【第六屆鈣鈦礦論壇】鈣鈦礦發光元件跨越三道門檻：李泰宇解析效率、穩定與量產路徑

下一代顯示器追求的不只是更鮮豔的畫面，也需要在極小像素中維持亮度、色純度與能源效率。首爾大學材料科學與工程學系李泰宇教授以鈣鈦礦發光元件為題，說明團隊如何從奈米材料、晶格穩定到製造流程，逐步回應高效率、長壽命與大規模生產三項商業化要求。這條路徑顯示，鈣鈦礦發光二極體（PeLED, Perovskite Light-Emitting Diode）正從材料研究走向可與既有顯示技術整合的平台。

高色純度與微型像素，打開沉浸式顯示空間

擴增實境與虛擬實境顯示需要更高解析度，也必須讓微型像素保有足夠亮度。李泰宇指出，鈣鈦礦具有窄發光光譜、可調色彩與高吸收係數等特性，有機會在像素縮小時維持色彩與亮度表現。相較需要較厚色轉換層的材料，鈣鈦礦可望以更薄的結構吸收藍光，為高解析顯示與自發光元件提供新的材料選項。

早期鈣鈦礦在室溫下容易出現激子解離，不利於高效率發光。研究團隊透過奈米晶、奈米尺度多晶材料與準二維結構，將電子與電洞侷限在更小空間，提高輻射復合的機率，也讓外部量子效率（EQE, External Quantum Efficiency）逐步接近成熟發光技術。提升發光效率的核心，不是單純增加輸入能量，而是讓電子與電洞更有機會在正確的位置重新結合並放出光。

錨定軟晶格，讓高效率不再以壽命為代價

鈣鈦礦的軟晶格雖帶來優異光電特性，也容易在強光與熱應力下振動、膨脹，進一步增加材料受氧氣與水分侵蝕的風險。李泰宇團隊提出階層式核殼結構，並以具互動作用的界面將鈣鈦礦晶格錨定於較穩定的無機殼層。這項設計不是只在晶體外部加上保護層，而是從界面抑制晶格形變，降低外部應力引發的劣化。

團隊將相關色轉換薄膜置於藍光面板上進行即時測試，累積超過 14,000 小時的量測結果，顯示材料穩定性已朝顯示應用要求推進。鈣鈦礦發光元件的穩定化，必須同時處理晶格、界面與封裝環境，才能把材料壽命轉化為可驗證的裝置壽命。這也讓高效率與高穩定性不再只是彼此拉扯的兩端，而能透過材料架構共同優化。

冷注入與真空蒸鍍，建立可放大的製造路徑

材料表現要走向產品，還必須跨越實驗室合成與大規模製造之間的落差。團隊發展低溫冷注入製程，在 20 公升尺度下合成均勻奈米晶，同時維持接近完整的光致發光量子產率（PLQY, Photoluminescence Quantum Yield）。這條路徑降低高溫熱注入對設備與製程控制的依賴，也讓批次產量、材料品質與溶劑使用得以一起納入量產設計。

另一條主線是真空熱蒸鍍。團隊以 X 型準二維鈣鈦礦與成長模板控制薄膜形成，使結晶由複雜的動力學路徑轉向較可控的熱力學過程，提升膜層與像素陣列的均勻性。真空製程亦可銜接既有有機發光二極體（OLED, Organic Light-Emitting Diode）設備，降低導入新產線的門檻。具量產潛力的技術，不只要在單一元件上表現優異，更要能被穩定合成、均勻沉積，並整合進產業既有的製造系統。對台灣顯示與材料產業而言，這套從奈米結構、耐久設計到製程相容性的完整思路，提供了跨國合作與技術落地的重要參考。