量子點應用技術專利導航

【摘 ?要】量子點是重要的光電轉換材料，在電力照明、激光器、顯示器件、LED等領域具有廣泛的應用前景。本綜述通過大數據篩選、深度標引的方式，分析了專利申請人關注的量子點應用領域。在此基礎上，進一步分析器件領域專利申請態勢。

【關鍵詞】量子點;專利;器件;應用

一、前言

量子點一般是粒徑在1-10nm的納米材料，其與納米團簇和體材料的維度結構不同，在三維空間中可以看做一個點，在結構上與傳統的納米材料相比轉變較大，展現出優異的光學電學性能。量子點通常是由幾百到幾千個粒子組成的無機半導體材料。

從組成上說，目前主要分為Ⅱ-Ⅵ族化合物、Ⅲ-Ⅴ族化合物和單質量子點。Ⅱ-Ⅵ族化合物中以Zn和Cd的氧化物、硫化物和硒化物為主，Ⅲ-Ⅴ族化合物中以InP、GaAs為代表。單質量子點通常為Au、Se和Te量子點。從結構上看，量子點分為核殼結構和非核殼結構的。構造核殼結構既可以增強量子點的熒光效率和熒光穩定性，同時又可以有效地改善量子點的應用領域。從應用上分，量子點主要的應用領域為光電器件、生物標記、物質檢測。本文所述量子點為半導體量子點。

量子點表現出獨特的光學性能、電學性能，如可調節的發射波長，窄的發射光譜，高的熒光強度。熒光量子產率、顏色純度、穩定性等都是表明熒光性質的重要參數。

量子點在電力照明、激光器、顯示器件、LED等領域具有廣泛的應用前景。本綜述從半導體量子點的制備和改性出發，通過大數據篩選、深度標引的方式，重點分析了專利申請人關注的量子點應用領域。在此基礎上，進一步細分器件領域專利申請態勢。

二、數據加工和分析方法

本文在分析現有量子點技術的基礎上，選擇半導體量子點有關的國際專利分類號C09K11/58、C09K11/54、C09K11/56、C09K11/62限定量子點的組成，并通過在摘要字段選用關鍵詞quantum dots、選用PATENTICS檢索工具，在中外文專利數據庫進行檢索獲得待加工專利文獻范圍。

本文重點關注量子點的制備過程中的應用技術，因此，對文件的深度加工采用關鍵詞標引的方式進行，一級標引關鍵詞為指紋、油墨、防偽等屬于不同的應用場景，二級標引關鍵詞為具體器件的類型如LED、電致發光器件、量子點激光器、顯示器件。

三、結果與分析

圖1a為半導體量子點技術專利在全球的申請趨勢圖。從圖中看出，申請量逐漸增加，量子點專利的申請經歷了四個階段周期，第一階段為2003年以前，全球申請量較少;第二階段2004-2009年，量子點制備技術快速發展階段;第三階段2010-2013年，量子點制備技術穩步增加發展階段;第四階段2014-2017年，量子點的制備技術多元化和應用多元化快速發展;2018年申請量快速增加，目前量子點技術有望進入第五個發展階段。

從圖1b可以看出，量子點技術專利申請重點為量子點的制備和改性，穩定地制備具有高效率、適合不同用途的量子點是后續應用量子點的基礎，屬于量子點技術的基礎專利布局。在具體應用上，光電器件，包括光致發光器件和光電轉換器件是目前量子點產業化應用的最大方向，生物醫療及分析檢測領域相對較少，但是也是未來量子點應用的最大場景。值得注意的是，近些年，量子點的應用范圍逐漸擴展到防偽、油墨、催化制氫、催化降解、指紋識別、3D打印、農用轉光、紡織服裝等領域，有助于走向綠色化學、防偽安全、農業、生活更廣的應用。

圖1c為量子點器件分布情況，專利分布的重點在于LED及照明，其占55%，其中LED及照明均是利用量子點的光致發光特點，將不同波長的光轉換成特定波長的光，或者混合成白色光;顯示器件及電致發光器件占37%;其均是利用電致激發原理，即分別從QLED器件的陽極和陰極通電注入空穴和電子，空穴和電子通過QLED器件中相應功能層的傳輸在量子點發光層復合后，通過輻射躍遷的方式發射光子即實現發光。光伏器件則是利用量子點的波長轉換提高光電效率，少量的研究為量子點的激光器，例如閃爍裝置。

QLED器件結構圖為陰極、電子傳輸層、量子點層、空穴傳輸層、空穴注入層、柔性ITO導電層。從QLED器件的陽極和陰極通電注入空穴和電子，空穴和電子通過QLED器件中相應功能層的傳輸在量子點發光層復合后，通過輻射躍遷的方式發射光子即實現發光。從以上過程可以看出，量子點自身的發光性能例如發光效率只是影響上述過程中輻射躍遷的效率，而QLED器件的整體發光效率還會同時受到上述過程中空穴和電子在量子點材料中的電荷注入和傳輸效率、空穴和電子在量子點材料中的相對電荷平衡、空穴和電子在量子點材料中的復合區域等的影響（CN107083238）。

從圖1d可以看出，中國在催化制氫/催化降解、3D打印、農業轉光、紡織等領域填補了量子點應用的空白;各國將量子點的基礎應用一致定位于光電器件領域，中國擁有絕對優勢的專利數量。

四、結論

本文通過對量子點專利的逐年申請量分析了量子點技術發展的四個周期階段;通過制備和改性、光電器件、生物醫療與分析、催化防偽等細分領域對比分析了量子點可能具有的所有應用領域，獲得了目前重點發展的領域為器件領域，有待開發的領域為紡織服裝、農業、指紋等領域。通過對光電器件的進一步分析，發現量子點主要的應用于LED和顯示器件。

作者簡介：

張亞平（1988-）碩士，現工作于國家知識產權局專利局專利審查協作江蘇中心，助理研究員，主要研究方向是發光材料專利審查。

（作者單位：國家知識產權局專利局專利審查協作江蘇中心）