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2024年5月底，歐盟加強了對電子設備中有毒金屬鎘的使用限制，更新了自2017年起實施的一項規定。但業內人士表示，歐盟的新法規不會對顯示器業務產生太大影響，因為大多數制造商已經在全球范圍內生產符合新限制要求的產品。
十多年前，鎘首次被用于顯示器，用于生產量子點 (QD)，這是一種半導體晶體，在受到光或電作用時，會根據其大小產生不同的顏色。量子點也可以由磷化銦等其他材料制成，它被廣泛用于在 LCD 顯示器中進行顏色轉換，方法是將 LED 背光中的白光或藍光“降頻”為紅光或綠光。結果是生動的色彩再現，包括具有寬色域的高動態范圍 (HDR)。
鎘也是歐盟委員會（歐盟執行機構）通過其《限制使用有害物質指令》（RoHS）所監管的元素和化合物之一，該指令于 2006 年開始實施，旨在限制消費電子產品中有害化學物質的使用。RoHS 規則（特別是 2011/65/EU 指令）管理鉛和汞等物質的使用，通常以百萬分率 (ppm) 為基礎設定限制。例如，“同質部件”中鉛和汞的限量為 1,000 ppm，而鎘的限量為 100 ppm。
如果能提供強有力的論據證明使用受限材料優于替代品，例如顯著的性能、效率或相關的環境效益（例如，更少的電力消耗），則有可能獲得 RoHS 規則豁免。此類豁免請求通常由外部機構評估，然后向歐盟委員會提出建議。
鎘已根據此類豁免（豁免 39）用于照明和顯示器，該豁免是在德國 Oeko 研究所經過長時間評估和推薦后于 2011 年由歐盟委員會批準的。當時，基于硒化鎘的量子點比任何替代品都更高效、更可靠，3M 等公司正在開發用于封裝薄膜。歐盟委員會批準了一項豁免，允許“每平方毫米發光面積含 10 微克鎘”，即每平方米含 10 克鎘，大約相當于一臺 65 英寸電視的大小。
Palomaki Consulting 的老板兼首席科學家 Peter Palomaki 表示，雖然單位不同，但實際鎘含量遠高于 RoHS 規定的 100 ppm 標準限值。2017 年，豁免條款隨后修改為豁免條款 39(a)，允許每平方米發光面積的鎘含量僅為 0.2 克。Palomaki 承認，歐盟規則中不同的計量單位可能會造成混淆。
“每平方米每單位面積 0.2 克基本上表示整個屏幕面積可以使用多少，這與 ppm 測量值（質量除以質量）完全不同，”Palomaki 解釋道。“ppm 測量值表示一個部分，一個均質部分，無法物理分解成小部分。”
雖然豁免條款 39(a) 規定的 0.2 克門檻原本將于 2019 年 10 月到期，但該門檻一直延續到 2024 年，而歐盟委員會考慮了照明和顯示器制造商提出的幾項延長門檻的請求。在 Oeko Institute 于 2022 年底就鎘的使用情況進行了另一次深入評估和建議后，歐盟委員會就新的建議征求了公眾意見，有效期至 2023 年，然后于 3 月份對其進行了投票。
更新后的規則《豁免 39(b)》直到 5 月 21 日才正式發布。制造商現在有 18 個月的寬限期，直到 2025 年 11 月 21 日，以完全遵守新規則。
“過去七年來，他們必須遵守 0.2克 這個數字，”Palomaki 說。“100 ppm已經無效，0.2 克才是現在的規定。18 個月后，0.2克 將會消失，并恢復到 100 ppm，這是適用于所有產品的廣泛標準。100 ppm 適用于您的烤箱、微波爐和冰箱。所有消費電子產品都有 100 ppm 的歐盟 RoHS 要求。因此，電視和顯示器將恢復到鎘的標準 100 ppm 限制。”
雖然從技術角度來說，滿足 RoHS 規定只是在歐盟國家銷售電視機的必要條件，但歐盟是一個龐大的市場，Palomaki 和 Yurek 都希望制造商能夠確保其電視機符合新規定。Yurek 表示，一般來說，原始設備制造商 (OEM) 不愿意為不同國家生產不同的型號。這也包括大量生產 LCD 電視機的中國制造商。
“他們希望擁有可以運往世界各地的 SKU，而這是最難滿足的規定，”Yurek 說道。
鑒于電視機的典型制造周期，新款電視機于一月份發布，春末上架，并在假日季節批量銷售，所有電視機制造商需確保其 2025 年生產的電視機符合新規定。
“現在，大多數都已經這樣做了，”Yurek說道。
鎘豁免條款的修改意義重大，因為之前的豁免條款 39(a)（引用歐盟指令）“沒有區分鎘基材料嵌入量子點的不同配置”。而新的豁免條款則有區分。
根據該指令附帶的一份歐盟解釋性備忘錄，量子點的三種主要應用是：“邊緣技術”，其中量子點被整合到靠近 LED 芯片的遠程組件中；“表面技術”，其中量子點被封裝在覆蓋整個顯示區域的薄膜中；以及“片上技術”，其中量子點直接放置在 LED 表面并封裝在其 LED 封裝內。
根據豁免條款 39(b)，現在只有這第三個片上應用不受鎘限制，并且只能用于顯示器，該條款允許“將降頻半導體納米晶體量子點中的鎘直接沉積在 LED 半導體芯片上，用于顯示器和投影應用”。限制為每平方毫米 LED 芯片表面的鎘含量最高為 5 微克，每個設備（即顯示器）的最大含量為 1 毫克。所有類別的豁免將于 2027 年 12 月 31 日到期。
歐盟委員會在解釋其決定時表示，邊緣應用，例如索尼早期的“Triluminos”側光式液晶電視，其量子點封裝在玻璃管中，已經過時。與此同時，用于表面應用的無鎘量子點替代品現已隨處可見，而表面應用歷來使用鎘最多。歐盟表示，固態照明應用也有無鎘片上技術替代品，這就是為什么照明未被納入更新的豁免范圍。但相比之下，顯示器無鎘片上技術的開發落后，可能還需要四到五年時間。
歐盟委員會表示：“對于微型顯示器等一些新技術，目前還沒有市場上可用的無鎘替代品，也沒有像鎘QD片上配置那樣可靠的配置替代品。”
雖然豁免條款 39(b) 中的變化似乎會對使用 QD 的當前 LCD 和 QD-OLED 設備產生重大影響，但事實是，自 2013 年推出首款支持 QD 的電視以來，QD 中鎘的使用量已大幅減少。首先，一些世界領先的電視品牌從未在其 QDEF 電視機中使用過鎘，而是依賴于磷化銦制成的 QD。其中包括三星和 LG 這兩個最大的品牌。索尼也不再使用鎘。
QDEF 產品的第二種類型是含有一些鎘，但符合 RoHS 規定，因為鎘含量低于 100 ppm 的限制。這些設備可能含有 90 ppm 的鎘，甚至高達 99 ppm。根據歐盟規定，制造商有義務在設備背面貼上“無鎘”圖標，即“Cd”上的十字標記，就像使用磷化銦 QD 的設備一樣。
歐盟規定符合“無鎘”標準的設備必須加貼“無鎘”標志
Yurek 和 Palomaki 都表示，目前尚不清楚剩余的片上鎘豁免將如何對 microLED 開發產生影響，從制造的角度來看，這仍處于起步階段。
“這很難，因為目前還沒有一個被廣泛接受的、適用于 microLED 上 QD 的實施策略，”Palomaki 說。“有很多不同的想法。你可以在每個 microLED 上直接進行噴墨打印。你可以創建一個帶有容器的 microLED，然后將 QD 放入容器中。容器的壁可以是傾斜的，也可以是直的，所有這些都會改變最終需要實現顏色轉換的 QD 數量。但芯片尺寸保持不變。因此，從理論上講，實現顏色轉換的方式可能會因公司而異。”
無論如何，Palomaki 預計 microLED 制造商將確保他們滿足 5 微克的限制，或者最好是 100 ppm 的限制，“這樣他們就再也不用擔心這個問題了。”
