01 QLED简介
什么是QLED？
QLED，全称为Quantum Dot
Light Emitting Diode，即量子点发光二极管。发光原理与目前主流的OLED类似，是一种将电能转化为光能的主动式发光技术。
基本结构
QLED一般分为正型和反型两种器件结构，其主要区别是ITO透明电极由注入空穴（正型）转变为注入电子（反型），同时金属电极由注入电子（正型）转变为注入空穴（反型）。
正型QLED器件（图1A）：将高电导率和高透过率的ITO作为器件的阳极，依次制备空穴注入/传输层、量子点发光层和电子传输层及阴极薄膜。
反型QLED器件（图1B）：将ITO作为阴极，依次制备电子传输层、量子点发光层和空穴注入/传输层及阳极薄膜。
图 1 正型QLED器件结构(A)与反型QLED器件结构（B）
发光原理
① 在外加电场的作用下载流子的注入：电子和空穴分别从阴极和阳极向夹在电极之间的传输功能薄膜注入。
② 载流子的迁移：注入的电子和空穴分别从电子输送层和空穴输送层向量子点发光层迁移。
③ 激子的形成与复合：电子和空穴分别注入量子点后，相互作用形成激子，复合发光，将电能转化为光能。
02 QLED的核心特点及竞争优势
核心特点
QLED的核心在于量子点材料。所谓量子点材料，是尺寸在1 nm-100 nm之间，具有“量子限域效应”的半导体纳米晶。量子点通常由两部分组成：无机发光中心和表面配体。它具有可溶液加工、化学/光学/电光稳定性优异、发光峰位随尺寸可调、荧光光谱窄、荧光量子产率高等一系列优异的特点。将其制备而成的QLED应用于显示领域时，展现出色域广（完美适配BT2020的标准）、响应速度快（微秒级）、无机结构发光稳定性好、驱动电压低（功耗低）等各类优秀的特性，有望成为下一代主流的新型显示技术。
竞争优势
QLED与当下主流的LCD和OLED技术对比，优势较为明显。从色域角度，由于极致的窄半峰宽和发光波长随尺寸可调，QLED理论能达到140% NTSC色域，远高于OLED的100%
NTSC和LCD的72% NTSC，能更好地呈现出自然的色彩，给未来元宇宙等超高清显示领域提供强有力的技术支撑。在对比度方面，由于QLED和OLED都是基于自发光的技术，在对比度上会显著优于基于被动发光的传统液晶显示技术，能够为显示设备提供更为纯正的黑场显示效果。在产品形态上，QLED技术和OLED相似，都可以实现超薄和柔性等特征。从能耗角度考虑，按照从低到高排列，几种技术的能耗水平依次是QLED（低）＜OLED（中）＜LCD（高）；QLED相比于OLED来说，相同亮度下需要的驱动电压更低，因此所需的能耗低；LCD因其是背光技术，白光转化成单一颜色的光需要过滤大量的其他光能量，因此能耗较高。
目前LCD，OLED，QLED技术的参数对比如表1所示：
表1：量子点技术与其他技术的参数对比
03 QLED产业化的工艺路线
由于量子点是由无机晶体发光中心和有机表面配体组成，因此低成本，大面积的溶液工艺通常是产业化的最佳选择。目前主流的工艺路线有两条：
喷墨打印工艺
喷墨打印工艺的核心有两大块：打印设备（喷头）和量子点墨水。原理主要是在TFT基板上通过点对点打印三色量子点墨水的方式，实现红绿蓝三色像素化。喷墨打印技术近年来被认为是基于溶液法加工量产制备大尺寸QLED显示设备最为可行的一种技术路径之一。作为一种与基底非接触、不需要掩膜板的液相成膜技术（如图2所示），它通过对墨滴落点的精确控制，能够实现在相应的基底上制备出任何图案薄膜的功能。相比于OLED常用的蒸镀工艺，喷墨打印是一种典型的增材制造方式，关键材料利用率大于90%，能大幅提升材料利用率，显著降低材料综合成本。目前，喷墨打印技术已经被广泛地应用在各种溶液成膜技术中，凭借较低设备成本，极高材料利用率，适配大面积等一系列优势使其在多种新型显示制造技术中迅速脱颖而出，有望成为下一代显示的主流技术之一。当然，受限于喷头墨滴的体积大小带来的分辨率限制，目前绝大多数的应用仍然限制于中大尺寸，低分辨率（＜240PPi）的显示产品，高分辨率的显示领域（手机，VR/AR等）暂时未能有所突破。
图2 量子点喷墨打印示意图（左）及打印成的红绿蓝三色像素（右）
印刷显示制造技术当前主要的技术难点，集中在以下几个方向：
① 量子点墨水的开发。量子点表面的配体结构决定了其在不同溶剂中的溶解度和稳定性，而溶剂的表面张力、粘度以及挥发速度等特性又决定了喷墨打印过程中墨滴的形成和运动轨迹以及最终量子点薄膜的成膜质量。
② 打印工艺的开发。为了达到高精度打印，必须控制打印过程中墨滴的形态和轨迹，让墨滴精确落入像素点内并消除墨滴飞行过程中的彗星斑。打印过程控制也是取得像素点内部与像素点之间的一致性和均匀性的关键步骤。另外，多喷头打印的工艺下各喷头之间的窜扰问题也需要密切关注。
光刻工艺
与传统的光刻技术不同，量子点光刻技术通常不需要光刻胶辅助。因此，量子点光刻技术在实际工艺中操作较为简单，主要涉及量子点光交联及洗脱。其基本原理是通过光照的方式，使量子点表面的有机配体进行光交联，大幅改变其本身的溶解性。剩下未交联的部分则用之前溶解的有机溶剂清洗干净，获得像素化的量子点发光层，具体如图3所示[1]。量子点光刻技术路线的优势非常明显，包括工艺简单，设备产业化配套成熟，应用范围极广（可以覆盖从VR、手机等小尺寸高分辨率，到显示器、电视等中大尺寸低分辨率的绝大部分主流显示产品），溶液加工成本低、效率高等，也是目前各大企业高校研究的热点技术之一。
当然，量子点光刻技术目前也面临着较多的技术难点，包括量子点配体交联技术的选择，如何获得高交联度，以及高交联度的同时保持低性能的折损，量子点洗脱工艺的优化等等。
图3 量子点光刻原理及方式
04 QLED产业化的挑战和难点
QLED真正产业化落地目前依旧面临着不小的挑战，目前最大的难点依旧受限于蓝光材料的性能。据公开报道显示，目前底发射QLED蓝光效率的纪录（EQE = 21.9%）是由浙大金一政团队联合纳晶科技共同创造，于2022年发表在nature photonics杂志上[2]。蓝光寿命则由陈崧团队和TCL团队共同创造，具体为227h (75h CIE Y=0.063) @1000nit[3]。其中，寿命方面还未能满足产业化的要求，还有一段距离。除了材料本身的性能外，制备工艺也具备不小的挑战（具体可参考上述产业化工艺路线的技术难点）。
一直以来，量子点电致发光QLED是纳晶至关重要的发展战略之一，公司拥有多项QLED器件与显示技术核心专利，持有相关国内外授权发明专利90余项，已成功制备100/150/300ppi高质量印刷显示AM-QLED DEMO屏，正逐步完成产业化工艺验证。预期在十四五期间完成蓝光QLED寿命验证，并规划建设AM-QLED印刷显示量产示范线。
参考文献
[1] Yang, Jeehye, et al.
High-resolution patterning of colloidal quantum dots via non-destructive,
light-driven ligand crosslinking. Nature communications 11.1 (2020): 2874.
[2] Deng, Yunzhou, et al.
Solution-processed green and blue quantum-dot light-emitting diodes with
eliminated charge leakage. Nature Photonics 16.7 (2022): 505-511.
[3] Chen, Xingtong, et al. Blue
light-emitting diodes based on colloidal quantum dots with reduced surface-bulk
coupling. Nature Communications 14.1 (2023): 284.