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科普:为什么有毒元素镉可以用在量子点技术中?

文章来源:本站编辑 更新时间:2016-08-22 19:38:39   浏览次数:

 

  光明网讯 日前,海信电器联合全球量子点显示技术领导者QD Vision,在京发起节能减排行业倡议,电视作为家庭必备家电之一,其耗电量往往被人忽视。尤其是传统的显像管电视机淡出市场后,人们更觉得电视已经不怎么费电了。事实上,不同类型的电视机,节能效果千差万别,那么,量子点技术为什么能够节能?

科普:为什么有毒元素镉可以用在量子点技术中?

  显示技术是技术发展史上的一个重要分支,它既是科学发展的产物同时也不断的反哺着科学的进步。经过多年发展,显示技术已经有了极大的提升,包括广为人知的CRT显示技术、等离子显示技术以及LCD显示技术等等,其中等离子显示技术和LCD显示技术均可归类为FPD(平板显示器)。

  从目前市场占有率而言,FPD已经完全超越了CRT,在我们的生活中随处可见电脑显示器、彩电屏幕等设备均采用了FPD技术,这其实可以理解为一次显示技术革命,即FPD技术取代了CRT技术。

  虽然FPD技术已经成为了目前显示领域的主流,然而就FPD本身而言,它所包含的显示技术也并非平衡发展的,其中的LCD技术要远超等离子技术。相较而言,LCD显示屏具有低电压、低功耗、可靠性高、成本低廉的特点,并且可直接与CMOS集成电路匹配。

量子点技术浅析:伟大的显示技术革命

  不过,虽然LCD显示技术拥有众多优点,但也并非完美无缺。一个非常关键的短板就是其色域范围低,也就是所能呈现的色彩范围非常有限,普通LCD显示屏的色域一般只有72% NTSC水平。这在如今要求日益提升的科研和生活领域来说显然是不够的。

  为了解决这一问题,量子点技术应运而生。先来科普一下,什么是量子点(Quantum Dots)?量子点是一种人造的半导体纳米材料,每当受到光的刺激,量子点便会发出非常纯净的有色光线,使用量子点材料的背光源是目前色彩最纯净的背光源,简而言之,它是一种能发射纯色光的工程纳米材料,将为显示器带来更丰富的超凡色彩。

  量子点作为一种具有独特光特性的全新纳米材料,可精确高效地将高能量蓝光转换为红色和绿色光,量子点可以在LCD显示屏的LED背光上形成一层薄膜,用蓝色LED照射就能发出全光谱的光,通过对背光进行精细调节,可以大幅提升色域表现,让色彩更加鲜明。

  量子点显示技术在色域覆盖率、色彩控制精确性、红绿蓝色彩纯净度等各个维度已全面升级,被视为全球显示技术的制高点,也被视为影响全球的显示技术革命。相比传统LCD显示器,量子点显示屏的色域可以达到110%。

  与海信合作的QD Vision公司2005年创立于美国,很多员工来自于MIT,2013年推出了首款Color IQ量子点显示器,目前拥有全球最大的量子点制造工厂。

科普:为什么有毒元素镉可以用在量子点技术中?

  据了解,ColorIQ可使LCD电视的色彩性能提升50%,实现LCD电视100%以上的NTSC色域覆盖。与此同时,其价格远低于薄膜成本,耗能比OLED低25%。

科普:为什么有毒元素镉可以用在量子点技术中?

  目前,包括海信、TCL、康佳、夏普、LG、长虹、飞利浦、三星、创维等在内的众多家电厂商,已经开始应用量子点技术。

  Touch显示器研究公司首席执行官Jennifer Colegrove博士预测,到2025年,60%的电视机将有量子点,同时51%的显示器将应用量子点技术。

  今天的量子点通常由两种化合物制成:硒化镉(CdSe)和磷化铟(InP),美国癌症学会和3家联邦政府机构的调查显示,磷化铟具有高致癌性,白鼠实验表明它会引发“相当高”的肺癌发病率。

  为什么有毒物质“镉”可以用在量子点技术中,而且更为安全?研究表明,镉作为一种高熔点无挥发的金属,常温下性能稳定。元素镉虽有毒,但用于量子点的化合物硒化镉并没有毒,制成显示设备后也不会造成健康问题。REACH欧盟认证对硒化镉进行评估,同样认为不应将硒化镉归类为“健康风险类化学品”。

  首先,量子点可将有毒元素镉转换为安全和环保的硒化镉。每年全球公布的镉元素产量为30000吨,制作量子点设备可将环境中的镉元素转化为无毒的镉化合物,减少环境污染。其次,硒化镉一旦形成便很难分解成单独的镉和硒,因此硒化镉不具备生物可利用性,而且它与镉不同,不会在体内蓄积。最后,显示屏中使用的硒化镉含量非常低,一般的硒化镉显示屏仅含有1.5毫克镉。

  在实际应用中,硒化镉量子点存在于半导体壳内,然后密封在聚合物基质中,封装在电视机内或显示屏背光单元内的玻璃管(或“量子点光纤”)中。在QD Vision的实验中,根据模拟有毒化学物质浸出(来自可能被处置不当的电视)的毒性特性溶出协议,量子点光学器件在测试过程中未检测到镉元素。因此一定程度上而言硒化镉基量子点技术显示设备并不具有健康隐患。

  虽然这一结论已经经过了实验验证,然而在实际生活中,依据欧美ROHS标准镉基量子点材料依然被限制使用,不过欧美ROHS标准中同时也规定了,在镉含量低于0.001%时存在豁免情况,而QD Vision所开发的量子点技术的光学部件正是在豁免名单之列。

科普:为什么有毒元素镉可以用在量子点技术中?

  相关评估认为,一台Color IQ电视机在整个生命周期中所节省的能源可显著减少释放于环境中的镉含量。500台量子点电视机的镉含量比一颗AA(5号) NiCad电池的镉含量还要少。

  如今的工作和生活中,我们对于显示设备的要求正在变得越来越高,无论是超精细的医疗诊断、高品质的工业建模、优秀的创新和工业设计还是更逼真娱乐视听体验,都需要更加出色的显示设备的支持,如今的主流显示技术已经并不能很好的满足这些需求。

  国际电讯联盟(ITU)在2012年发布了一项代号为Rec.2020的全新规范,这是一项有关播放和显示的规范,是新超高UHD蓝光规范的基础,它的色域要求是目前一般标准的两倍。包括英特尔、Netflix、夏普、3M、谷歌、索尼和佳能等公司相继宣布将采用这一标准。而这一标准现有的主流显示技术却无一能够达到,可预见的唯一可行的解决方案就是发展量子点显示技术。

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