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量子ドット材料と技術 2024-2034：トレンド、市場、アプリケーションQuantum Dot Materials and Technologies 2024-2034: Trends, Markets, Applications 量子ドット（QD）は、2～10ナノメートル（原子数10～50）の半導体ナノ結晶で、サイズ調整可能な特徴を持つ。量子ドットは、そのナノスケールの寸法により量子閉じ込め効果を示し、顕著な光学的および電気的特... もっと見る
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サマリー
量子ドット（QD）は、2～10ナノメートル（原子数10～50）の半導体ナノ結晶で、サイズ調整可能な特徴を持つ。量子ドットは、そのナノスケールの寸法により量子閉じ込め効果を示し、顕著な光学的および電気的特性をもたらす。量子ドットの特徴は、粒子サイズ、材料、組成によって調整することができる。Cd系、In系、PbS系、ペロブスカイト系、さらに新しいCuInS2、InAs、ZnTeSe QDなどのQD材料は、さまざまなバンドギャップを持ち、その結果、吸収・発光スペクトルも変化する。この微調整能力により、量子ドットは特にディスプレイ、イメージセンサー、光起電力、照明、その他様々な用途において、大きな応用の可能性を秘めている。
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1980年に初めて発見されて以来、QDはディスプレイ、画像センサー、太陽光発電、照明、温室効果フィルム技術を商業製品に転換する上で計り知れない可能性を示してきた。
本レポートでは、様々な用途における技術構成が時間とともにどのように変化するかを考慮したIDTechExの技術ロードマップを提供する。
ディスプレイ： アプリケーションの成功？
ディスプレイ技術では、QDは従来の液晶ディスプレイ（LCD）に比べ、より広い色域、より高い色精度、より高い輝度を提供する色彩強化コンポーネントとして幅広く利用されている。励起されると特定の波長の光を放出するユニークなフォトルミネッセンス特性により、QDはLEDからの青色光を純粋な赤色と緑色に変換し、より広範で正確なカラーパレットを実現することができる。
本レポートでは、ディスプレイにおけるQD集積アプローチの進化を検証し、旧式のエッジオプティックよりもフィルムタイプの採用が優勢であることを強調している。とはいえ、OLEDやマイクロLED（μLED）、オンチップタイプのQDカラーフィルターといった新たなアプローチが、材料の進歩や製造技術の向上によって勢いを増しており、最終的にはフィルムタイプを上回る可能性がある。さらに、この分析では、QDをディスプレイ用の究極の発光材料として認識し、効率と寿命の向上を追跡すると同時に、性能、寿命、蒸着／パターニング、デバイス設計に関する永続的な課題を掘り下げている。
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ディスプレイにおける様々なQDの採用
出典：IDTechEx
新たな優位性： イメージセンサーにおける量子ドット？
硫化鉛QDは、広範な波長域にわたって調整可能という利点を持ち、近赤外（NIR）または短波長赤外（SWIR）センシング用途に適している。QDをシリコン読み出し集積回路（ROIC）と組み合わせることで、ハイブリッドQD-Si NIR/SWIRイメージセンサーを形成できるという興味深い可能性が生まれる。この革新的な統合は、高解像度の小画素シリコンベースNIR/SWIRセンサーの実現に向けた潜在的な道筋を提示し、インジウムガリウムヒ素（InGaAs）センサーとSi ROICとの異種ハイブリッド化の必要性を排除する。低コストのハイブリッドQDベースイメージセンサは、従来InGaAs SWIRイメージセンサによって実現されてきたアプリケーションをターゲットとするだけでなく、新たなアプリケーションの開拓にも貢献する。
すでに第一世代の製品が市場に出ており、大手企業もこの分野に参入していることから、この技術の将来性は依然として高い。本レポートでは、高解像度、低ピクセルピッチ、グローバルシャッターを低コストで同時に実現できるハイブリッドQD-Siイメージセンサーについて解説する。技術分析とプレーヤー紹介も行っている。
量子ドット：照明の未来を照らす？
既存の商用製品は、QDのフォトルミネッセンス機能に基づいており、照明技術において顕著な可能性を示している。QDはカラーコンバーターとしてLED照明システムに組み込むことができ、調整可能で高品質な白色光の生成を可能にする。QDベースのLEDは優れた演色評価数（CRI）と色温度を達成できるため、屋内照明や車載照明を含むさまざまな照明用途に適している。さらに、QDの狭い発光スペクトルは、複雑なフィルタリングの必要性を減らし、エネルギー効率を高め、光害を低減する。
太陽光発電における量子ドット：イエスかノーか？
QDは光起電力（PV）デバイスに統合される可能性があり、第3世代の太陽電池の出現につながる。量子ドットのバンドギャップを太陽スペクトルの特定領域に適合するように設計することで、これらの太陽電池は、より広い範囲の光波長を効率的に取り込むことができ、多重励起子生成（MEG）効果も可能になる。また、フレキシブルで透明な太陽光発電アプリケーションの可能性も提供できる。本報告書では、さまざまなPV技術をベンチマークし、克服すべき商業的・技術的課題を探っている。
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QD PV効率の記録
データ出典：NREL Solar PV Efficiency Chart、プロット：IDTechEx
量子ドット：アプリケーションの変化と拡大？
QDは、そのフォトルミネッセンスとエレクトロルミネッセンスの両方の特徴から、様々な用途において既存技術に付加価値を提供することができる。また、さまざまなケースのサプライチェーンを再編成する可能性もあり、関連するプレーヤーに新たな機会をもたらします。
QDトピックに関する詳細な技術調査と分析により、本レポートはデータに基づいた評価、QDトピック研究に関する長年の蓄積からの洞察を提供している。我々のロードマップでは、様々な用途におけるQDの統合を包括的に検証し、展望を述べている。毒性の懸念、長期安定性、大規模製造技術やコストなどの課題に対処する必要がある。研究者たちは、これらのハードルを克服するため、無毒でより安定した材料を積極的に探求している。さらに、QDの合成技術や製造プロセスの進歩により、製造コストが低下し、商業用途への普及が促進される可能性が高い。
また本レポートでは、LCD TV、miniLEDバックライトディスプレイ、QD-OLED TV、QD-μLED TV、オンチップタイプ、発光型QLEDディスプレイ、光検出器、照明、農業用フィルム、研究用など11の応用分野について、面積（平方メートル）、重量（トン）、金額、材料レベルでの10年間の市場予測を示している。
IDTechExの予測は、詳細なインタビュー、市場に関する深い洞察、綿密なトレンド追跡だけでなく、様々な技術がいつ、どのようにして既存企業と比較して商業的に成立するようになるかについて現実的かつ専門的な見解を示す技術分析からも大いに活用されている。
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QD材料世界市場のIDTechEx予測。
出典：IDTechEx
IDTechEx Researchは2013年から量子ドットの技術と市場を分析している。それ以来、インタビュープログラムや企業・学会訪問を通じて、最新の研究・市場動向に極めて密着している。
さらに、IDTechEx Researchは多くのクライアントと密接に関わり、彼らが技術と市場の状況をよりよく理解し、イノベーションと商業化戦略を設定するのを支援してきました。
量子ドットの分析において、IDTechEx Researchは先端電子材料とデバイスの分析における豊富な専門知識を提供しています。IDTechExは過去20年にわたり、多くの新興技術の興隆や衰退、成功や失望をつぶさに観察してきました。
これにより、IDTechExは、新興の電子材料技術の分析に関して、他に類を見ない経験豊かな目を持つことになります。これは、技術の本質的特徴に基づく真の可能性と、その技術が直面する技術的・商業的課題の真のレベルを反映した、現実的な市場・技術ロードマップを確立するのに役立つため、極めて重要です。
目次
Summary
この調査レポートでは、2024-2034年の量子ドット材料と技術について詳細に調査・分析しています。
主な掲載内容（目次より抜粋）
Report Summary
Quantum dots (QDs) are semiconductor nanocrystals in the range of 2-10 nanometers (10-50 atoms) with size-tunable features. They exhibit quantum confinement effects due to their nanoscale dimensions, leading to remarkable optical and electrical characteristics. The quantum dot features can be adjusted by particle size, material, and compositions. QD materials such as Cd-based, In-based, PbS, perovskites, as well as emerging CuInS2, InAs, ZnTeSe QDs have varied bandgap and thus absorption and emission spectra. This fine-tune ability has resulted in quantum dots having significant application potential, notably in display, image sensor, photovoltaic, lighting and various other use cases.
Since they were first discovered in 1980, QDs have demonstrated immense potential in transforming display, image sensor, photovoltaic, lighting, and greenhouse film technologies with commercial products.
This report provides IDTechEx's technology roadmap considering how the technology mix in various applications will be transformed with time.
Display: Successful Application?
In display technology, QDs have found extensive use as a color-enhancing component offering a wider color gamut, higher color accuracy, and increased brightness compared to a traditional liquid crystal display (LCD). The unique photoluminescent property of emitting specific wavelengths of light upon excitation enables QDs to convert blue light from LEDs into pure red and green, thus achieving a more extensive and precise color palette.
The evolution of QD integration approaches in displays is examined in the report, highlighting the dominance of the film-type adoption over the obsolete edge optic. Nevertheless, emerging approaches such as QD color filters for OLED and micro-LED (μLED) or on-chip type are gaining momentum, facilitated by material advancements and fabrication technique improvement, which could eventually surpass the film-type. Additionally, this analysis recognizes QDs as the ultimate emissive material for displays, tracking efficiency and lifetime improvements while delving into persistent challenges regarding performance, lifetime, deposition/patterning, and device design.
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Various QD adoption in displays
Source: IDTechEx
Emerging Dominance: Quantum Dots in Image Sensors?
Lead sulfide QDs offer the advantage of tunability across an extensive spectrum of wavelengths, making them suitable for near-infrared (NIR) or short-wave infrared (SWIR) sensing applications. An intriguing possibility arises as they can be combined with a silicon Read-Out Integrated Circuit (ROIC) to form a hybrid QD-Si NIR/SWIR image sensor. This innovative integration presents a potential pathway towards achieving high-resolution small-pixel silicon-based NIR/SWIR sensors, eliminating the necessity for heterogeneous hybridization of indium gallium arsenide (InGaAs) sensors with Si ROIC. The low-cost hybrid QD-based image sensors can not only target applications traditionally realized by InGaAs SWIR image sensors, but also help to reach new applications.
With the first generation of products already on the market and giants also getting involved in this area, the promise of this technology remains strong. This report explores hybrid QD-Si image sensors that can simultaneously achieve high resolution, low pixel pitch and global shutter with potentially low-costs. Technology analysis and player introductions are provided as well.
Quantum Dots: Illuminating the Future of Lighting?
Existing commercial products are based on QDs' photoluminescent features and have demonstrated remarkable potential in lighting technologies. They can be integrated into LED lighting systems as color converters, enabling the production of tunable and high-quality white light. QD-based LEDs can achieve excellent color rendering indices (CRI) and color temperatures, making them suitable for a variety of lighting applications, including indoor and automotive lighting. Moreover, the narrow emission spectra of QDs reduce the need for complex filtering, enhancing energy efficiency and reducing light pollution.
Quantum Dots in Photovoltaics: Yes or No?
QDs can be potentially integrated into photovoltaic (PV) devices, leading to the emergence of third-generation solar cells. By engineering the bandgap of quantum dots to match specific regions of the solar spectrum, these cells can efficiently capture a broader range of light wavelengths, as well as enable multiple exciton generation (MEG) effect, allowing improved light harvesting, higher conversion efficiencies, and better performance under low-light conditions. They can also offer the potential for flexible and transparent photovoltaic applications. The report benchmarked various PV technologies, exploring commercial and technical challenges that need to be overcome.
QD PV efficiency records
Data sourced from NREL Solar PV Efficiency Chart, plotted by IDTechEx
Quantum Dots: Changing and Expanding Applications?
QDs can provide added values to existing technologies in various applications from both their photoluminescent and electroluminescent features. The potential to reshuffle the supply chain for different case cases also brings up new opportunities to relevant players.
With in-depth technological research and analysis on the QD topic, the report provides data-driven evaluation, insights from our years of accumulation on QD topic research. Our roadmap comprehensively examines the integration of QDs for various applications with outlook. Challenges such as toxicity concerns, long-term stability, and large-scale manufacturing techniques and costs must be addressed. Researchers are actively exploring non-toxic and more stable materials to overcome these hurdles. Additionally, advancements in QD synthesis techniques and manufacturing processes are likely to drive down production costs and promote widespread adoption in commercial applications.
This report also provides 10-year market forecasts in area (square meter), weight (ton) and value, and at material level, for 11 application sectors including LCD TV, miniLED backlight displays, QD-OLED TVs, QD-μLED TVs, on-chip type, emissive QLED displays, photodetectors, lighting, agricultural films, research and other.
IDTechEx's forecasts draw heavily from its technology analysis which gives realistic and expert views of when and how various technologies can become commercially viable compared incumbents, as well as detailed interviews, deep market insights, and close trend tracking.
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IDTechEx forecast of global QD materials market. Source: IDTechEx
IDTechEx Research has been analyzing the technologies and markets for quantum dots since 2013. Since that time, it has stayed extremely close to the latest research and market developments via its interview program and company and conference visits.
Furthermore, IDTechEx Research has engaged closely with many of its clients, helping them better understand the technology and market landscape and helping them set up their innovation and commercialization strategies.
In its analysis of quantum dots, IDTechEx Research brings its wealth of expertise in analyzing advanced electronic materials and devices. Over the past 20 years IDTechEx has closely observed the rise and/or fall, and the success and/or disappointment, of many emerging technologies.
This gives IDTechEx uniquely experienced eye when it comes to analyzing emerging electronic material technologies. This is crucial because it helps us establish a realistic market and technology roadmap that reflects the true potential of the technology based on its intrinsic characteristics and on the true level of technical and commercial challenges that it faces.
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2024/06/28 10:26 162.07 円 173.83 円 207.48 円 |
