, que se superpone más más del 95% de la luz natural y el área del espectro visible saludable. Es, con mucho, la fuente de luz artificial más cercana a la luz natural.