서론: 남방과학기술대학교의 천 슈밍(Chen Shuming) 연구팀은 투명 전도성 인듐 아연 산화물을 중간 전극으로 사용하여 직렬 연결된 양자점 발광 다이오드를 개발했습니다. 이 다이오드는 양(+) 및 음(-) 교류 사이클에서 작동할 수 있으며, 외부 양자 효율은 각각 20.09%와 21.15%입니다. 또한, 여러 개의 직렬 연결 장치를 연결하면 복잡한 백엔드 회로 없이 가정용 AC 전원으로 패널을 직접 구동할 수 있습니다. 220V/50Hz 구동 시, 빨간색 플러그 앤 플레이 패널의 전력 효율은 15.70lm/W이며, 밝기 조절은 최대 25,834cd/m²까지 가능합니다.
발광 다이오드(LED)는 높은 효율, 긴 수명, 고체 상태 및 환경 안전의 장점으로 인해 조명 기술의 주류로 자리 잡았으며, 에너지 효율과 환경 지속가능성에 대한 전 세계적인 요구를 충족합니다. 반도체 pn 다이오드인 LED는 저전압 직류(DC) 전원으로만 구동할 수 있습니다. 단방향 및 연속적인 전하 주입으로 인해 소자 내부에 전하와 줄 열이 축적되어 LED의 작동 안정성을 저하시킵니다. 또한, 전 세계 전력 공급은 주로 고전압 교류에 기반하며, LED 조명과 같은 많은 가전제품은 고전압 교류를 직접 사용할 수 없습니다. 따라서 가정용 전기로 LED를 구동할 경우, 고전압 교류 전력을 저전압 직류 전력으로 변환하기 위한 중간 단계인 AC-DC 컨버터가 필요합니다. 일반적인 AC-DC 컨버터는 주 전원 전압을 낮추는 변압기와 AC 입력을 정류하는 정류 회로를 포함합니다(그림 1a 참조). 대부분의 AC-DC 컨버터는 변환 효율이 90% 이상에 달할 수 있지만, 변환 과정에서 여전히 에너지 손실이 발생합니다. 또한 LED의 밝기를 조절하려면 전용 구동 회로를 사용하여 DC 전원 공급을 조절하고 LED에 이상적인 전류를 제공해야 합니다(보충 그림 1b 참조).
구동 회로의 신뢰성은 LED 조명의 내구성에 영향을 미칩니다. 따라서 AC-DC 컨버터와 DC 드라이버를 도입하면 추가 비용(전체 LED 램프 비용의 약 17% 차지)이 발생할 뿐만 아니라, 전력 소비가 증가하고 LED 램프의 내구성이 저하됩니다. 따라서 복잡한 백엔드 전자 장치 없이도 가정용 110V/220V 전압(50Hz/60Hz)으로 직접 구동할 수 있는 LED 또는 전계발광(EL) 소자를 개발하는 것이 매우 중요합니다.
지난 수십 년 동안 여러 AC 구동 전계발광(AC-EL) 소자가 시연되었습니다. 일반적인 AC 전자식 안정기는 두 개의 절연층 사이에 형광 분말 발광층이 삽입된 구조입니다(그림 2a). 절연층은 외부 전하 캐리어의 주입을 차단하여 소자에 직류 전류가 흐르지 않도록 합니다. 이 소자는 커패시터 기능을 하며, 높은 AC 전계 구동 하에서 내부에서 생성된 전자는 포획점에서 방출층으로 터널링될 수 있습니다. 충분한 운동 에너지를 얻은 전자는 발광 중심과 충돌하여 엑시톤을 생성하고 빛을 방출합니다. 전극 외부에서 전자를 주입할 수 없기 때문에 이러한 소자의 밝기와 효율이 현저히 낮아 조명 및 디스플레이 분야에서의 응용이 제한됩니다.
성능을 개선하기 위해 사람들은 단일 절연층을 갖는 AC 전자식 안정기를 설계했습니다(보충 그림 2b 참조). 이 구조에서 AC 구동의 양의 반주기 동안 전하 캐리어가 외부 전극에서 방출층으로 직접 주입됩니다. 내부에서 생성된 다른 유형의 전하 캐리어와 재결합하여 효율적인 발광을 관찰할 수 있습니다. 그러나 AC 구동의 음의 반주기 동안 주입된 전하 캐리어는 소자에서 방출되어 발광하지 않습니다. 발광은 구동의 반주기 동안만 발생하기 때문에 이 AC 소자의 효율은 DC 소자보다 낮습니다. 또한 소자의 정전용량 특성으로 인해 두 AC 소자의 전계 발광 성능은 주파수에 따라 달라지며, 최적의 성능은 일반적으로 수 킬로헤르츠의 고주파에서 달성되므로 저주파(50Hz/60Hz)의 표준 가정용 AC 전원과 호환되기 어렵습니다.
최근에 누군가가 50Hz/60Hz의 주파수에서 작동할 수 있는 AC 전자 장치를 제안했습니다. 이 장치는 두 개의 병렬 DC 장치로 구성됩니다(그림 2c 참조). 두 장치의 상단 전극을 전기적으로 단락시키고 하단 동일 평면 전극을 AC 전원에 연결함으로써 두 장치를 번갈아 켤 수 있습니다. 회로 관점에서 볼 때 이 AC-DC 장치는 순방향 장치와 역방향 장치를 직렬로 연결하여 얻습니다. 순방향 장치가 켜지면 역방향 장치는 꺼져 저항 역할을 합니다. 저항이 있기 때문에 전기 발광 효율이 비교적 낮습니다. 또한 AC 발광 장치는 저전압에서만 작동할 수 있으며 110V/220V 표준 가정용 전기와 직접 결합할 수 없습니다. 보충 그림 3과 보충 표 1에서 볼 수 있듯이 높은 AC 전압으로 구동되는 보고된 AC-DC 전력 장치의 성능(휘도 및 전력 효율)은 DC 장치보다 낮습니다. 현재까지 가정용 전기(110V/220V, 50Hz/60Hz)로 직접 구동이 가능하고 효율이 높고 수명이 긴 AC-DC 전원장치는 없습니다.
남방과학기술대학교의 Chen Shuming과 그의 연구팀은 투명 전도성 인듐 아연 산화물을 중간 전극으로 사용하여 직렬 연결된 양자점 발광 다이오드를 개발했습니다. 이 다이오드는 양(+) 및 음(-) 교류 사이클에서 작동할 수 있으며, 외부 양자 효율은 각각 20.09%와 21.15%입니다. 또한, 여러 개의 직렬 연결 장치를 연결함으로써 복잡한 백엔드 회로 없이도 가정용 AC 전원으로 패널을 직접 구동할 수 있습니다. 220V/50Hz 구동 시, 빨간색 플러그 앤 플레이 패널의 전력 효율은 15.70lm W-1이며, 밝기 조절은 최대 25834cd m-2까지 가능합니다. 개발된 플러그 앤 플레이 양자점 LED 패널은 가정용 AC 전원으로 직접 구동할 수 있는 경제적이고, 소형이며, 효율적이며, 안정적인 고체 광원을 생산할 수 있습니다.
Lightingchina.com에서 발췌
게시 시간: 2025년 1월 14일