量子点电视新趋势:无镉量子点

量子点显示技术介绍

三星电子于2015年发布搭配量子点膜的QLED显示产品以后,奠定了量子点(QD)材料示器应用市场关键地位。在诸多的新型显示器技术中,如Mini LED、Micro LED、QDLED等,量子点皆可满足这些显示技术应用场景,比如QD-LCD产品,以及三星于2020年主推的QD-OLED。再或者 QDCCM (Color Conversion Material)在Mini/Micro LED中的应用,可看出量子点材料在未来显示示器技术发展中占有相当关键的重要地位。

据知名咨询机构HIS Market和IDTechEx预测,未来三年(2021-2023年)市场对量子点光学膜片的总需求量约为8500万平方米,总销售额预计达140亿人民币。随着消费者高色域显示的认可度提高和量子点膜成本的持续降低,未来量子点膜将成为液晶显示屏标配

可用于显示的量子点材料体系分为如下三类: CdSe体系,InP体系,钙钛矿体系,这三种材料又可以分为有镉材料:CdSe,无镉材料:InP和钙钛矿。其中CdSe含有重金属Cd是欧盟RoHs标准所限制的一种一类致癌物质

表1显示用量子点材料的分类对比

关于含 “镉”量子点的危害与相关环保法规

由于CdSe本身具有不错的稳定性,是目前应用比较广的量子点材料,但其具有很强刺激性,接触可引起恶心头痛和呕吐。此类含镉量子点在生产制造、加工使用、废弃处置等各个阶段都会造成持久的污染和损害,首先含镉量子点的合成,表面修饰以及清洗均会产生相应的含镉废水,若这些废水如果处理不当,就会进入地下水中,可能对水体环境产生长期不良影响,对水生生物也有极高毒性

其次,对于相关的Cd材料经过运输,到与树脂融合,最后产出量子点薄膜的整个生产过程中,会产生相应的废液废气废料,这些含镉废弃物以及其承装容器须作为危险性废料处置,其中对于含镉薄膜会走进消费者的家中,当显示设备损坏或遇到电气火灾等情况时也可能导致这种剧毒物质的释放,吸入含有镉废气的烟雾,会导致化学性肺炎。最后,含镉材料的废弃回收以及处置也存在非常大的问题。

由于镉及其化合物均有一定毒性,欧盟,美国中国均对镉的使用提出了相应的法规要求。早在2013年1月,欧盟议会和欧盟理事会通过了2002/95/EC指令,即“在电子电器设备中限制使用某些有害物质指令”,简称RoHS指令,并于2015年修订出台了RoHS 2.0指令(2011/65/EU),已纳入CE认证制度,是强制性的认证要求。美国各州对于镉或者镉含量的要求,基本都参照了Rohs标准,只是美国各州在具体实施细则中又有自己的规定。中国工信部于2016年公布的《电器电子产品有害物质限制使用管理办法》被称为中国版的RoHS 2.0,其中电视机纳入达标管理目录的电器电子产品,应当符合GB/T 26572-2011对电子电气产品中限用物质的限量要求。根据《达标管理目录限用物质应用例外清单》,对量子点电视机的镉含量要求与欧盟RoHS 2.0一致。

表2中国《电器电子产品有害物质限制使用管理办法》之显示照明应用中镉管理办法

无镉量子点技术趋势

作为国际上两大知名显示器厂商三星与BOE,一直是无镉技术的支持者拥护者。三星是最早采用InP(磷化铟)无镉量子点技术,并强调自己全球唯一推出无镉量子点电视的厂商。在2020年全球量子点显示设备出货量大概是1200万台,三星出货量就有779万台,占比64.9%,成为量子点显示产品的主流。目前国内电视机厂家还未推出量产的无镉量子点电视机。BOE无镉技术主要体现在量子点在电致发光器件的应用,在2021年DTIC会议上就提出无镉量子点材料的匮乏与需求,在CIDC 2020量子点论坛上,也提出对于无镉量子点材料的发展趋势,BOE主要从器件结构上进行优化

全球各大量子点厂商也在积极布局无镉量子点技术,比如含镉量子点巨头公司美国Nanosys在CIDC 2020量子点论坛上提出将无镉量子点作为主要开发方向,并介绍说已开出新的无镉绿色量子点材料等。无镉量子点将是量子点电视的新趋势。