量子點電視新趨勢:無鎘量子點
從三星電子於2015年發佈搭配量子點膜的QLED顯示產品以後,奠定了量子點(QD)材料在顯示器應用市場的關鍵地位。在諸多的新型顯示器技術中,如Mini LED、Micro LED、QDLED等,量子點皆可滿足這些顯示技術應用場景,比如QD-LCD產品,以及三星於2020年主推的QD-OLED。再或者 QDCCM (Color Conversion Material)在Mini/Micro LED中的應用,可看出量子點材料在未來顯示示器技術發展中佔有相當關鍵的重要地位。
據知名諮詢機構HIS Market和IDTechEx預測,未來三年(2021-2023年)市場對量子點光學膜片的總需求量約爲8500萬平方米,總銷售額預計達140億人民幣。隨着消費者對高色域顯示的認可度提高和量子點膜成本的持續降低,未來量子點膜將成爲液晶顯示屏的標配。
可用於顯示的量子點材料體系分爲如下三類: CdSe體系,InP體系,鈣鈦礦體系,這三種材料又可以分爲有鎘材料:CdSe,無鎘材料:InP和鈣鈦礦。其中CdSe含有重金屬Cd是歐盟RoHs標準所限制的一種一類致癌物質。
表1顯示用量子點材料的分類對比
由於CdSe本身具有不錯的穩定性,是目前應用比較廣的量子點材料,但其具有很強刺激性,接觸可引起噁心、頭痛和嘔吐。此類含鎘量子點在生產製造、加工使用、廢棄處置等各個階段都會造成持久的污染和損害,首先含鎘量子點的合成,表面修飾以及清洗均會產生相應的含鎘廢水,若這些廢水如果處理不當,就會進入地下水中,可能對水體環境產生長期不良影響,對水生生物也有極高毒性。
其次,對於相關的Cd材料經過運輸,到與樹脂融合,最後產出量子點薄膜的整個生產過程中,會產生相應的廢液,廢氣,廢料,這些含鎘廢棄物以及其承裝容器須作爲危險性廢料處置,其中對於含鎘薄膜會走進消費者的家中,當顯示設備損壞或遇到電氣火災等情況時也可能導致這種劇毒物質的釋放,吸入含有鎘廢氣的煙霧,會導致化學性肺炎。最後,含鎘材料的廢棄回收以及處置也存在非常大的問題。
由於鎘及其化合物均有一定毒性,歐盟,美國,中國均對鎘的使用提出了相應的法規要求。早在2013年1月,歐盟議會和歐盟理事會通過了2002/95/EC指令,即“在電子電器設備中限制使用某些有害物質指令”,簡稱RoHS指令,並於2015年修訂出臺了RoHS 2.0指令(2011/65/EU),已納入CE認證制度,是強制性的認證要求。美國各州對於鎘或者鎘含量的要求,基本都參照了Rohs標準,只是美國各州在具體實施細則中又有自己的規定。中國工信部於2016年公佈的《電器電子產品有害物質限制使用管理辦法》被稱爲中國版的RoHS 2.0,其中電視機納入達標管理目錄的電器電子產品,應當符合GB/T 26572-2011對電子電氣產品中限用物質的限量要求。根據《達標管理目錄限用物質應用例外清單》,對量子點電視機的鎘含量要求與歐盟RoHS 2.0一致。
表2中國《電器電子產品有害物質限制使用管理辦法》之顯示照明應用中鎘管理辦法
無鎘量子點技術趨勢
作爲國際上兩大知名顯示器廠商三星與BOE,一直是無鎘技術的支持者與擁護者。三星是最早採用InP(磷化銦)無鎘量子點技術,並強調自己全球唯一推出無鎘量子點電視的廠商。在2020年全球量子點顯示設備出貨量大概是1200萬臺,三星出貨量就有779萬臺,佔比64.9%,成爲量子點顯示產品的主流。目前國內電視機廠家還未推出量產的無鎘量子點電視機。BOE無鎘技術主要體現在量子點在電致發光器件的應用,在2021年DTIC會議上就提出無鎘量子點材料的匱乏與需求,在CIDC 2020量子點論壇上,也提出對於無鎘量子點材料的發展趨勢,BOE主要從器件結構上進行優化。
全球各大量子點廠商也在積極佈局無鎘量子點技術,比如含鎘量子點巨頭公司美國Nanosys在CIDC 2020量子點論壇上提出將無鎘量子點作爲主要開發方向,並介紹說已開出新的無鎘綠色量子點材料等。無鎘量子點將是量子點電視的新趨勢。