量子點(diǎn)材料具有優(yōu)秀的光電性能,目前主要應(yīng)用在顯示領(lǐng)域。2015-2018年,量子點(diǎn)顯示技術(shù)進(jìn)入消費(fèi)市場(chǎng),初期主要與LCD技術(shù)結(jié)合,可以大幅提升傳統(tǒng)LCD產(chǎn)品的色域等顯示性能。
我們認(rèn)為,基于LCD在面板顯示領(lǐng)域的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)地位,量子點(diǎn)膜在LCD中的光致發(fā)光應(yīng)用將在未來(lái)5年快速提升,更值得期待的“量子點(diǎn)+OLED”“量子點(diǎn)+Micro LED”以及量子點(diǎn)電致發(fā)光應(yīng)用,有望成為未來(lái)5-10年新的增長(zhǎng)點(diǎn)。
除了顯示領(lǐng)域,量子點(diǎn)材料未來(lái)在光伏、生物醫(yī)藥、圖像傳感、量子計(jì)算等領(lǐng)域的應(yīng)用前景也值得期待。
來(lái)源:新財(cái)富雜志(ID:xcfplus)
作者:劉督(深圳市天使投資引導(dǎo)基金管理有限公司發(fā)展研究部研究總監(jiān))、劉湘寧(深圳市天使投資引導(dǎo)基金管理有限公司副總經(jīng)理)、謝作朋(深圳市天使投資引導(dǎo)基金管理有限公司投資二部投資總監(jiān))、毛研(香港中文大學(xué)(深圳)高等金融研究院)
當(dāng)日常使用的電視、電腦變得越來(lái)越輕薄、清晰、色彩豐富飽滿時(shí),你是否會(huì)想到,這些進(jìn)步離不開(kāi)一項(xiàng)又一項(xiàng)的諾貝爾獎(jiǎng)成果技術(shù):陰極射線、液晶、藍(lán)光LED,以及最新進(jìn)入大眾視野的量子點(diǎn)?
2023年10月,三位學(xué)者因“發(fā)現(xiàn)和合成量子點(diǎn)”獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。實(shí)際上,量子點(diǎn)被發(fā)現(xiàn)至今已有40年歷史,尺寸效應(yīng)特性使其成為具有廣泛應(yīng)用潛力的新型納米材料,近幾年首先在顯示領(lǐng)域開(kāi)始成規(guī)模應(yīng)用。通過(guò)分析量子點(diǎn)在顯示領(lǐng)域的應(yīng)用情況及行業(yè)格局,進(jìn)一步展望量子點(diǎn)在其他領(lǐng)域的未來(lái)應(yīng)用前景,有助于我們形成早期項(xiàng)目的投資邏輯。
01
量子點(diǎn)材料及其在顯示領(lǐng)域的應(yīng)用
迄今為止,顯示技術(shù)共經(jīng)歷了五代發(fā)展。
——CRT技術(shù)(陰極射線管)起源于上世紀(jì)20年代,應(yīng)用產(chǎn)品就是早年的“大肚子電視”,滿足了人們從黑白電視到彩色電視的顯示需求。
——PDP技術(shù)(等離子顯示)起始于60年代,是電視輕薄化早期技術(shù)路線之一。但由于CRT技術(shù)難以進(jìn)一步提升電視的輕薄化與清晰度,PDP技術(shù)燒屏問(wèn)題難以解決,其與CRT技術(shù)在2010年左右退出市場(chǎng)。
——興起于上世紀(jì)60年代的LCD(液晶顯示)是當(dāng)下主流顯示技術(shù),實(shí)現(xiàn)了低成本高質(zhì)量應(yīng)用。
——OLED和Micro LED技術(shù)發(fā)端于上世紀(jì)末期,目前價(jià)格仍然較高,主要用于高端消費(fèi)市場(chǎng)。
——2015-2018年,量子點(diǎn)(quantum dot)顯示技術(shù)進(jìn)入消費(fèi)市場(chǎng),初期主要與LCD技術(shù)結(jié)合,可以大幅提升傳統(tǒng)LCD產(chǎn)品的色域等顯示性能。
從材料上看,量子點(diǎn)材料具有優(yōu)秀的光電性能,目前主要應(yīng)用在顯示領(lǐng)域。量子點(diǎn)是把導(dǎo)帶電子、價(jià)帶空穴及激子在三個(gè)空間維度上束縛住的半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu),粒徑尺寸為1-10nm,大約是網(wǎng)球直徑的6000萬(wàn)分之一。量子點(diǎn)具備優(yōu)異的光電性能,通過(guò)對(duì)其施加一定的電場(chǎng)或光壓,其會(huì)發(fā)出特定頻率的光,并且光的頻率會(huì)隨著量子點(diǎn)材料尺寸的增大而降低。也就是說(shuō),通過(guò)調(diào)節(jié)量子點(diǎn)材料尺寸,就可以控制其發(fā)出光的顏色,得到高質(zhì)量的純正單色光?;诖?,量子點(diǎn)已應(yīng)用于顯示領(lǐng)域,相較于傳統(tǒng)LCD電視具有色域廣、顏色純、性能穩(wěn)定三大優(yōu)勢(shì)。此外,量子點(diǎn)材料在光伏、生物、傳感乃至量子計(jì)算等方面的應(yīng)用前景也值得期待。
量子點(diǎn)材料光致發(fā)光應(yīng)用落地較快,電致發(fā)光應(yīng)用是未來(lái)方向。光致發(fā)光,即采用藍(lán)色背光源照射量子點(diǎn)材料,使其發(fā)出紅光、綠光,與藍(lán)色背光混合形成白光,再通過(guò)液晶層和彩色濾光片,實(shí)現(xiàn)全彩顯示(即QD-LCD)。不過(guò),通過(guò)量子點(diǎn)光轉(zhuǎn)換膜之后的白光,在通過(guò)彩色濾光片形成紅、綠、藍(lán)三個(gè)子像素時(shí),會(huì)發(fā)生光效損失。電致發(fā)光與已經(jīng)商業(yè)化的OLED類似,通過(guò)直接給量子點(diǎn)材料施加電壓使其發(fā)光,不需要背光源及彩色濾光膜,能夠減小產(chǎn)品厚度,并減少光效損失(即QLED)。目前,通過(guò)藍(lán)光背光照射量子點(diǎn)材料的光致發(fā)光技術(shù)路線已實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用,但電致發(fā)光產(chǎn)品仍處于研發(fā)到商業(yè)化的過(guò)渡階段,在2024年國(guó)際消費(fèi)類電子產(chǎn)品展覽會(huì)上,夏普與Nanosys展示了12.3英寸Nano LED電致發(fā)光量子點(diǎn)電視原型,這是未來(lái)應(yīng)用值得期待的方向。
圖:量子點(diǎn)光致發(fā)光、電致發(fā)光示意圖
資料來(lái)源:微信公眾號(hào)文章“諾貝爾概念-量子點(diǎn),相關(guān)企業(yè)”
量子點(diǎn)膜能夠低成本、高質(zhì)量兼容LCD技術(shù)。作為全球面板顯示龍頭,三星于2017年發(fā)布了四款Q系列量子點(diǎn)電視,使用的就是LCD加量子點(diǎn)膜(QD-LCD)的技術(shù)方案。隨著量子點(diǎn)膜技術(shù)不斷成熟,其價(jià)格也由最初的100-150美元/平方米下降至目前的15-20美元/平方米。為進(jìn)一步壓縮成本,也有量子點(diǎn)膜生產(chǎn)商嘗試推出量子點(diǎn)擴(kuò)散板產(chǎn)品,但據(jù)部分面板廠商反饋,低濃度擴(kuò)散板對(duì)色彩優(yōu)化作用有限,而高濃度擴(kuò)散板技術(shù)仍不成熟,并且擴(kuò)散板也會(huì)增加面板厚度,因此,量子點(diǎn)膜將成為低成本、高質(zhì)量兼容LCD的更優(yōu)解決方案。
那么,量子點(diǎn)顯示技術(shù)的生命周期會(huì)持久嗎?2017年至2023年底,全球顯示領(lǐng)域龍頭三星的量子點(diǎn)電視累計(jì)銷量達(dá)4400萬(wàn)臺(tái),其中2022年一年就售出了960萬(wàn)臺(tái),呈現(xiàn)加速增長(zhǎng)的勢(shì)頭。國(guó)內(nèi)顯示領(lǐng)域頭部企業(yè)TCL、海信等也于2017年開(kāi)始布局量子點(diǎn)電視,當(dāng)年中國(guó)量子點(diǎn)電視滲透率約1.5%,全年線下累計(jì)銷量近50萬(wàn)臺(tái),至2021年,中國(guó)量子點(diǎn)電視出貨量近300萬(wàn)臺(tái),其中,僅量子點(diǎn)膜材市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)在2025年就將近百億元。顯然,量子點(diǎn)顯示技術(shù)正在快速普及。
表:量子點(diǎn)膜市場(chǎng)規(guī)模預(yù)測(cè)
數(shù)據(jù)來(lái)源:洛圖科技(RUNTO)、集邦咨詢(TrendForce)、Canalys、深天使
我們認(rèn)為,基于LCD在面板顯示領(lǐng)域的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)地位,量子點(diǎn)膜在LCD中的光致發(fā)光應(yīng)用將在未來(lái)5年快速提升,更值得期待的“量子點(diǎn)+OLED”“量子點(diǎn)+Micro LED”以及量子點(diǎn)電致發(fā)光應(yīng)用,有望成為未來(lái)5-10年新的增長(zhǎng)點(diǎn)。
從LCD市場(chǎng)占有率來(lái)看,根據(jù)洛圖科技(RUNTO)數(shù)據(jù),2022年,全球顯示面板中LCD面板的出貨面積占93%,處于絕對(duì)優(yōu)勢(shì)地位,OLED面板占比僅6.8%。在電視領(lǐng)域,2022年LCD出貨面積占比更是高達(dá)96%。而OLED占比僅為0.2%-3%左右,Micro LED電視2022年全球出貨量則在2000臺(tái)左右。
從技術(shù)發(fā)展來(lái)看,LCD液晶顯示技術(shù)自上世紀(jì)60、70年代應(yīng)用至今已非常成熟,迭代出的Mini LED則縮小了傳統(tǒng)的LCD背光燈珠,實(shí)現(xiàn)了更加精細(xì)的動(dòng)態(tài)分區(qū)控制,改善了傳統(tǒng)LCD屏幕的對(duì)比度,延續(xù)了LCD背光技術(shù)的生命周期。與LCD、Mini LED背光原理不同,OLED和Micro LED不需要背光,而是材料通電后直接發(fā)光,但目前均僅在中小尺寸領(lǐng)域有一定應(yīng)用,大尺寸產(chǎn)品生產(chǎn)成本居高不下。因此,“LCD+量子點(diǎn)膜”光致發(fā)光作為低成本并顯著提升顯示效果的解決方案,將在未來(lái)5年左右快速應(yīng)用。
隨著OLED、Micro LED技術(shù)進(jìn)一步成熟,成本進(jìn)一步降低,其與量子點(diǎn)膜結(jié)合(如QD-OLED)將形成第二增長(zhǎng)曲線,進(jìn)而延長(zhǎng)量子點(diǎn)顯示生命周期。數(shù)據(jù)顯示,三星每月QD-OLED顯示面板產(chǎn)能約為3萬(wàn)片左右,良率已提高至90%以上,2023年12月,三星宣布開(kāi)始量產(chǎn)具有超高清分辨率的31.5英寸QD-OLED屏幕。直接點(diǎn)亮量子點(diǎn)的電致發(fā)光技術(shù)路線也非常具有想象力,被認(rèn)為是可能與OLED、Micro LED直接競(jìng)爭(zhēng)的自發(fā)光顯示技術(shù)路線。
圖:量子點(diǎn)在背光和自發(fā)光技術(shù)中的應(yīng)用
02
量子點(diǎn)顯示行業(yè)格局及投資要點(diǎn)分析
國(guó)外量子點(diǎn)顯示相關(guān)企業(yè)多處于產(chǎn)業(yè)鏈上游,最具代表性的企業(yè)為Nanosys。
其于2001年成立,總部在美國(guó)硅谷,以量子點(diǎn)材料研發(fā)、生產(chǎn)、銷售為主,同時(shí)將量子點(diǎn)膜組件涉及技術(shù)許可授權(quán)給下游廠商。公開(kāi)資料顯示,Nanosys年產(chǎn)量子點(diǎn)材料超過(guò)25噸,占全球90%以上市場(chǎng)份額。截至2023年9月,Nanosys累計(jì)募資2.68億美元。
Nanosys的成功可以歸結(jié)為三點(diǎn)。
首先是抓住核心需求卡位市場(chǎng)。Nanosys明確量子點(diǎn)在顯示領(lǐng)域解決的是色域提高的問(wèn)題,因此在眾多材料中選擇了硒化鎘(CdSe)。誠(chéng)然,鎘系材料存在毒性、環(huán)保問(wèn)題,長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看可能會(huì)面臨應(yīng)用限制,但在當(dāng)前,仍占據(jù)市場(chǎng)主導(dǎo)地位。另一家量子點(diǎn)材料公司Nanoco很早便宣布以無(wú)鎘技術(shù)為主,但產(chǎn)品性能始終不及鎘系材料,導(dǎo)致其錯(cuò)失了行業(yè)發(fā)展初期的卡位機(jī)會(huì)。
其次是靈活調(diào)整技術(shù)路線快速產(chǎn)業(yè)化。量子點(diǎn)最初的顯示應(yīng)用技術(shù)路線有三種,一是量子點(diǎn)直接取代熒光粉,二是量子點(diǎn)封進(jìn)玻璃管中放在面板側(cè)邊,三是做成一張薄膜取代背光模組里頭的擴(kuò)散片,從第一種到第三種路線的量子點(diǎn)消耗量逐級(jí)增多,但離光源的距離也越來(lái)越遠(yuǎn)。上游材料公司QD Vision選取了第二種折中方案,但并不成功,主要原因是除了難封裝,還包括玻璃管量子點(diǎn)電視無(wú)法與窄邊框設(shè)計(jì)相容,需要另開(kāi)治具,大大增加了面板企業(yè)生產(chǎn)轉(zhuǎn)換成本。2015-2016年間,三星、海信、TCL紛紛宣布放棄量子點(diǎn)管路線,改向量子點(diǎn)膜路線。相比之下,Nanosys早在2008年就嘗試量子點(diǎn)管路線,比QD Vision早5年,但很快發(fā)現(xiàn)該技術(shù)路線水氧阻隔難做、良率低、量產(chǎn)難等問(wèn)題,于是及時(shí)轉(zhuǎn)換技術(shù)路線,在2010年與3M公司合作開(kāi)發(fā)了量子點(diǎn)膜。雖然初期成本較高,但后期不斷壓縮成本,相比最初的千元每平米下降了80%以上。
圖:量子點(diǎn)的三種顯示應(yīng)用技術(shù)路線
第三是“核心材料+技術(shù)許可”模式支撐高毛利。目前難以從公開(kāi)信息獲得Nanosys的毛利水平,但根據(jù)行業(yè)整體情況,Nanosys作為上游核心材料供應(yīng)商,毛利率預(yù)估能達(dá)到75%。Nanosys頒布和在審的專利共超過(guò)750件,其開(kāi)發(fā)的“三明治”量子點(diǎn)膜結(jié)構(gòu)更是成為下游應(yīng)用難以繞開(kāi)的技術(shù)方案,其超過(guò)300個(gè)專利族都有訴訟和轉(zhuǎn)讓等專利運(yùn)營(yíng)信息,可見(jiàn)其非常重視對(duì)核心技術(shù)的保護(hù)和經(jīng)營(yíng)。2015年開(kāi)始,Nanosys授權(quán)3M公司生產(chǎn)的量子點(diǎn)膜產(chǎn)品被國(guó)內(nèi)外電視廠商廣泛使用。國(guó)內(nèi)公司激智科技(簡(jiǎn)稱“激智”,股票代碼300566)、貝迪新材(簡(jiǎn)稱“貝迪”,上市被否)無(wú)一例外地都向Nanosys購(gòu)買授權(quán)。例如,激智科技曾披露其2015年7月就與Nanosys簽署了《技術(shù)轉(zhuǎn)讓項(xiàng)目協(xié)議》《QD原料供應(yīng)協(xié)議》《QDEF合作許可項(xiàng)目協(xié)議》和《技術(shù)轉(zhuǎn)讓項(xiàng)目協(xié)議》,Nanosys將向其提供量子點(diǎn)原料、樹(shù)脂和阻隔膜、服務(wù)、與QDEF(量子點(diǎn)薄膜)技術(shù)有關(guān)的技術(shù)信息、QDEF內(nèi)部生產(chǎn)許可以及為協(xié)助公司采用QDEF技術(shù)所必需的培訓(xùn)和服務(wù),其需向Nanosys支付100萬(wàn)美元技術(shù)轉(zhuǎn)讓項(xiàng)目費(fèi)。
我國(guó)量子點(diǎn)膜企業(yè)包括納晶科技(簡(jiǎn)稱“納晶”,股票代碼830933)、激智、貝迪等。其中,納晶主要自研生產(chǎn)量子點(diǎn)材料,是典型的高??萍汲晒D(zhuǎn)化企業(yè)。納晶成立于2009年,2014年在新三板掛牌,是目前全球?yàn)閿?shù)不多的能夠規(guī)模穩(wěn)定生產(chǎn)量子點(diǎn)材料的公司,其股價(jià)在2015年到達(dá)頂峰后呈現(xiàn)下跌走勢(shì)。
財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)方面,納晶科技自新三板掛牌至今,歷年披露的年報(bào)中凈利潤(rùn)均為負(fù)值,2023年其凈利潤(rùn)為-0.37億元,與2022年相比虧損減少了54.32%。與激智、貝迪相比,納晶2021年及以前的銷售毛利率較高:2021年,納晶、激智、貝迪的銷售毛利率分別為28.78%、21.76%與15.64%,納晶均高于后二者。凈利率方面,2023年納晶銷售凈利率為-71.41%,激智為5.91%(2023),貝迪為5.52%(2021),行業(yè)銷售凈利率為3.09%(2023)。
圖:納晶科技、激智科技的凈利潤(rùn)、營(yíng)業(yè)收入及股價(jià)表現(xiàn)
表:國(guó)內(nèi)光學(xué)膜上市公司情況
數(shù)據(jù)來(lái)源:Wind資訊
注:①平均值未將納晶計(jì)入。
②總市值、PE、PB、PS為2024年5月17日數(shù)據(jù)。
實(shí)際控制人方面,納晶掛牌之初的實(shí)際控制人是彭笑剛和高磊生。2020年,鴻商集團(tuán)成為其第一大股東,目前持有公司15.7%的股份,彭笑剛持有公司股份不足3%。
業(yè)務(wù)方向方面,納晶起初的定位是顯示、照明、生物、半導(dǎo)體發(fā)光材料四大領(lǐng)域,同時(shí)在多個(gè)賽道發(fā)力。2014年新三板掛牌后,納晶的多元化發(fā)展持續(xù)了近6年。從收入結(jié)構(gòu)來(lái)看,顯示逐漸成為公司創(chuàng)收的主要板塊,2016-2019年,顯示產(chǎn)品收入占營(yíng)業(yè)收入的比重分別為55.40%、80.20%、82.42%和88.51%,生物產(chǎn)品收入占比分別為1.24%、0.38%、2.30%和2.82%。2020年,納晶出售全資子公司北京納晶生物全部股份,剝離生物檢測(cè)業(yè)務(wù)。
納晶在2018年的年報(bào)中披露,“公司致力于產(chǎn)業(yè)鏈的上游,選擇性進(jìn)入產(chǎn)業(yè)中下游”。制備上游環(huán)節(jié)高性能量子點(diǎn)材料,以高附加值產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)利潤(rùn)增長(zhǎng),是納晶的重要優(yōu)勢(shì),進(jìn)入中游甚至下游,可能會(huì)快速拉高固定成本,并且,下游To C端產(chǎn)品的營(yíng)銷、市場(chǎng)推廣思路與中上游環(huán)節(jié)也有所不同,或給納晶帶來(lái)不小挑戰(zhàn)。
在上市公司中,除納晶外,其他公司自產(chǎn)量子點(diǎn)材料的較少,導(dǎo)致整體毛利水平不高。隨著國(guó)內(nèi)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)制備量子點(diǎn)技術(shù)逐漸成熟與上游材料自研的高毛利吸引,相關(guān)創(chuàng)業(yè)企業(yè)也紛紛成立,邁出從實(shí)驗(yàn)室走向產(chǎn)業(yè)化的一步。這些企業(yè)大多具備研發(fā)自制量子點(diǎn)材料的能力,如海納至精、北達(dá)聚邦和玻爾科技等。這其中,不乏依托于高校、科研院所發(fā)展起來(lái)的企業(yè),包括早在2005年創(chuàng)立于武漢大學(xué)的珈源量子點(diǎn)、2016年成立的源于北京理工大學(xué)的致晶科技以及2021年成立的孵化自南方科技大學(xué)的撲浪量子等。
表:部分國(guó)內(nèi)量子點(diǎn)非上市企業(yè)概況
在投資上,可考慮挖掘下游大公司的上、中游具有高附加值技術(shù)的項(xiàng)目。在上表呈現(xiàn)的21家企業(yè)中,6家處于量子點(diǎn)顯示產(chǎn)業(yè)上游,專注生產(chǎn)不同類型的量子點(diǎn)原材料;5家處于產(chǎn)業(yè)鏈中游,生產(chǎn)量子點(diǎn)膜或者擴(kuò)散板;9家業(yè)務(wù)覆蓋上游、中游,既研發(fā)量子點(diǎn)原材料,同時(shí)也生產(chǎn)量子點(diǎn)膜等。還有1家紫同納米同時(shí)涉及上、中、下游,下游包括無(wú)鎘量子點(diǎn)電視、臺(tái)燈等產(chǎn)品。這些上、中游企業(yè)的下游大客戶多為TCL、海信、三星等上市公司,從投資角度來(lái)看,順著下游上市公司所在產(chǎn)業(yè)鏈回溯,可挖掘中、上游中有技術(shù)亮點(diǎn)、成長(zhǎng)性強(qiáng)的項(xiàng)目。
對(duì)于量子點(diǎn)顯示企業(yè),較為可行的發(fā)展路徑應(yīng)經(jīng)歷三個(gè)階段。
研發(fā)生產(chǎn)量子點(diǎn)材料。2018年,量子點(diǎn)膜成本結(jié)構(gòu)中原材料約占60%,隨著技術(shù)進(jìn)步,這一數(shù)值也在不斷下降。自研量子點(diǎn)原料有助于提升毛利率,特別是在上市審核對(duì)企業(yè)創(chuàng)新能力要求趨嚴(yán)的背景下,核心材料的研發(fā)生產(chǎn)能力更加重要。
生產(chǎn)量子點(diǎn)顯示色轉(zhuǎn)膜。通過(guò)在藍(lán)色背光層和液晶層之間加上量子點(diǎn)膜,產(chǎn)品色域能夠提升至110%,并且?guī)缀醪粫?huì)產(chǎn)生額外搭載成本,能夠較好地與現(xiàn)有生產(chǎn)線兼容,有效延長(zhǎng)LCD產(chǎn)品生命周期。
持續(xù)研發(fā)量子點(diǎn)電致發(fā)光技術(shù)。量子點(diǎn)發(fā)光二極管(QLED)未來(lái)可能與Micro LED、OLED鼎立,具有廣闊的市場(chǎng)前景。
基于此,投資應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注四個(gè)方面。
首先是材料自研能力。對(duì)于企業(yè)長(zhǎng)期發(fā)展而言,自研量子點(diǎn)材料的重要性不言而喻。在全球研發(fā)制備并出售量子點(diǎn)原材料的廠商中,Nanosys占據(jù)了大部分市場(chǎng)份額。在國(guó)內(nèi),Nanosys幾乎壟斷量子點(diǎn)原材料市場(chǎng),是量子點(diǎn)顯示企業(yè)難以繞開(kāi)的供應(yīng)商。目前國(guó)內(nèi)規(guī)模較大的量子點(diǎn)生產(chǎn)商有納晶科技、星爍納米、致晶科技等,相對(duì)量子點(diǎn)膜材企業(yè)來(lái)說(shuō)數(shù)量較少,其生產(chǎn)的量子點(diǎn)性能與Nanosys相比存在一定差距,因此,Nanosys仍具有較高的議價(jià)能力。而提升核心材料自研能力、縮小與國(guó)際領(lǐng)先水平的差距,是企業(yè)長(zhǎng)期可持續(xù)發(fā)展的重要保障。
其次是低成本、高質(zhì)量制備量子點(diǎn)材料和量子點(diǎn)膜的產(chǎn)業(yè)化能力。量子點(diǎn)材料的穩(wěn)定性是核心。量子點(diǎn)材料本身的特性決定了其容易和水氧發(fā)生反應(yīng),因此需要使用水氧阻隔膜,這一方面導(dǎo)致成本難以進(jìn)一步下降,水氧阻隔膜約占量子點(diǎn)膜成本的50%,而目前國(guó)內(nèi)企業(yè)大多從日本廠商進(jìn)口;另一方面,也導(dǎo)致企業(yè)難以繞開(kāi)Nanosys的“三明治結(jié)構(gòu)”專利,需要付費(fèi)獲得Nanosys授權(quán),否則將產(chǎn)生侵權(quán)風(fēng)險(xiǎn)。此外,目前“LCD+量子點(diǎn)膜”技術(shù)路線使用的是藍(lán)光背光,因此,量子點(diǎn)材料的藍(lán)光耐受性也非常關(guān)鍵。
量子點(diǎn)膜的生產(chǎn)制備也很重要。量子點(diǎn)膜的制備包括將紅綠量子點(diǎn)與膠水均勻混合形成涂布膠,以及將量子點(diǎn)涂布膠均勻涂抹于兩片水氧阻隔膜間兩個(gè)步驟。目前大型涂布機(jī)能夠均勻涂抹量子點(diǎn)膠水,是一套標(biāo)準(zhǔn)化的流程,各企業(yè)技術(shù)水平差距不大,因此,構(gòu)成量子點(diǎn)膜制備技術(shù)核心競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的是膠水配方,需要關(guān)注膠水自身濃度以及其與紅綠量子點(diǎn)溶液的混合配比,這直接影響量子點(diǎn)膜產(chǎn)品的色域、亮度以及壽命。
三是公司需要具備資金等方面的運(yùn)營(yíng)管理能力。在早期現(xiàn)金流緊張的情況下,需關(guān)注公司能否順利外部融資。對(duì)于量子點(diǎn)顯示企業(yè)這類技術(shù)密集型企業(yè),其特點(diǎn)是前期投入大,需要充足的現(xiàn)金流。Nanosys、QD Vision(三星收購(gòu)前)、InVisage Technologies(蘋果收購(gòu)前)均共獲得上億美元的融資。而在早期,企業(yè)往往由于沒(méi)有走上高速運(yùn)營(yíng)正軌、客戶回款周期長(zhǎng)等問(wèn)題,面臨著現(xiàn)金流難題,能否順利獲得外部融資以支持后續(xù)大量的研發(fā)及投產(chǎn)開(kāi)支,是投資者和企業(yè)自身應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題。
四是其他顯示技術(shù)的挑戰(zhàn)。作為自發(fā)光技術(shù)的代表,OLED顯示產(chǎn)品具有亮度更高、可彎折、對(duì)比度更高以及響應(yīng)更快等特性,蘋果、京東方等國(guó)內(nèi)外大廠商紛紛積極布局OLED技術(shù)。處在研發(fā)階段、尚未大規(guī)模批量導(dǎo)入的Micro LED同樣作為自發(fā)光技術(shù),具有高對(duì)比度、高亮度、廣色域的特點(diǎn),目前主要用于小型可穿戴設(shè)備等高端小尺寸產(chǎn)品。兩種自發(fā)光技術(shù)的特點(diǎn)對(duì)于量子點(diǎn)膜功能有一定替代性,因此,量子點(diǎn)顯示企業(yè)在制備量子點(diǎn)膜和自研量子點(diǎn)原材料的同時(shí),應(yīng)加大力度研發(fā)量子點(diǎn)電致發(fā)光技術(shù),以應(yīng)對(duì)來(lái)自O(shè)LED、Micro LED兩種自發(fā)光技術(shù)的挑戰(zhàn)。
03
量子點(diǎn)技術(shù)在其他領(lǐng)域的應(yīng)用前景
工信部、國(guó)務(wù)院國(guó)資委聚焦已有相應(yīng)研究成果、具備工程化產(chǎn)業(yè)化基礎(chǔ)、有望率先批量產(chǎn)業(yè)化的前沿材料,組織編制了《前沿材料產(chǎn)業(yè)化重點(diǎn)發(fā)展指導(dǎo)目錄(第一批)》,并于2023年8月28日發(fā)布,量子點(diǎn)材料位列其中。
現(xiàn)階段,量子點(diǎn)材料已經(jīng)在顯示領(lǐng)域開(kāi)啟了大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用進(jìn)程,未來(lái)在光伏、生物醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用前景也值得期待。據(jù)市場(chǎng)調(diào)研公司Mordor lntelligence預(yù)測(cè),2023-2026年全球量子點(diǎn)材料市場(chǎng)規(guī)模有望從47.1億美元增長(zhǎng)至105.1億美元,5年年復(fù)合增長(zhǎng)率(CAGR)為17.4%。
在光伏領(lǐng)域,量子點(diǎn)自身的特性能夠大大提升太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)化率。目前大范圍使用的硅晶太陽(yáng)能電池只能吸收太陽(yáng)光中一小部分光譜,導(dǎo)致其理論轉(zhuǎn)化效率為33%,即SQ(Shockley-Queisser)極限。而實(shí)際應(yīng)用中的電池轉(zhuǎn)換效率在23%-25%之間,均遠(yuǎn)未達(dá)到SQ極限。量子點(diǎn)可以被設(shè)計(jì)成具有對(duì)應(yīng)于不同波長(zhǎng)的光的特定能級(jí),那么就能比傳統(tǒng)太陽(yáng)能電池吸收更廣泛的太陽(yáng)光譜,從而將提高光電轉(zhuǎn)換效率。2024年1月,昆士蘭大學(xué)王連洲教授發(fā)表研究成果于ACS Energy Letters,分析了鈣鈦礦量子點(diǎn)太陽(yáng)能電池的最新技術(shù),討論了利用鈣鈦礦量子點(diǎn)的多激子生成特性的潛力,從而希望將轉(zhuǎn)化效率提高至超越SQ極限。
表:當(dāng)前三代太陽(yáng)能電池優(yōu)缺點(diǎn)
生物醫(yī)藥領(lǐng)域,傳統(tǒng)的有機(jī)熒光染料和熒光蛋白熒光強(qiáng)度較低,穩(wěn)定性差,活體標(biāo)記時(shí)長(zhǎng)受到限制,在一定程度上影響了生物、醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)及其應(yīng)用的進(jìn)一步發(fā)展。
使用量子點(diǎn)作為熒光探針具有三大優(yōu)點(diǎn)。第一,量子點(diǎn)激發(fā)波長(zhǎng)范圍寬,發(fā)射波長(zhǎng)范圍窄。對(duì)于不同粒徑大小的量子點(diǎn),使用同一種激發(fā)光源就能夠產(chǎn)生不同顏色的熒光,并且能夠提升檢測(cè)便利度。第二,量子點(diǎn)穩(wěn)定性較高,相比傳統(tǒng)熒光染料提升了近百倍,能夠?qū)δ繕?biāo)對(duì)象進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間標(biāo)記。第三,量子點(diǎn)生物相容性好,在對(duì)含鎘量子點(diǎn)包覆上化學(xué)外殼后,量子點(diǎn)的生物毒性大大降低,能夠用于細(xì)胞、組織和活體標(biāo)記成像等。尤其在臨床醫(yī)學(xué)領(lǐng)域,量子點(diǎn)能夠用于病灶的定位和成像,比如將量子點(diǎn)探針輸送到體內(nèi)腫瘤所在處,對(duì)于癌癥的靶向診斷和治療有重要意義。目前量子點(diǎn)已應(yīng)用于體外診斷。根據(jù)國(guó)家藥監(jiān)局?jǐn)?shù)據(jù),我國(guó)共有334款量子點(diǎn)產(chǎn)品獲得境內(nèi)醫(yī)療器械注冊(cè)證,市場(chǎng)上已有量子點(diǎn)檢測(cè)試劑盒、微球、免疫熒光分析儀等產(chǎn)品。而由于量子點(diǎn)標(biāo)記會(huì)誘導(dǎo)氧自由基產(chǎn)生,會(huì)對(duì)活性物質(zhì)產(chǎn)生毒性,用于體內(nèi)醫(yī)療診斷時(shí)可能會(huì)對(duì)生物體造成一定損害,因此量子點(diǎn)在體內(nèi)醫(yī)療診斷的應(yīng)用尚處于醫(yī)學(xué)前沿和實(shí)驗(yàn)室階段。
表:量子點(diǎn)生物醫(yī)療領(lǐng)域公司
量子點(diǎn)優(yōu)秀的發(fā)光效率以及獨(dú)特的電化學(xué)性質(zhì),讓其可以應(yīng)用于圖像傳感等領(lǐng)域。量子點(diǎn)能夠提高圖像傳感的分辨率和靈敏度。目前主要是研究所和高校在進(jìn)行量子點(diǎn)圖像傳感器的研究,其產(chǎn)業(yè)化也逐漸興起。比如,美國(guó)圖像傳感器解決方案服務(wù)商SWIR VISION SYSTEMS公司旗下的Acuros系列量子點(diǎn)短波紅外相機(jī),有著更長(zhǎng)的波段對(duì)應(yīng)范圍。在光電傳感方面,短波紅外范圍內(nèi)敏感的光電探測(cè)器可用于機(jī)器視覺(jué)、自動(dòng)駕駛、三維成像、夜間和惡劣天氣成像等領(lǐng)域。2024年1月,西班牙巴塞羅那科學(xué)技術(shù)研究所的Gerasimos Konstantatos等發(fā)文于Nature Photonics,闡述了新型的環(huán)境友好型碲化銀量子點(diǎn)的合成方法,以及它們?cè)诟咝阅芏滩t外(SWIR)光電探測(cè)器中的應(yīng)用,也為消費(fèi)電子產(chǎn)品中的監(jiān)管問(wèn)題提供解決思路。此外,電化學(xué)生物傳感器同樣是量子點(diǎn)應(yīng)用于傳感器的重要路徑之一,能夠用于食品工業(yè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、發(fā)酵工業(yè)以及生物及醫(yī)學(xué)成像等場(chǎng)景,比如疾病的早期診斷、檢測(cè)農(nóng)藥殘留等。
量子點(diǎn)在量子計(jì)算這一前沿領(lǐng)域的應(yīng)用也在探索中。量子點(diǎn)量子計(jì)算目前仍處于實(shí)驗(yàn)室階段,尚未形成成熟的商業(yè)化應(yīng)用,其中量子比特系統(tǒng)正處于研發(fā)階段。未來(lái),量子點(diǎn)量子計(jì)算有望應(yīng)用于優(yōu)化供應(yīng)鏈等實(shí)際問(wèn)題以及用于材料、化學(xué)等模擬,推動(dòng)新技術(shù)、新材料的發(fā)展。同時(shí),還可與量子通信結(jié)合,用于加密信息傳輸,提升信息傳輸?shù)乃俾逝c安全性。
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