はじめに: 南方科技大学のChen Shuming氏らは、透明導電性インジウム亜鉛酸化物を中間電極として使用し、直列接続された量子ドット発光ダイオードを開発した。このダイオードは正および負の交流サイクル下で動作でき、外部量子効率はそれぞれ 20.09% および 21.15% です。さらに、複数の直列接続デバイスを接続することにより、複雑なバックエンド回路を必要とせずに、パネルを家庭用 AC 電源で直接駆動できます。 220 V/50 Hz の駆動下で、赤色のプラグ アンド プレイ パネルの電力効率は 15.70 lm W-1 で、調整可能な明るさは最大 25834 cd m-2 に達します。
発光ダイオード (LED) は、高効率、長寿命、ソリッドステート、環境安全性の利点により主流の照明技術となっており、エネルギー効率と環境の持続可能性に対する世界的な需要を満たしています。半導体 pn ダイオードとして、LED は低電圧直流 (DC) 電源の駆動下でのみ動作できます。一方向かつ連続的な電荷注入により、デバイス内に電荷とジュール熱が蓄積し、LED の動作安定性が低下します。また、世界の電力供給は主に高圧交流であり、LED照明など多くの家電製品は高圧交流を直接利用することができません。したがって、LEDを家庭用電力で駆動する場合、高電圧AC電力を低電圧DC電力に変換する中継器として追加のAC-DCコンバータが必要になります。一般的な AC-DC コンバータには、主電源電圧を下げるための変圧器と、AC 入力を整流するための整流回路が含まれています (図 1a を参照)。ほとんどの AC-DC コンバータの変換効率は 90% 以上に達しますが、それでも変換プロセス中にエネルギー損失が発生します。さらに、LEDの明るさを調整するには、専用の駆動回路を使用してDC電源を調整し、LEDに理想的な電流を供給する必要があります(補足図1bを参照)。
駆動回路の信頼性は LED ライトの耐久性に影響します。したがって、AC-DCコンバータやDCドライバの導入は追加コスト（LEDランプの総コストの約17％を占める）が発生するだけでなく、消費電力の増加やLEDランプの耐久性の低下にもつながります。したがって、複雑なバックエンド電子デバイスを必要とせずに、50 Hz/60 Hzの家庭用110 V/220 V電圧で直接駆動できるLEDまたはエレクトロルミネセンス(EL)デバイスの開発が非常に望まれています。
過去数十年にわたり、いくつかの AC 駆動エレクトロルミネセンス (AC-EL) デバイスが実証されてきました。典型的な AC 電子安定器は、2 つの絶縁層の間に挟まれた蛍光粉末発光層で構成されています (図 2a)。絶縁層の使用により外部電荷キャリアの注入が防止されるため、デバイスには直流電流が流れません。このデバイスはコンデンサの機能を備えており、高い交流電界の駆動下で、内部で生成された電子が捕獲点から発光層までトンネルすることができます。十分な運動エネルギーを得た後、電子が発光中心に衝突し、励起子を生成して光を放出します。電極の外側から電子を注入できないため、これらのデバイスの輝度と効率は大幅に低下し、照明やディスプレイの分野での用途が制限されます。
性能を向上させるために、単一の絶縁層を備えた AC 電子安定器を設計しました (補足図 2b を参照)。この構造では、AC駆動の正の半サイクル中に、電荷キャリアが外部電極から発光層に直接注入されます。内部で生成された別の種類の電荷キャリアとの再結合によって効率的な発光が観察されます。ただし、AC 駆動の負の半サイクル中、注入された電荷キャリアはデバイスから放出されるため、発光しません。発光は駆動の半サイクル中にのみ発生するため、この AC デバイスの効率は低下します。 DC デバイスよりも低いです。さらに、デバイスの静電容量特性により、両方の AC デバイスのエレクトロルミネッセンス性能は周波数に依存し、通常、最適な性能は数 kHz の高周波数で達成されます。そのため、低周波数での標準的な家庭用 AC 電源と互換性を持たせることが困難になります。周波数 (50 ヘルツ/60 ヘルツ)。
最近、50 Hz/60 Hz の周波数で動作できる AC 電子機器を提案した人がいます。このデバイスは 2 つの並列 DC デバイスで構成されています (図 2c を参照)。 2 つのデバイスの上部電極を電気的に短絡し、下部の共面電極を AC 電源に接続することにより、2 つのデバイスを交互にオンにすることができます。回路の観点から見ると、この AC-DC デバイスは、順方向デバイスと逆方向デバイスを直列に接続することによって得られます。 順方向デバイスがオンになると、逆方向デバイスはオフになり、抵抗として機能します。抵抗の存在により、エレクトロルミネッセンス効率は比較的低くなります。さらに、AC 発光デバイスは低電圧でのみ動作できるため、110 V/220 V の標準家庭用電力と直接組み合わせることができません。補足図 3 および補足表 1 に示すように、高 AC 電圧で駆動される報告された AC-DC パワーデバイスの性能 (輝度および電力効率) は、DC デバイスの性能よりも低くなります。これまで、家庭用電力110V/220V、50Hz/60Hzで直接駆動でき、高効率で長寿命なAC-DCパワーデバイスは存在しませんでした。
南方科技大学のChen Shuming氏と彼のチームは、透明導電性インジウム亜鉛酸化物を中間電極として使用した直列接続された量子ドット発光ダイオードを開発した。このダイオードは正および負の交流サイクル下で動作でき、外部量子効率はそれぞれ 20.09% および 21.15% です。さらに、複数の直列接続デバイスを接続することにより、複雑なバックエンド回路を必要とせずに、パネルを家庭用 AC 電源で直接駆動することができます。220 V/50 Hz の駆動下で、赤色のプラグ アンド プレイ パネルの電力効率は 15.70 です。 lm W-1、調整可能な明るさは最大 25834 cd m-2 に達します。開発されたプラグアンドプレイ量子ドット LED パネルは、家庭用 AC 電力から直接電力を供給できる、経済的、コンパクト、効率的、安定した固体光源を生成できます。
Lightingchina.com より引用
投稿時刻: 2025 年 1 月 14 日