就在5月下旬，歐盟（EU）通過更新自2017年以來實(shí)施的一項(xiàng)規(guī)定，收緊其對(duì)在電子設(shè)備中使用有毒金屬鎘（Cd）的限制。但業(yè)內(nèi)人士表示，歐盟的這項(xiàng)新規(guī)定不會(huì)對(duì)目前的顯示器業(yè)務(wù)產(chǎn)生太大的影響，因?yàn)榇蠖鄶?shù)制造商在全球范圍內(nèi)生產(chǎn)的顯示器件都已符合這樣的要求。

十多年前，含鎘量子點(diǎn)（QDs）首次進(jìn)入顯示器應(yīng)用，量子點(diǎn)是一種特殊的半導(dǎo)體晶體，它在受到光或電的驅(qū)動(dòng)時(shí)，會(huì)發(fā)出和其尺寸相關(guān)的顏色的光。除了使用鎘，量子點(diǎn)也可以使用磷化銦等其他材料制成，通過將LED背光的白色或藍(lán)色光“降頻”為紅色或綠色，量子點(diǎn)材料被廣泛用于LCD顯示器的顏色轉(zhuǎn)換。其結(jié)果是，新的顯示器能夠再現(xiàn)更為生動(dòng)的色彩，包括具有寬色域的高動(dòng)態(tài)范圍（HDR）。

鎘也是歐盟委員會(huì)（EC，歐盟的執(zhí)行機(jī)構(gòu)）通過其有害物質(zhì)限制（RoHS）規(guī)則監(jiān)管的元素和化合物之一，該規(guī)則始于2006年，旨在限制消費(fèi)電子產(chǎn)品中有害化學(xué)品的使用。RoHS規(guī)則（特別是指令2011/65/EU）限制了鉛和汞等物質(zhì)的使用，通常以百萬分之一（ppm）為基礎(chǔ)設(shè)定限制。例如，“同質(zhì)部分”中鉛和汞的限量為1000 ppm，而鎘的限量?jī)H為100 ppm。

不過，行業(yè)如果可以證明使用這些限制性材料能夠帶來相比于潛在替代品更為突出的性能、效率或相關(guān)環(huán)境效益（例如，較少的電力消耗），則可以在一定程度上申請(qǐng)RoHS規(guī)則的豁免。通常，此類豁免請(qǐng)求需要由第三方進(jìn)行評(píng)估，然后由申請(qǐng)方向歐盟委員會(huì)提出。

實(shí)際上，鎘材料早已經(jīng)被用于照明和顯示，這是歐盟委員會(huì)在德國Oeko研究所進(jìn)行長(zhǎng)期評(píng)估和建議后于2011年批準(zhǔn)的豁免。當(dāng)時(shí)，基于硒化鎘（CdSe）的量子點(diǎn)比任何其他替代品都要高效可靠，3M等公司已經(jīng)在開發(fā)用于薄膜封裝的CdSe量子點(diǎn)。歐盟委員會(huì)批準(zhǔn)了這項(xiàng)豁免，允許“每平方毫米發(fā)光面積含有不超過10微克的鎘”，即每平方米（大約相當(dāng)于一臺(tái)65英寸電視的大小）10克鎘。

Palomaki咨詢公司的所有者兼首席科學(xué)家Peter Palomaki表示，雖然單位不同，但很明顯，這一新的鎘含量要求要遠(yuǎn)高于RoHS規(guī)定的100ppm標(biāo)準(zhǔn)限值。2017年，該豁免隨后又被更新，僅允許每平方毫米發(fā)光面積0.2微克（或每平方米0.2克）。Palomaki也承認(rèn)，歐盟所制定規(guī)則中不同的計(jì)量單位可能會(huì)令很多人困惑。

“每平方米0.2克，是對(duì)整個(gè)顯示區(qū)域上使用的限制，這與ppm測(cè)量非常不同，ppm測(cè)量的是單位質(zhì)量?jī)?nèi)允許的有害物質(zhì)質(zhì)量，”Palomaki解釋道：“ppm測(cè)量針對(duì)的是一個(gè)同質(zhì)的部分，這種同質(zhì)性意味著它不能被物理分解成更小部分。”

根據(jù)Palomaki的說法，QD增強(qiáng)膜（QDEF）不能算作“同質(zhì)部分”，因?yàn)樗鼘?shí)際由三層組成：頂層、QD中間層和底層。Palomaki認(rèn)為QD中間層才是受100ppm規(guī)則約束的“同質(zhì)部分”， QD供應(yīng)商N(yùn)anosys Shoei也認(rèn)同這一觀點(diǎn)。

“我們是按對(duì)這個(gè)中間層的管控來做的，我們認(rèn)為這才是對(duì)歐盟規(guī)則的正確理解，這是歐盟制定這一規(guī)則的初衷，”Shoei Chemical Nanosys的營銷副總裁Jeff Yurek表示：“不過，我們也要承認(rèn)，目前市場(chǎng)在這方面還存在一些爭(zhēng)論。”

雖然上述39(a)號(hào)豁免下0.2克的用量限制原定于2019年10月到期，但它一直持續(xù)到2024年，這是因?yàn)闅W盟委員會(huì)考慮了照明和顯示器制造商的幾項(xiàng)延長(zhǎng)請(qǐng)求。在考慮Oeko研究所于2022年末發(fā)布的另一份關(guān)于鎘使用的深入評(píng)估和建議后，歐盟委員會(huì)在2023年之前征求了公眾對(duì)新建議的意見，并于今年3月份對(duì)此進(jìn)行了投票。

更新后的規(guī)則，豁免39（b），直到今年5月21日才正式公布。制造商現(xiàn)在有18個(gè)月的寬限期，直到2025年11月21日，以完全遵守新規(guī)定。

“在過去的七年里，制造商必須遵守的是0.2這個(gè)數(shù)字，”Palomaki說：“這一期間，100 ppm一直是無效的，現(xiàn)在的規(guī)則是0.2。不過18個(gè)月后，0.2的限制將會(huì)消失，它又會(huì)回到100 ppm，這將是所有產(chǎn)品的通用標(biāo)準(zhǔn)。100 ppm規(guī)則將適用于烤面包機(jī)烤箱、微波爐和冰箱。所有消費(fèi)電子產(chǎn)品都將遵守100 ppm這一歐盟的RoHS要求。當(dāng)然，電視和顯示器的鎘含量也將會(huì)回到100 ppm的標(biāo)準(zhǔn)限值。”

雖然在歐盟國家銷售電視機(jī)需要在技術(shù)上符合RoHS規(guī)則，但畢竟歐盟是一個(gè)巨大的市場(chǎng)，Palomaki和Yurek都希望制造商能夠讓他們的電視機(jī)符合新規(guī)則。Yurek表示，一般來說，原始設(shè)備制造商（OEM）不愿意為不同的國家生產(chǎn)不同的型號(hào)，所以這也將會(huì)延伸到目前生產(chǎn)大量液晶顯示器的中國制造商。

“他們希望有一個(gè)可以在世界各地發(fā)貨的SKU(最小庫存量)，所以這將會(huì)成為他們最難滿足的規(guī)定，” Yurek說道：“不過我們能夠滿足了這一點(diǎn)，我們可以支持他們將產(chǎn)品賣到其他任何地方。”

考慮到電視機(jī)的典型制造周期，符合新規(guī)定的產(chǎn)品型號(hào)將會(huì)于1月發(fā)布，春末上架，假期期間會(huì)大量銷售，Nanosys建議其所有客戶都能確保其2025推出的型號(hào)符合新規(guī)定。

Yurek說：“不過，他們中的大多數(shù)現(xiàn)在已經(jīng)這么做了。”

鎘豁免規(guī)定變化的意義重大，按照歐盟的說法，之前的豁免39（a）“沒有區(qū)分鎘基材料嵌入量子點(diǎn)的不同方式”，而新的豁免規(guī)則39（b）對(duì)此進(jìn)行了更正。

根據(jù)該規(guī)定附帶的歐盟委員會(huì)解釋性備忘錄，量子點(diǎn)的三個(gè)主要應(yīng)用是“On-Edge技術(shù)”，即量子點(diǎn)被設(shè)計(jì)在位于LED芯片附近的遠(yuǎn)程組件上；“On-Surface技術(shù)”，將量子點(diǎn)封裝在覆蓋整個(gè)顯示區(qū)域的薄膜中；以及“On-Chip技術(shù)”，即量子點(diǎn)直接設(shè)計(jì)在LED表面并封裝在其LED封裝內(nèi)。

根據(jù)新的豁免規(guī)則39（b），只有第三種On-chip應(yīng)用現(xiàn)在不受鎘限制，不過它僅用于顯示器，該豁免僅面向“直接沉積在LED半導(dǎo)體芯片上，用于顯示和投影的降頻半導(dǎo)體納米晶體量子點(diǎn)中的鎘”。該限制為每平方毫米LED芯片表面最多5微克鎘，每個(gè)設(shè)備（即顯示器）的最大鎘含量為1毫克。另外，以上所有類別的豁免將于2027年12月31日到期。

歐盟委員會(huì)對(duì)此解釋時(shí)表示，On-Edge應(yīng)用，如索尼早期的“Triluminos”邊緣照明液晶電視，將其QD封裝在玻璃管中，這種方案已經(jīng)過時(shí)。同時(shí)，傳統(tǒng)使用含鎘量子點(diǎn)最多的On-Surface應(yīng)用也能夠輕松在市場(chǎng)上找到它的無鎘替代品。歐盟表示，固態(tài)照明領(lǐng)域的On-Chip技術(shù)也有了它的無鎘替代品，這也是為什么照明應(yīng)用沒有包括在更新的豁免條款中。但相比之下，顯示器領(lǐng)域的無鎘On-Chip技術(shù)的發(fā)展還很滯后，可能還需要四到五年的時(shí)間。

歐盟委員會(huì)表示：“對(duì)于一些新技術(shù)，如微型顯示器，目前還沒有市場(chǎng)上可用的無鎘替代品，或像和目前含鎘On-Chip那樣可靠的替代方案。”

雖然豁免條款39（b）中的變化似乎會(huì)對(duì)當(dāng)前使用量子點(diǎn)的LCD和QD-OLED電視機(jī)產(chǎn)生重大影響，但事實(shí)是，自2013年推出第 一臺(tái)基于量子點(diǎn)技術(shù)的電視以來，量子點(diǎn)的鎘使用量已大幅減少。首先，一些世界領(lǐng)先的電視品牌從未在其QDEF電視機(jī)中使用鎘，他們一直依賴使用一些由磷化銦制成的QD，其中包括排名前兩位的三星和LG，另外索尼也不再使用含鎘方案。

其次，另一些制造商選擇了一種折中的QDEF方案，這種方案含有一定用量的鎘，但用量符合RoHS標(biāo)準(zhǔn)中鎘含量低于100ppm的限制。這些產(chǎn)品可能含有90ppm的鎘，甚至99ppm。根據(jù)歐盟規(guī)則，制造商有義務(wù)在電視機(jī)背面貼上一個(gè)“無鎘”標(biāo)簽，就像使用磷化銦量子點(diǎn)的電視機(jī)一樣。

Palomaki指出，這些符合RoHS規(guī)定的顯示產(chǎn)品在獲得部分鎘元素帶來的好處的同時(shí)，比如較小的半高峰寬（更高的顏色純度）和更高的效率，而不違反RoHS規(guī)則。不過，當(dāng)消費(fèi)者發(fā)現(xiàn)這些產(chǎn)品還是含有鎘的時(shí)候，可能還是會(huì)產(chǎn)生一些對(duì)其營銷方式的抵制情緒，因?yàn)榍笆觥盁o鎘”標(biāo)簽顯然有點(diǎn)誤導(dǎo)。

“根據(jù)法規(guī)要求，制造商必須在任何鎘含量低于100 ppm的顯示器背面貼上一個(gè)無鎘的標(biāo)簽，” Yurek說：“所以O(shè)LED顯示器有這樣的標(biāo)簽，基于磷化銦量子點(diǎn)的液晶顯示器有這樣的標(biāo)簽，鎘含量低于100 ppm的液晶顯示器也有。我們對(duì)這種處理感到非常迷惑，這不是我們所認(rèn)為合理的處理方式，客戶或消費(fèi)者的認(rèn)知也是這樣，不過這是目前歐盟的處理方式。”

最后是第三種使用QDEF的含鎘顯示器方案，這種方案的QDEF，鎘在其膜層內(nèi)的部分超過100ppm的極限，不過，對(duì)于整個(gè)顯示產(chǎn)品仍低于0.2克的閾值。這些電視在未來18個(gè)月內(nèi)不受RoHS限制，但之后必須降低鎘濃度才能在歐盟市場(chǎng)銷售。

“這些產(chǎn)品現(xiàn)在正在市場(chǎng)上銷售；你甚至可以在美國市場(chǎng)的電視上找到它們，”Palomaki說：“我還沒有測(cè)量濃度；這種狀態(tài)下測(cè)量鎘元素濃度本身就很困難。但我可以通過一些較為簡(jiǎn)單的測(cè)量方式來判斷哪些含鎘，哪些不含鎘。”

根據(jù)Palomaki的說法，通過使用光譜分析儀，他能夠很容易地判斷出哪些QDEF產(chǎn)品中含有鎘。“我可以通過光譜中紅色和綠色峰的寬度來判斷，”他說：“這其中有一個(gè)非常明確的閾值——磷化銦量子點(diǎn)的發(fā)光光譜，其發(fā)光光譜的半高峰寬一般大于35納米。作為對(duì)比，含鎘量子點(diǎn)的半高峰寬通常小于30納米，比如25納米，有時(shí)甚至能達(dá)到22納米。因此，鎘量子點(diǎn)和磷化銦量子點(diǎn)之間有很大的區(qū)別，從光譜上看，你幾乎可以馬上分辨出區(qū)別。”

“我們?cè)谄聊磺懊婵吹降念伾佻F(xiàn)效果除了和量子點(diǎn)的發(fā)光光譜特性有關(guān)以外，還和器件中許多其他物質(zhì)有關(guān)，”他說道，“舉一個(gè)例子，LCD內(nèi)的彩膜就會(huì)對(duì)顏色質(zhì)量和亮度產(chǎn)生巨大影響。TCL對(duì)彩膜的選擇和三星對(duì)彩膜的選擇可能完全不同，三星使用磷化銦量子點(diǎn)而TCL使用含鎘量子點(diǎn)，這些都 可能導(dǎo)致最終進(jìn)入我們眼睛的光線大不相同。”

Nanosys在2017年推出了Hyperion，這是一款新的QD產(chǎn)品，具有類似鎘的光學(xué)性能，其標(biāo)準(zhǔn)BT.2020色域覆蓋率可以達(dá)到90%，這在當(dāng)時(shí)引起了業(yè)內(nèi)的轟動(dòng)。這種方案中，Nanosys結(jié)合了無鎘紅色發(fā)光量子點(diǎn)與超低鎘含量的綠色發(fā)光量子點(diǎn)，這樣在提高光學(xué)性能的同時(shí)，突破了歐盟的RoHS限制。不過，Yurek表示，他的感覺是，市場(chǎng)上使用Hyperion的產(chǎn)品還是很少，盡管他不確定確切的庫存。

“現(xiàn)在的情況是，QDEF薄膜制造商已經(jīng)能夠?qū)⒓t色和綠色鎘基量子點(diǎn)結(jié)合起來，同時(shí)讓鎘含量不超過100 ppm，” Yurek說：“這在一定程度上是因?yàn)榱孔狱c(diǎn)的性能有所提高，因此它們不需要那么多量子點(diǎn)就能獲得目標(biāo)光學(xué)性能。”

Yurek還提到，Nanosys還有低成本xQDEF的擠出產(chǎn)品方案，它將擴(kuò)散板技術(shù)與量子點(diǎn)相結(jié)合，雖然它也使用鎘，但遠(yuǎn)低于100ppm的RoHS限制。這是因?yàn)檫@種方案使用了重量大得多的擴(kuò)散板。

Yurek說：“這些雖然都是含鎘方案，但是根據(jù)RoHS新法規(guī)的定義方式，它們都遠(yuǎn)低于100 ppm的限制。”

Nanosys多年來一直在生產(chǎn)大量的磷化銦量子點(diǎn)，所以他們一直是敦促歐盟委員會(huì)取消液晶顯示器鎘豁免的公司之一。Yurek表示，盡管含鎘量子點(diǎn)的性能仍比磷化銦量子點(diǎn)好一些，但使用它們的品牌往往更注重成本，所以不會(huì)額外搭配使用DBEF等有助于進(jìn)一步提高電視亮度的組件。然而，使用磷化銦量子點(diǎn)材料的品牌正在努力通過優(yōu)化其電視設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)最 佳的整體性能。

“我們向他們展示的一個(gè)事實(shí)是，如果你去買電視，市場(chǎng)上性能最 高的電視都是不含鎘的，” Yurek說：“之所以有這種現(xiàn)象，影響制造商設(shè)計(jì)選擇的絕不僅是量子點(diǎn)材料的類型。”

Yurek和Palomaki都表示，目前他們尚不清楚擁有鎘豁免權(quán)利的On-Chip方案將如何用于Micro-LED的開發(fā)，畢竟從制造角度來看，Micro-LED技術(shù)仍處于初級(jí)階段。

“這很難，因?yàn)樵贛icro-LED領(lǐng)域還沒有一種公認(rèn)的、廣泛使用的量子點(diǎn)實(shí)施策略，”Palomaki說：“業(yè)內(nèi)和學(xué)術(shù)界提出了很多不同的想法，比如在每顆單獨(dú)的Micro-LED芯片上噴墨印刷量子點(diǎn)材料。比如制造一種周圍有儲(chǔ)液器的Micro-LED，然后將量子點(diǎn)沉積到所包含的儲(chǔ)液器中。儲(chǔ)液器可能有傾斜的壁或直壁，所有這些都將改變最終進(jìn)行顏色轉(zhuǎn)換所需的量子點(diǎn)數(shù)量，但模具尺寸保持不變。因此，理論上，實(shí)現(xiàn)顏色轉(zhuǎn)換的方式，不同家可能有很大的區(qū)別。”

無論哪種方式，Palomaki預(yù)計(jì)Micro-LED制造商將確保他們能夠滿足5微克的限制，或者最 好達(dá)到100 ppm的限制。“這樣他們就再也不用擔(dān)心了”，Palomaki補(bǔ)充道。

目前，Nanosys已經(jīng)在與應(yīng)用材料公司合作，以共同開發(fā)Micro-LED的無鎘顏色轉(zhuǎn)換方案。應(yīng)用材料公司的方案，是在發(fā)紫外光的Micro-LED上使用Nanosys的紅色、綠色和藍(lán)色無鎘量子點(diǎn)。Yurek表示，其他客戶也在為他們的Micro-LED方案尋找無鎘量子點(diǎn)方案，順著Nanosys的技術(shù)路線，他們將不會(huì)為Micro-LED顏色轉(zhuǎn)換或電致發(fā)光量子點(diǎn)（EL-QD）顯示技術(shù)開發(fā)任何含鎘量子點(diǎn)方案。

“我們認(rèn)為，發(fā)展要向前看，我們需要把鎘拋在腦后，不要再和鎘打游擊戰(zhàn)，”Yurek說：“我們之前有這么做過，不過未來這么我們不想再做了。”