諾獎技術點亮顯示革命，中國廠商掘金“量子點+”

量子點（quantum dot）被發(fā)現(xiàn)至今已有40年歷史。2023年10月，三位科學家因“發(fā)現(xiàn)和合成量子點”獲得諾貝爾化學獎。量子點因尺寸效應特性成為具有廣泛應用潛力的新型納米材料，近幾年在顯示領域開始成規(guī)模應用，相關行業(yè)格局也已初步顯現(xiàn)，那么當下應該如何投資布局相關早期階段項目？未來，量子點還有哪些值得關注的應用領域？

量子點掀起顯示領域新一代技術革命

迄今為止，顯示技術共經(jīng)歷了五代發(fā)展。

第一代陰極射線管（CRT）技術起源于上世紀20年代，應用產品就是早年的“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。

第二代等離子顯示（PDP）技術起始于60年代，是電視輕薄化早期技術路線之一。但由于CRT技術難以進一步提升電視的輕薄化與清晰度，PDP技術燒屏問題難以解決，其與CRT技術在2010年左右退出市場。

第三代液晶顯示（LCD）興起于上世紀60年代，是當下主流顯示技術，實現(xiàn)了低成本高質量應用。

第四代有機發(fā)光二極管（OLED）和微型發(fā)光二極管（Micro LED）技術發(fā)端于上世紀末期，目前價格仍然較高，主要用于高端消費市場。

第五代量子點顯示技術發(fā)端于2015 至2018 年，進入消費市場初期主要與LCD技術結合，以大幅提升傳統(tǒng)LCD產品的色域等顯示性能。

量子點材料具有優(yōu)秀的光電性能，其為半導體納米結構，粒徑尺寸為1―10納米，大約是網(wǎng)球直徑的6000萬分之一，通過施加一定的電場或光壓，并調節(jié)量子點粒徑大小，就可以控制其發(fā)出光的顏色，得到高質量的純正單色光。

量子點材料光致發(fā)光應用落地較快，電致發(fā)光應用則是未來方向。光致發(fā)光，即采用藍色背光源照射量子點材料，使其發(fā)出紅光、綠光，與藍色背光混合形成白光，再通過液晶層和彩色濾光片，實現(xiàn)全彩顯示（即QD-LCD）。不過，通過量子點光轉換膜之后的白光，在通過彩色濾光片形成紅、綠、藍三個子像素時，會發(fā)生光效損失。電致發(fā)光與已經(jīng)商業(yè)化的OLED類似，通過直接給量子點材料施加電壓使其發(fā)光，不需要背光源及彩色濾光膜，能夠減小產品厚度，并減少光效損失（即QLED）。目前，通過藍光背光照射量子點材料的光致發(fā)光技術路線已實現(xiàn)商業(yè)化應用，但電致發(fā)光產品仍處于研發(fā)到商業(yè)化的過渡階段，在2024年國際消費類電子產品展覽會上，夏普與Nanosys展示了12.3英寸Nano LED電致發(fā)光量子點電視原型，這是未來值得期待的應用方向。

量子點膜能夠低成9093d242b3b11d6eb5d6742dfe396c283db08d8a2f61b6e3d51d86517f711e1f本、高質量兼容LCD技術。作為全球面板顯示龍頭，三星于2017年發(fā)布了四款Q系列量子點電視，使用的就是LCD加量子點膜（QD-LCD）的技術方案。隨著量子點膜技術不斷成熟，其價格也由最初的100-150美元/平方米下降至目前的15―20美元/平方米。為進一步壓縮成本，也有量子點膜生產商嘗試推出量子點擴散板產品，但據(jù)部分面板廠商反饋，低濃度擴散板對色彩優(yōu)化作用有限，而高濃度擴散板技術仍不成熟，并且擴散板也會增加面板厚度，因此，量子點膜將成為低成本、高質量兼容LCD的更優(yōu)解決方案。

2017年至2023年底，全球顯示領域龍頭三星的量子點電視累計銷量達4400萬臺，其中2022年一年就售出了960萬臺，呈現(xiàn)加速增長的勢頭。國內顯示領域頭部企業(yè)TCL、海信等也于2017年開始布局量子點電視，當年中國量子點電視滲透率約1.5%，全年線下累計銷量近50萬臺，至2021年，中國量子點電視出貨量近300萬臺，其中，僅量子點膜材的市場規(guī)模預計在2025年就將近百億元。顯然，量子點顯示技術正在快速普及（表1）

表1：量子點膜市場規(guī)模預測

我們認為，基于LCD在面板顯示領域的絕對優(yōu)勢地位以及Mini LED出貨量的快速提升，量子點膜在LCD及Mini LED中的光致發(fā)光應用將在未來5年快速普及，更值得期待的“量子點+OLED”、“量子點+Micro LED”以及量子點電致發(fā)光應用，有望成為未來5―10年新的增長點。

從LCD市場占有率來看，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%，處于絕對優(yōu)勢地位，OLED面板占比僅為6.8%。在電視領域，2022年LCD出貨面積占比更是高達96%，而OLED占比僅為0.2%―3%。Micro LED電視2022年全球出貨量則在2000臺左右。

從技術發(fā)展來看，LCD液晶顯示技術自上世紀60、70年代應用至今已非常成熟，迭代出的Mini LED則縮小了傳統(tǒng)的LCD背光燈珠，實現(xiàn)了更加精細的動態(tài)分區(qū)控制，改善了傳統(tǒng)LCD屏幕的對比度，延續(xù)了LCD背光技術的生命周期。市場研究公司Counterpoint Research數(shù)據(jù)顯示，今年二季度，在OLED電視出貨量實現(xiàn)同比增長21%的情況下，Mini LED電視出貨量同比增長更是高達69%，首次超過OLED出貨量。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域有一定應用，大尺寸產品生產成本居高不下。因此，“LCD+量子點膜”、“Mini LED+量子點膜”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5年左右快速應用。

隨著OLED、Micro LED技術進一步成熟，成本進一步降低，其與量子點膜結合（如QD-OLED）將形成第二增長曲線，進而延長量子點顯示生命周期。數(shù)據(jù)顯示，三星每月QDOLED顯示面板產能約為3 萬片左右，良率已提高至90%以上，2023年12月，三星宣布開始量產具有超高清分辨率的31.5 英寸QDOLED屏幕。直接點亮量子點的電致發(fā)光技術路線也非常具有想象力，被認為是可能與OLED、Micro LED直接競爭的自發(fā)光顯示技術路線。

Nanosys占據(jù)全球九成以上量子點材料市場份額

國外量子點顯示相關企業(yè)多處于產業(yè)鏈上游，最具代表性的企業(yè)為Nanosys。其于2001年成立，總部在美國硅谷，以量子點材料研發(fā)、生產、銷售為主，同時將量子點膜組件涉及技術許可授權給下游廠商。公開資料顯示，Nanosys年產量子點材料超過25噸，占全球90%以上市場份額。2023年9月Nanosys被日本昭榮化學（Shoei Chemical， Inc.）收購（未披露交易金額），Pitchbook數(shù)據(jù)庫可查其過往累計融資2.68億美元。

Nanosys的成功可以歸結為三點。

首先是抓住核心需求卡位市場。Nanosys明確量子點在顯示領域解決的是提高色域的問題，因此在眾多材料中選擇了硒化鎘（CdSe）。誠然，鎘系材料存在毒性、環(huán)保問題，長遠來看可能會面臨應用限制，但在當前，仍占據(jù)市場主導地位。另一家量子點材料公司Nanoco很早便宣布以無鎘技術為主，但產品性能始終不及鎘系材料，導致其錯失了行業(yè)發(fā)展初期的卡位機會。

其次是靈活調整技術路線快速產業(yè)化。量子點最初的顯示應用技術路線有三種（圖1），一是量子點直接取代熒光粉，二是量子點封進玻璃管中放在面板側邊，三是做成一張薄膜取代背光模組里頭的擴散片，從第一種到第三種路線的量子點消耗量逐級增多，但離光源的距離也越來越遠。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電視無法與窄邊框設計相容，需要另開治具，大大增加了面板企業(yè)生產轉換成本。

第三是“核心材料+技術許可”模式支撐高毛利。目前難以從公開信息獲得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商，毛利率預估能達到75%。Nanosys頒布和在審的專利共超過750件，其開發(fā)的“三明治”量子點膜結構更是成為下游應用難以繞開的技術方案，其超過300個專利族都有訴訟和轉讓等專利運營信息，可見其非常重視對核心技術的保護和經(jīng)營。2015年開始，Nanosys授權3M公司生產的量子點膜產品被國內外電視廠商廣泛使用。國內公司激智科技（300566）、貝迪新材無一例外地都向Nanosys購買授權。

中國量子點企業(yè)積極跟進

我國量子點膜企業(yè)包括納晶科技（830933）、激智科技、貝迪新材等。其中，納晶科技主要自研生產量子點材料，是典型的高校科技成果轉化企業(yè)。納晶科技成立于2009年，2014年在新三板掛牌，是目前全球為數(shù)不多的能夠規(guī)模穩(wěn)定生產量子點材料的公司，其股價在2015年到達頂峰后呈現(xiàn)下降走勢。

財務數(shù)據(jù)方面，納晶科技自新三板掛牌至今，歷年披露的年報中凈利潤均為負值，2023年其凈利潤為-0.37億元，與2022年相比虧損減少了54.32%。與激智科技、貝迪新材相比，納晶科技2021年及以前的銷售毛利率較高：2021年，納晶科技、激智科技、貝迪新材的銷售毛利率分別為28.78%、21.76%與15.64%，納晶科技均高于后二者。凈利率方面，2023年納晶科技銷售凈利率為-71.41%，激智科技為5.91%，貝迪新材為5.52%（2021年），行業(yè)銷售凈利率為3.09%（圖2）。

業(yè)務方向上，納晶科技起初的定位是顯示、照明、生物、半導體發(fā)光材料四大領域，同時在多個賽道發(fā)力。2014年在新三板掛牌后，納晶科技的多元化發(fā)展持續(xù)了近6 年。從收入結構來看，顯示逐漸成為公司創(chuàng)收的主要板塊，2016—2019年，顯示產品收入占其營業(yè)收入的比重分別為55.40%、80.20%、82.42%和88.51%，生物產品收入占比分別為1.24%、0.38%、2.30%和2.82%。2020年，納晶科技出售全資子公司北京納晶生物全部股份，剝離生物檢測業(yè)務。

納晶科技在2018年年報中披露，“公司致力于產業(yè)鏈的上游，選擇性進入產業(yè)中下游”。制備上游環(huán)節(jié)高性能量子點材料，以高附加值產品實現(xiàn)利潤增長，是其重要優(yōu)勢，進入中游甚至下游，可能會快速拉高固定成本，并且，下游To C端產品的營銷、市場推廣思路與中上游環(huán)節(jié)也有所不同，或為其帶來不小挑戰(zhàn)。

圖１：量子點+LCD的三種顯示應用技術路線

圖2：納晶科技、激智科技的凈利潤、營業(yè)收入及股價表現(xiàn)

在上市公司中，除納晶科技外，其他公司自產量子點材料的較少，導致整體毛利水平不高。而隨著國內量子點制備技術逐漸成熟，受上游自研材料的高毛利吸引，相關創(chuàng)業(yè)企業(yè)也紛紛成立，邁出從實驗室走向產業(yè)化的一步。這些企業(yè)大多具備研發(fā)自制量子點材料的能力，如海納至精、北達聚邦和玻爾科技等。這其中，不乏依托于高校、科研院所發(fā)展起來的企業(yè)，包括早在2005年創(chuàng)立于武漢大學的珈源量子點、2016年成立的源于北京理工大學的致晶科技以及2021年成立的孵化自南方科技大學的撲浪量子等。

表2：部分國內量子點非上市企業(yè)概況

如何挖掘投資機會？

在投資上，可考慮挖掘顯示面板企業(yè)上、中游具有高附加值技術的項目。在表2呈現(xiàn)的21家企業(yè)中，5家處于量子點顯示產業(yè)上游，專注生產不同類型的量子點原材料；5家處于產業(yè)鏈中游，生產量子點膜或者擴散板；10家業(yè)務覆蓋上游、中游，既研發(fā)量子點原材料，又生產量子點膜等。還有1家紫同納米同時涉及上、中、下游，下游包括無鎘量子點電視、臺燈等產品。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，從投資角度來看，順著下游上市公司所在產業(yè)鏈回溯，可挖掘中、上游中有技術亮點、成長性強的項目。

對于量子點顯示企業(yè)，較為可行的發(fā)展路徑應經(jīng)歷三個階段。

研發(fā)生產量子點材料。2018年，量子點膜成本結構中原材料約占60%，隨著技術進步，這一數(shù)值也在不斷下降。自研量子點原料有助于提升毛利率，特別是在上市審核對企業(yè)創(chuàng)新能力要求趨嚴的背景下，核心材料的研發(fā)生產能力更加重要。

生產量子點顯示色轉膜。通過在藍色背光層和液晶層之間加上量子點膜，產品色域能夠提升至110%，并且?guī)缀醪粫a生額外搭載成本，能夠較好地與現(xiàn)有生產線兼容，有效延長LCD產品生命周期。

持續(xù)研發(fā)量子點電致發(fā)光技術。量子點發(fā)光二極管（QLED）未來可能與Micro LED、OLED鼎立，具有廣闊的市場前景。

基于此，投資應重點關注四個方面。

首先是材料自研能力。對于企業(yè)長期發(fā)展而言，自研量子點材料的重要性不言而喻。在全球研發(fā)制備并出售量子點原材料的廠商中，Nanosys占據(jù)了大部分市場份額。在國內，Nanosys幾乎壟斷量子點原材料市場，是量子點顯示企業(yè)難以繞開的供應商。目前國內具有一定規(guī)模的自研量子點企業(yè)包括納晶科技、星爍納米、致晶科技等，相對量子點膜材企業(yè)來說數(shù)量較少，并且市場認可度與Nanosys相比存在一定差距，因此，Nanosys仍具有較高的議價能力。而提升核心材料自研能力、縮小與國際領先水平的差距，是企業(yè)長期可持續(xù)發(fā)展的重要保障。

其次是低成本、高質量制備量子點材料和量子點膜的產業(yè)化能力。量子點材料的穩(wěn)定性是核心。量子點材料本身的特性決定了其容易和水氧發(fā)生反應，因此需要使用水氧阻隔膜，這一方面導致成本難以進一步下降，水氧阻隔膜約占量子點膜成本的50%，而目前國內企業(yè)大多從日本廠商進口；另一方面，也導致企業(yè)難以繞開Nanosys的“三明治結構”專利，需要付費獲得Nanosys授權，否則將產生侵權風險。此外，目前“LCD+量子點膜”技術路線使用的是藍光背光，因此，量子點材料的藍光耐受性也非常關鍵。

混膠等生產工藝也非常重要。量子點膜的制備包括將紅綠量子點與膠水均勻混合形成涂布膠，以及將量子點涂布膠均勻涂抹于兩片水氧阻隔膜間兩個步驟。目前大型涂布機能夠均勻涂抹量子點膠水，是一套標準化的流程，各企業(yè)技術水平差距不大，因此，構成量子點膜制備技術核心競爭優(yōu)勢的是膠水配方，需要關注膠水自身濃度以及其與紅綠量子點溶液的混合配比，這直接影響量子點膜產品的色域、亮度以及壽命。

三是公司需要具備資金等方面的運營管理能力。在早期現(xiàn)金流緊張的情況下，需關注公司能否順利外部融資。對于量子點顯示企業(yè)這類技術密集型企業(yè)，其特點是前期投入大，需要充足的現(xiàn)金流。Nanosys、QD Vision（三星收購前）、InVisage Technologies（蘋果收購前）均獲得上億美元的融資。而在早期，企業(yè)往往由于沒有走上高速運營正軌、客戶回款周期長等問題，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)及投產開支，是投資者和企業(yè)自身應重點關注的問題。

四是有效應對其他顯示技術的挑戰(zhàn)。作為自發(fā)光技術的代表，OLED顯示產品具有亮度更高、可彎折、對比度更高以及響應更快等特性，蘋果、京東方等國內外大廠商紛紛積極布局OLED技術。處在研發(fā)階段、尚未大規(guī)模批量導入的Micro LED同樣作為自發(fā)光技術，具有高對比度、高亮度、廣色域的特點，目前主要用于小型可穿戴設備等高端小尺寸產品。兩種自發(fā)光技術的特點對于量子點膜功能有一定替代性，因此，量子點顯示企業(yè)在制備量子點膜和自研量子點原材料的同時，應加大力度研發(fā)量子點電致發(fā)光技術，以應對來自OLED、MicroLED兩種自發(fā)光技術的挑戰(zhàn)。

表3：當前三代太陽能電池優(yōu)缺點

應用前景可期，2026年市場規(guī)?；虺賰|美元

工信部、國務院國資委聚焦已有相應研究成果、具備工程化產業(yè)化基礎、有望率先批量產業(yè)化的前沿材料，組織編制了《前沿材料產業(yè)化重點發(fā)展指導目錄（第一批）》，并于2023年8月28日發(fā)布，量子點材料位列其中。

現(xiàn)階段，量子點材料已經(jīng)在顯示領域開啟了大規(guī)模產業(yè)化應用進程，未來在光伏、生物醫(yī)藥領域的應用前景也值得期待。據(jù)市場調研公司Mordor lntelligence預測，2023―2028 年全球量子點材料市場規(guī)模有望從47.1億美元增長至105.1億美元，5年年復合增長率（CAGR）為17.4%。

在光伏領域，量子點自身的特性能夠大大提升太陽能電池光電轉化率。目前大范圍使用的硅晶太陽能電池只能吸收太陽光中一小部分光譜，導致其理論轉化效率上限為33%，即SQ（Shockley-Queisser）極限。而實際應用中的電池轉換效率在23%―25%之間，均遠未達到SQ極限（表3）。量子點可以被設計成具有對應于不同波長的光的特定能級，能比傳統(tǒng)太陽能電池吸收更廣泛的太陽光譜，從而提高光電轉換效率。2024年1月，昆士蘭大學王連洲教授在國際頂級期刊《ACS能源快報》（ACS EnergyLetters）上發(fā)表相關研究成果，分析了鈣鈦礦量子點太陽能電池的最新技術，討論了利用鈣鈦礦量子點的多激子生成特性的潛力，希望將轉化效率提高至超越SQ極限。

生物醫(yī)藥領域，傳統(tǒng)的有機熒光染料和熒光蛋白熒光強度較低，穩(wěn)定性差，活體標記時長受到限制，在一定程度上影響了生物、醫(yī)學實驗及其應用的進一步發(fā)展。

表4：量子點生物醫(yī)療領域公司

量子點作為熒光探針具有三大優(yōu)點。第一，量子點激發(fā)波長范圍寬，發(fā)射波長范圍窄。對于不同粒徑大小的量子點，使用同一種激發(fā)光源就能夠產生不同顏色的熒光，并且能夠提升檢測便利度。第二，量子點穩(wěn)定性較高，相比傳統(tǒng)熒光染料提升了近百倍，能夠對目標對象進行長時間標記。第三，量子點生物相容性好，在對含鎘量子點包覆上化學外殼后，量子點的生物毒性大大降低，能夠用于細胞、組織和活體標記成像等（表4）。尤其在臨床醫(yī)學領域，量子點能夠用于病灶的定位和成像，比如將量子點探針輸送到體內腫瘤所在處，對于癌癥的靶向診斷和治療有重要意義。目前量子點已應用于體外診斷。根據(jù)國家藥監(jiān)局數(shù)據(jù)，我國共有334款量子點產品獲得境內醫(yī)療器械注冊證，市場上已有量子點檢測試劑盒、微球、免疫熒光分析儀等產品。而由于量子點標記會誘導氧自由基產生，會對活性物質產生毒性，用于體內醫(yī)療診斷時可能會對生物體造成一定損害，因此，量子點在體內醫(yī)療診斷的應用尚處于醫(yī)學前沿和實驗室階段。

量子點優(yōu)秀的發(fā)光效率以及獨特的電化學性質，讓其可以應用于圖像傳感等領域。量子點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行量子點圖像傳感器的研究，其產業(yè)化也逐漸興起。比如，美國圖像傳感器解決方案服務商SWIR VISIONSYSTEMS公司旗下的Acuros系列量子點短波紅外相機，有著更長的波段對應范圍。在光電傳感方面，短波紅外范圍內敏感的光電探測器可用于機器視覺、自動駕駛、三維成像、夜間和惡劣天氣成像等領域。

2024年1月，西班牙巴塞羅那科學技術研究所的教授Gerasimos Konstantatos等在國際期刊《自然光子學》（Nature Photonics）上發(fā)表論文，闡述了新型的環(huán)境友好型碲化銀量子點的合成方法，以及它們在高性能短波紅外（SWIR）光電探測器中的應用，也為消費電子產品中的監(jiān)管問題提供解決思路。此外，電化學生物傳感器同樣是量子點應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、發(fā)酵工業(yè)以及生物、醫(yī)學成像等場景，比如疾病的早期診斷、農藥殘留檢測等。

量子點在量子計算等前沿領域的應用也在探索中。量子點量子計算目前仍處于實驗室階段，尚未形成成熟的商業(yè)化應用，其中量子比特系統(tǒng)正處于研發(fā)階段。未來，量子點量子計算有望應用于優(yōu)化供應鏈等實際問題以及用于材料、化學等模擬，推動新技術、新材料的發(fā)展。同時，還可與量子通信結合，用于加密信息傳輸，提升信息傳輸?shù)乃俾逝c安全性。