2014 年,李泰宇的團隊剛做出早期鈣鈦礦發光二極體。效率約 2%,他卻得先說服學校替這條尚未成形的技術申請國際專利。十二年後,他在論壇談的已經不是 PeLED 能不能亮,而是一塊愈做愈小的顯示像素,如何同時保住顏色、亮度與壽命。

沉浸式顯示希望顏色更純、亮度更高,像素卻要縮到兩微米以下。鈣鈦礦吸光強、發光光譜窄,很適合用薄薄一層材料轉換顏色。現場展示綠光時,李泰宇提醒大家,相機拍不出肉眼看到的色純度。台上的螢幕與觀眾眼前的綠,在那一刻成了兩種不同的東西。

研究者後來把發光區域做成奈米晶、奈米尺度多晶與準二維結構,讓電子和電洞更容易相遇,PeLED 的效率也快速上升。紀錄一路推高之後,材料還得走過另外三段路:撐過強光、熱與濕氣;穩定地放大合成;進入顯示產線熟悉的真空製程。

耐久性的起點是鈣鈦礦的軟晶格。團隊在奈米晶外依序做出 PbSO4、SiO2 與聚合物構成的階層式外殼,一面隔開外界,一面固定容易位移的晶格。李泰宇在論壇提到,採用這類材料的色轉換薄膜放上藍光面板後,累積測試已超過一萬四千小時。團隊發表在 Science 的論文,則針對不同組成的奈米晶,分別報告 12,000 與 27,234 小時的 T90,也就是發光降到初始值 90% 所需的時間。面板測試與論文中的奈米晶測試不是同一個樣品,也不是同一套條件;放在一起看的是外殼如何固定晶格,而不是哪個小時數比較高。

材料撐得住,還要能穩定地做多。常見的熱注入需要高溫、惰性環境與快速冷卻;容器放大後,每一項都會變成設備與批次控制問題。團隊把前驅液降到 4°C 以下,以冷注入控制奈米晶生長。Nature 論文中的二十公升批次仍維持接近 100% 的光致發光量子產率,讓大批次與高發光品質出現在同一個實驗裡。顯示生產還會繼續追問批次一致性與良率,但研究不再只停在小瓶反應。

另一條路直接碰到顯示業既有的製造方式。團隊設計的有機間隔分子會取代部分鹵素位置,並與鉛離子形成鍵結,把真空成膜時的結晶導向論文所稱的 X 型準二維結構。Nature Nanotechnology 論文中的研究元件做到 21.9% 外部量子效率,操作超過 1,500 分鐘。這個結果沒有把分鐘變成產品壽命,卻讓原本多在溶液中討論的材料,開始用真空沉積與像素陣列的方式面對顯示製造。

從 2014 年那件需要被說服的專利,到今天,PeLED 已經不是「能不能亮」的題目。李泰宇把研究拆到藍光下的材料、二十公升反應槽和真空像素陣列;下一步不是再用一個效率紀錄替它們作答,而是看這三條路能否在同一套製造流程裡接起來。

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