[pt] O Alq3 é um dos mais importantes semicondutores orgânicos utilizados como transportador de elétrons e emissor em dispositivos eletroluminescentes (OLEDs). Este trabalho apresenta o estudo das propriedades ópticas, eletroquímicas, elétricas e morfológicas de três complexos baseados em íons de terras raras (TR) ligados à 8-hidroxiquinolina (q), Li[TR(q)4] (TR igual a La3mais, Y3mais e Lu3mais). Os espectros de absorção na região UV-Vis possuem máximos em 382nm para os complexos de Y3mais/La3mais e em 388nm para o complexo de Lu3mais. Os espectros de fotoluminescência dos complexos correspondem à emissão da (q) e não exibem as linhas características de emissão dos íons de terras raras. Os dados de analise térmica indicam que os complexos são termicamente estáveis até 325 graus Celsius e que apresentaram H2O absorvida da atmosfera. Os OLEDs fabricados e caracterizados neste trabalho foram de dois tipos: bicamadas e multicamadas.A1)ITO/NPB(25nm)/Li[TR](q)4](40nm)/Al(120nm);A2)ITO/NPB(25nm)/[Eu(DBM)3phen](20nm)/BCP(10nm)/Li[TR(q)4](20nm)/Al(120nm). Os OLEDs bicamadas apresentaram, em seus espectros de eletroluminescência, as bandas de emissão da (q) entre 520 ate 540nm. Os OLEDs multicamadas foram fabricados para testar a eficácia dos complexos Li[TR(q)4] como camadas transportadoras. Este trabalho evidenciou uma interessante dependência entre o pico máximo da emissão eletroluminescente e o raio iônico dos íons de TR. Os OLEDs baseados nos complexos Li[TR(q)4] apresentaram boas características quando comparadas com os OLEDs baseados Alq3, mostrando-se compostos promissores para o desenvolvimento de dispositivos orgânicos. / [en] The Alq3 is one of the most important organic semiconductors used as electron transporting and emitting material in organic electroluminescent devices (OLEDs). This work presents the investigation of the optical, electrochemical, electrical and morphological properties of three complexes based in ions of rare earth (RE) coordinated to 8-hydroxyquinoline (q), Li[RE(q)4] (RE equal La3more, Y3more and Lu3more). The UV-Vis absorption spectrum present the maximum absorption at: 382nm for Y3more/La3more complexes and 388nm for the Lu3more complex. The photoluminescence spectra of the complexes correspond to the emission of the (q) and does no exhibit characteristic lines of the rare earths ions. The thermal analysis data indicate that the complexes are thermally stable until 325 Celsius degrees and that showed H2O molecules absorbed from the atmosphere. The fabricated and characterized OLEDs in this work were of two types: bilayer and multilayer.A1)ITO/NPB(25nm)/Li[TR(q)4](40nm)/Al(120nm);A2)ITO/NPB(25nm)/[Eu(DBM)3phen](20nm)/BCP(10nm)/Li[TR(q)4](20nm)/Al(120nm). The bilayer OLEDs showed, in their electroluminescence spectra, the emission bands of the (q) between 520 until 540nm. The multilayer OLEDs were fabricated to test the efficiency of the complexes Li[TR(q)4] as transport layers. This work showed an interesting dependence between the EL emission peak and the ionic radius of the of RE ions. The OLEDs based on the Li[RE(q)4] complexes presented good characteristics when compared to the OLEDs based on Alq3, showing as promising compounds to the organic devices development.

[pt] Este trabalho consiste no estudo de dispositivos eletroluminescentes orgânicos (OLEDs) onde as camadas emissoras de luz são oriundas dos complexos lantanídeos. A estrutura dos OLEDs fabricados é constituida a partir de uma heterojunção de três materiais orgânicos, onde o 1-(3- metilfenil)-1,2,3,4 tetrahidroquinolina-6-carboxialdeido- 1,1 -difenilhidrazona (MTCD) é utilizado como camada transportadora de buracos, o tris(8-hidroxiquinolinolato) de alumínio (III) (Alq3) como camada transportadora de elétrons e como camadas emissoras de luz são utilizados os complexos lantanídeos tipo [TR(TTA)3(TPPO)2], onde TR3+ são o Sm, Eu ou Gd. Foi estudado, também, a possibilidade de utilizar os complexos [Eu(btfa)3bipy] e [Tb(DPM)3] como materiais emissores. As camadas orgânicas foram depositadas termicamente uma após a outra sobre substratos de vidro recobertos por um filme de oxido de estanho e índio (ITO) e no final é depositado um filme de alumínio. A emissão luminosa destes OLEDs contém as transições eletrônicas dos íons de Sm3+ e Eu3+, enquanto que no caso do dispositivo fabricado com o complexo de gadolínio a emissão detectada é devida à eletrofosforescência molecular do ligante TTA. Usando uma mistura dos complexos de Sm e Eu indicada por [SmxEuy(TTA)3(TPPO)2], observamos que é possível controlar a cor da luz emitida através da variação da tensão aplicada ao dispositivo. Na caraterização elétrica encontramos que a curva j-V pode ser descrita pela relação j infinito Vm+1, que corresponde ao modelo de condução elétrica limitada por cargas aprisionadas. Para calcular o gap óptico dos materiais orgânicos foram realizadas medidas de absorção óptica enquanto que utilizando a espectroscopia de fluorescência, foi possível estudar o efeito da irradiação ultravioleta na degradação dos materiais orgânicos utilizados. Com o intuito de melhorar a injeção dos elétrons nos OLEDs, filmes de carbono amorfo (a-C:N e a- SiC:N) foram depositados por pulverização catódica assistida por radiofrequência (rf-sputtering) sobre as camadas orgânicas. A presença do filme de a-C:N incrementa efetivamente a densidade de corrente. Utilizando o modelo de bandas rígidas, é possível demonstrar que isto se deve a uma redução na altura da barreira para a injeção dos elétrons. Como resultado adicional mostramos que os filmes de carbono amorfo apresentam também o fenômeno da eletroluminescência, a temperatura ambiente e para baixos valores da tensão, que os tornam atraentes candidatos para novos dispositivos optoeletrônicos. / [en] In this work, electroluminescent organic devices (OLEDs), where the emitting layers are lanthanide complexes, have been studied. The OLEDs structure was an heterojunction with three organic materials, where the 1-(3-methylphenil)- 1,2,3,4 tetrahydroquinoline-6-carboxyaldehyde-1,1- diphenylhydrazone (MTCD) is used as the hole transporting layer, the tris 8-hydroxyquinoline aluminum (Alq3) as the electron transporting layer, while the lanthanide complexes [TR(TTA)3(TPPO)2], where TR3+ are Sm, Eu or Gd, were used as the emitting layers. Also, the [Eu(btfa)3bipy] and [Tb(DPM)3] complexes was analyzed for a possible emitting layer employment. The organic layers were successively deposited onto glass substrate coated with indium tin oxide film (ITO) with an Al electrode cap layer. Spectral analysis shown that the emitted light correspond to electronic transitions arising from the of Sm3+ and Eu3+ ions, while for the gadolinium complex it is found that the emission corresponds to the molecular electrophosphorescence of the TTA ligand. Using a [SmxEuy (TTA)3(TPPO)2] blend complex, it was shown that is possible to obtain a voltage-controlled emission color OLED. For the majority of the fabricated devices the electrical characterization shown that the j-V curve can be described by the j infinit Vm+1 relation, that correspond to a trapped- charge-limited (TCL) conduction model. Optical absorption measurement were performed in order to calculate the optical band gap and through the fluorescence spectroscopy the effect of ultraviolet irradiation in the degradation of the organic materials have been also studied. Finally, in order to increase the electron injection in the fabricated devices, amorphous carbon films (a-C:N and a-SiC:N), were deposited by sputtering onto organic layer, just before the Al electrode. It was found that the presence of the a-C:N layer increases the current density. This fact can be explained by using the rigid band model that shows a barrier height reduction for the electron injection when the a-C:N layer is introduced between the Alq3 and the Al. Furthermore, it was also shown that these particular amorphous carbon films present themselves the electroluminescence phenomena at room temperature and with low voltages, which opens new possibilities for their applications in novel optoelectronic devices.

[pt] Neste trabalho é apresentado o estudo de três complexos tetrakis betadicetonatos de európio: Li[Eu(dbm)(4)].(4)H(2)O, TMPip[Eu(dbm)(4)] e Morf[Eu(dbm)(4)]. Todos os compostos foram caracterizados à temperatura ambiente por diversas técnicas, tais como absorção óptica, fotoluminescência estacionária (PL) e voltametria cíclica. Já os dispositivos eletroluminescentes orgânicos (OLEDs) baseados nestes materiais e fabricados por evaporação térmica resistiva foram caracterizados eletro-opticamente. Os espectros de PL dos compostos apresentaram as linhas características de emissão das transições (5)D(0)→(7)F(0-3) do íon európio, e não exibiram bandas relativas à emissão dos ligantes. Porém, comparações entre os espectros de PL dos materiais na forma de pó e de filme fino indicaram prováveis mudanças na estrutura dos compostos TMPip[Eu(dbm)(4)] e Morf[Eu(dbm)(4)]. Uma das possibilidades é a de que a deposição térmica estaria degradando estes materiais, dando origem às espécies tris beta-dicetonato. Os OLEDs com complexos de európio atuando simultaneamente como camada emissora e transportadora de elétrons apresentaram também, em seus espectros, os picos relativos às transições do íon Eu(3+). Para aumentar a eficiência luminosa dos dispositivos foi testada uma nova configuração, acrescentando-se uma camada bloqueadora de buracos e uma transportadora de elétrons. Esta nova arquitetura aprimorou o funcionamento dos OLEDs, cuja eletroluminescência (EL) passou a ser visível a olho nu. Por outro lado, ela causou o aparecimento de uma banda larga centrada em 480nm no espectro de EL. O estudo realizado para investigar a origem desta banda mostrou que ela é proveniente da emissão da camada bloqueadora de buracos. / [en] Rare-earth complexes present extremely sharp line emission making possible to use them in organic light-emitting devices (OLEDs) technology. This dissertation reports the study of three europium tetrakis beta-diketonate complexes: Li[Eu(dbm)(4)].(4)H(2)O, TMPip[Eu(dbm)(4)] and Morf[Eu(dbm)(4)]. UV-Vis absorption, photoluminescence (PL) and cyclic voltammetry measurements were used to characterize the complexes, at room temperature. The PL spectra displayed the characteristic europium narrow bands from (5)D(0)→(7)F(0-3) transitions and exhibited red color emission, without a contribution from ligand emission. However, a comparison between thin films spectra and powder spectra suggested probable changes in the TMPip[Eu(dbm)(4)] e Morf[Eu(dbm)(4)] complexes composition. One possibility is that the thermal deposition is causing degradation, breaking the tetrakis structure into tris beta-diketonate complexes. This hypothesis was investigated using TGA technique associated with FTIR analysis of chemical species. Europium complexes based OLEDs produced by thermal evaporation and using different device configuration were characterized by electroluminescence (EL) measurements. Bilayer OLEDs fabricated with a europium complex acting simultaneously as the emissive layer and as the electron transporting layer showed the bands from Eu(3+) transitions in the EL spectra. Another configuration was used to increase the device efficiency, adding a hole-blocking layer and an electron transporting layer. This new architecture improved the OLEDs performance, enabling the electroluminescence to be visible with the naked eye. On the other hand, it caused the appearance of a wide emission band centered at 480nm. A study performed about the source of this emission band showed that it was originated by the hole-blocking layer.

[pt] Neste trabalho é apresentado um estudo da influência das técnicas de deposição de filmes finos nas propriedades físicas de dois sistemas moleculares orgânicos. O estudo foi realizado através da análise das características ópticas e elétricas de filmes finos e dispositivos OLEDs crescidos utilizando os sistemas orgânicos: (1) DCM2:Alq3 e (2) [Sm(tta)3(dppmo):Eu(tta)3(dppmo)]. Em ambos os casos um material é utilizado como matriz (Alq3 ou complexo de Sm3+) e outro como dopante (DCM2 ou complexo de Eu3+). A análise das propriedades físicas do sistema (1), crescido por co-deposição térmica e por spin-coating, permitiram mostrar que a resposta do sistema muda em função da técnica de deposição usada. Por exemplo, o processo de transferência de energia molecular entre a matriz (Alq3) e o dopante (DCM2) varia de uma técnica para outra, sendo menos eficiente na técnica onde o filme crescido permite obter uma separação maior entre as moléculas. O estudo também mostrou que a transferência de energia pode ser inibida por meio de um processo de fotodegradação do sistema com luz UV. A análise do sistema (2), crescido pelas técnicas de co-deposição térmica e deposição térmica de moléculas misturadas na fase sólida, mostrou que a resposta deste sistema é independente do método de deposição utilizado. Além disso, a dopagem da matriz Sm(tta)3(dppmo) com um complexo de európio que possui os mesmos ligantes orgânicos, permitiu observar uma transferência de energia intermolecular entre os dois complexos, assim como um aumento da intensidade de emissão de algumas das transições do íon Eu3+. Estes sistemas foram usados na fabricação de dispositivos orgânicos eletroluminescentes e o sistema molecular 1 como sensor de radiação UV. / [en] This dissertation reports the study of the influence of different deposition techniques on the physical properties of two molecular organic systems: (1) DCM2:Alq3 e (2) [Sm(tta)3(dppmo):Eu(tta)3(dppmo)]. The investigation was carried out by analyzing the optical and electrical characteristics of thin films and organic light-emitting devices (OLEDs) based on the two organic systems. In both systems, one of the compounds was used as the host (Alq3 and Sm-based complex) and the other as the dopant (DCM2 and Eu-based complex). Analysis of the system (1) physical properties, showed that the system response varies as a function of the used deposition technique (in this case, thermal codeposition and spin-coating). For example, the molecular energy-transfer process between the matrix (Alq3) and the dopant (DCM2) varies from one technique to the other, being less efficient in the one where the molecular separation is larger. The study also demonstrated that the energy transfer can be inhibited by means of UV photodegradation process. System (2) was grown by thermal codeposition as well as thermal deposition of molecules mixed in solid phase. In this case, the results indicated that the response of this system is independent of the deposition technique chosen. Besides, doping the Sm(tta)3(dppmo) host with an europium complex allowed to observe not only an intermolecular energytransfer between the two complexes but also an increasing in the emission intensity of some Eu3+ transitions. Both systems can be applied to UV radiation sensors’ fabrication and organic light-emitting devices.

[pt] Este trabalho apresenta os resultados de um estudo que envolve a fabricação e a caracterização de dispositivos orgânicos emissores de luz (OLEDs) baseados em complexos β-dicetonatos de terras-raras. O estudo se coloca como continuação lógica da linha de pesquisa em dispositivos eletroluminescentes baseados em íons terras-raras, começada alguns anos atrás neste grupo de pesquisa. Para a produção dos dispositivos foram empregadas várias técnicas de deposição de filmes finos, tais como deposição térmica resistiva, pulverização catódica assistida por plasma (rf-magnetronsputtering) e spin-coating. A síntese dos compostos orgânicos, bem como alguns estudos adicionais puderam ser realizadas através de colaborações com diversos grupos de pesquisas nacionais, os quais dispõem de recursos e capacitação em áreas complementares. Os complexos orgânicos estudados foram divididos em três conjuntos, que chamamos de sistemas. No sistema 1, estudou-se o complexo Eu(bmdm)3(ttpo)2, onde o ligante orgânico bmdm é um conhecido agente absorvedor de radiação UV bastante usado em protetores solares. Os OLEDs baseados neste complexo apresentaram intensa foto- e eletroluminescência com alta pureza de cor dada apenas pelas finas transições características do íon Eu3+. No sistema 2, estudou-se o complexo chamado de binuclear. Este composto tem dois núcleos terras-raras coordenados numa mesma molécula. O primeiro binuclear estudado, o complexo Eu(btfa)3 phenterpy Tb(acac)3, não apresentou as transições características dos íons Tb3+ e Eu3+ como era esperado inicialmente. Por outro lado, apresentou uma eletroluminescência sintonizável em duas situações distintas, a primeira em função da tensão aplicada e a segunda através de mudanças na arquitetura das camadas constituintes. Por causa desse efeito, mostramos a possibilidade de se construir um dispositivo OLED emissor de luz branca. Ainda nesse sistema, foram estudados OLEDs com complexos modificados quimicamente, chamados de binuclear 2 e trinuclear. O complexo binuclear 2 apresentou as linhas de emissão dos íons Tb3+ e Eu3+. Apesar de menos eficiente que o primeiro complexo binuclear, este estudo mostrou que através de manipulações moleculares (nanotecnologia) é possível sintetizar compostos capazes de emitir as linhas características de emissão dos íons terras-raras, ou seja, com um único complexo é possível obter duas emissões distintas. Por último, ainda como sistema 2, o complexo trinuclear, é uma mistura de compostos orgânicos contendo Tm, Tb e Eu e não formam uma única molécula, como no caso dos compostos binucleares. Este estudo foi iniciado recentemente e ainda não foi completamente explorado. Os primeiros testes mostraram que é possível usar este complexo também para fabricar OLEDs com emissão de cor branca, variando-se as quantidades relativas de Tm, Tb e Eu da mistura. Sabendo-se que os ligantes β-dicetonas são os responsáveis pela transferência de energia para os íons TR3+, através do efeito antena, o sistema 3, despontou como grande novidade, mostrando a construção de dispositivos eletroluminescentes baseados em complexos tetrakis(β-dicetonatos) de TR, ou seja, compostos que possuem quatro ligantes β-dicetonas coordenandos a um único íon TR. Com esse sistema conseguimos pela primeira vez uma emissão eficiente e pura das principais transições do íon Tb à temperatura ambiente. O trabalho apontou, também, que tanto a irradiação com luz UV, quanto a exposição aos agentes atmosféricos (oxigênio, água, umidade, etc.) contribuem para uma rápida degradação dos complexos orgânicos com conseqüente decaimento do desempenho dos dispositivos fabricados. Para tanto, iniciamos um estudo para investigar as causas da degradação de alguns dos compostos orgânicos utilizados na fabricação de OLEDs. Os estudos de fotoabsorção e fotoemissão realizados no Laboratório Nacional de Luz Síncrotron foram fundamentais para uma maior compreensão destes efeitos. Os resultados deste estudo mostraram que as técnicas espectroscópicas empregadas neste trabalho podem ser utilizadas para se investigar a estrutura eletrônica, bem como a fotodegradação de compostos orgânicos usados na fabricação de OLEDs. Utilizando a espectroscopia de fluorescência, se estudou a viabilidade de se construir um dosímetro de radiação ultravioleta portátil e de uso pessoal usando um OLED cuja eletroluminescência é sensível à radiação UV. / [en] In this work we present the results of a study that involves the manufacture and the characterization of organic eletroluminescent devices (OLEDs) based on (beta)-diketonates Rare-Earth complexes. The investigation reported is a continuation of the research in electroluminescent devices based on rare-earth ions, started some years ago in our Group. For the production of the devices were applied several thin films deposition techniques: thermal resistive, rf-magnetronsputtering and spin-coating. The synthesis of organic compounds, as well some additional studies, were carried on through the collaboration with different brazilian research groups, which have resources and qualification in complementary areas. The organic compounds studied in this thesis have been divided in three groups, named systems. In system 1, the studied complex was Eu(bmdm)3(ttpo)2, where the organic bmdm ligand is a known UV sensitive material, frequently used in sunblockers. The OLEDs based on this complex presented intense photo- and electroluminescence with high pure color emission due to the almost atomic transitions characteristic of the Eu3+ ion. In system 2, a binuclear complex, represented by the molecular formula Eu(btfa)3 phenterpy Tb(acac)3 was studied. This complex has two rare-earth nuclei coordinated in the same molecule. The OLEDs based on this complex did not present the Tb3+ and Eu3+ characteristic transitions as expected. On the other hand, the complex gave us the possibility to develop an OLED with white color emission. Probably the major novelty of this thesis is represented by system 3. Indeed, knowing that the (beta)-diketone ligands are the main responsible for the RE3+ ions energy transference through the antenna effect, in system 3, we investigated the possibility to fabricate electroluminescent devices based on RE (beta)-diketonate tetrakis complexes, which have four coordinated (beta)- diketones ligand to an RE ion in order to enchance the energy transfer and the emission efficiency. With this system we obtained, for the first time, an efficient and pure Tb emission at room temperature.

[pt] Neste trabalho são apresentados os resultados da produção e caracterização de novos dispositivos orgânicos eletroluminescentes (OLEDs), que podem ser divididos idealmente em três grupos. O primeiro composto pelos OLEDs que utilizam os distirilbenzenos (DSBs) como camada eletroluminescente. Os DSBs são sistemas utilizados em química supramolecular como pontes para transferência de carga. No segundo colocamos os OLEDs baseados em 2; 6 - bis(dietanolamina) - 4; 8 - dipiperidinopirimida (5; 4-d) pirimidina (DIP), que é uma droga amplamente conhecida e utilizada no tratamento de doenças cardiovasculares, que por possuir uma intensa fluorescência despertou a curiosidade para investigarmos a possibilidade da sua utilização com camada eletroluminescente. A utilização do DIP como camada eletroluminescente resultou em um OLED com a maior luminância dos grupos estudados, 1500 cd/m2. O terceiro grupo é formado por OLEDs que utilizam moléculas de calixarenos ([Al . 1]3+ e [Zn . 1]2+ onde 1 = 8- oxiquinolinacalix[4]areno) como camada transportadora de elétrons e eletroluminescente. Foram estudados dois sistemas calixarenos, o primeiro sistema é coordenado com alumínio (calix[Al]3+) e o segundo coordenado com zinco (calix[Zn]2+). O sistema calix[Al]3+ apresentou uma interessante propriedade de cooperação entre o anel central calix e um grupamento quinolina coordenado com Al. Utilizando este mecanismo de sinergia produzimos um OLED sintonizável, o qual varia o pico de sua banda de eletroluminescência de 510 nm pra 470 nm em função da tensão aplicada. Desta forma a cor da luz emitida pelo dispositivo pode ser variada com continuidade do azul (X=0,26 : Y=0,33 coordenadas CIE) até o verde claro (X=0,18 : Y=0,25).Todos os sistemas orgânicos foram analisados de um ponto de vista térmico através da analise de calorimetria diferencial de varredura (DSC), com a qual determinamos sua temperatura de transição vítrea (Tg). Com o auxilio de medidas eletroquímicas, estabelecemos um procedimento experimental simples e rápido para determinar os níveis energéticos HOMO (highest occupied molecular orbital) dos materiais orgânicos estudados na forma de filmes. Enfim, através da caracterização elétrica foi possível determinar o tipo de injeção de portadores que governa os dispositivos bem como o modelo que controla o transporte de cargas no interior dos OLEDs. / [en] In this work the results of the production and characterization of new organic electroluminescent devices (OLEDs) are presented and discussed. The work can be ideally divided in three parts. The first is composed by the OLEDs that use the distyrilbenzene (DSBs) compounds as electroluminescent layer. The DSBs are systems used in supramolecular Chemistry as bridges for load transfer. This is the first time that they are used in small molecule OLEDs. The second part deals with OLEDs based on dipyridamole (2; 6-bis(diethanolamino) - 4; 8 - dipiperidinopyrimido (5; 4-d)pyrimidine) (DIP) molecule, which is a very well known anti-platelet drug thoroughly used in the treatment of hearth diseases that for possessing an intense fluorescence woke up our curiosity in order to investigate the possibility of its use as electroluminescent layer. The use of DIP as electroluminescent layer resulted in a particular OLED with the highest luminance of the investigated devices, about 1500 cd/m2. Finally, the third part involves OLEDs that use calixarenes molecules [Al . 1]3+ and [Zn . 1] 2+ (1 = 8- oxyquinolinecalix[4]arene) as electroluminescent and electron transporting layer. In this work were studied two calixarenes systems: the first system is coordinated with aluminum (calix[Al]3+) and the second one is coordinated with zinc (calix[Zn]2+). The first one presented an interesting cooperation property among the central calix ring and the quinolina group coordinated with the Al metal. Using this synergic mechanism we were able to produce a tunable OLED, which electroluminescent emission varies continuously from 510 nm to 446 nm as a function of the applied bias voltage. All the organic compounds used in this work were analyzed from a thermal point of view through a Differential Scanning Calorimetry (DSC), in order to determine their transition glass temperature (Tg). By using electrochemistry measurements it was possible to establish a systematic and simple experimental procedure to determine the HOMO (highest occupied molecular orbital) energy levels of the organic materials studied in the form of films. Finally, through the electrical characterization it was possible to determine the type of carrier injection that governs the fabricated devices as well as the model that controls the carrier transport inside the OLEDs.

[pt] Este trabalho teve como objetivo fabricar e caracterizar Transistores Orgânicos Emissores de Luz (OLETs, Organic light-Emitting Transistors). Os OLETs combinam em um único dispositivo a funcionalidade elétrica de um transistor de efeito de campo orgânico e a capacidade de geração de luz, representando uma nova classe de dispositivos orgânicos com alto potencial de inovação em aplicações, como sistemas ópticos de comunicação, tecnologia de displays avançada, lasers orgânicos, fontes de luz em nanoescala e optoeletrônica orgânica integrada. Portanto, esta tese possui um caráter pioneiro, tanto para grupo de pesquisa quanto para o país, uma vez que ocorre a junção dos conhecimentos e domínio adquiridos sobre OFETs e OLEDs. Efetivamente, este trabalho de doutorado consistiu na fabricação e caracterização sistemática de diversos dispositivos OLET utilizando variadas arquiteturas e diversos materiais, comerciais e não comerciais, como o NT4N, o P13 e uma bicamada de C8-BTBT com TcTa:Ir(ppy)3. Os dispositivos foram caracterizados através de medidas elétricas e óticas, obtendo-se as curvas características. Também foram determinados seus parâmetros e propriedades de funcionamento, com destaque para as mobilidades de carga e para as eficiências obtidas. Houve também o entendimento e a implementação de um tratamento térmico na camada dielétrica, sendo parte fundamental da fabricação dos dispositivos. Os dispositivos fabricados apresentaram diferentes graus de desempenho, com destaque para a arquitetura bicamada, por apresentar a maior potência luminosa (4 microwatt) e a maior eficiência (0,5 por cento), sendo suficientes para inserir os dispositivos fabricados na categoria de dispositivos orgânicos altamente eficientes. Tal fato demonstra que o domínio da fabricação e da caracterização desta nova classe de dispositivos foi alcançado. / [en] The aim of this work was to achieve the knowledge of the fabrication and the characterization of Organic Light Emitting Transistors, OLETs, considered as one of the innovative technologies nowadays. The OLETs combine in a single device the electrical functionality of an organic field-effect transistor (OFET) and the light-generating capability. They represent a promising new class of organic devices with high potential for innovation in applications such as communication systems, advanced display technology, organic lasers, nanoscale light sources and integrated organic optoelectronics. In some way, this thesis has a pioneer character, both for our research group and for the country, since it combines different knowledge and skills about OFETs and OLEDs to achieve a new device. Actually, this work involved the systematic manufacture and characterization of several OLETs using different architectures employing commercial and noncommercial materials, such NT4N, P13 and a bilayer of C8-BTBT with TcTa:Ir(ppy)3. The devices were then characterized by electrical and optical measurements. The working parameters and properties were determined as well, highlighting the charge carrier mobilities and efficiencies obtained. The understanding and the implementation of a specific heat treatment in the dielectric layer was a fundamental part of this work for the manufacture of the devices which have different degrees of performance. With emphasis on the bilayer architecture, that presented the highest luminous power (4 microwatt) and efficiency (0,5 percent), inserting the devices manufactured in the category of highly efficient organic devices. Such fact shows that the fabrication and characterization of this new class of devices has been achieved.

[pt] Neste trabalho é apresentado o estudo dos dispositivos orgânicos emissores de luz fosforescentes (PHOLED) baseados em compostos de baixo peso molecular. O estudo foi fundamentado nas análises dos complexos baseados no íon de Ir3+: [Ir(t-pzp)2pic] [fac-Ir(t-bupzp)3] e outros complexos já estudados anteriormente a base de Eu3+: [Eu(DBM)3PHEN] e [Eu(DBM)3DMSO2]. No desenvolvimento dos PHOLEDs, a dopagem de uma matriz orgânica com estes complexos reveste uma importância fundamental. Por tanto, como o intuito de estudar e analisar estes sistemas os complexos foram dopados com diversas concentrações em diferentes matrizes orgânicas. Os resultados obtidos revelaram que no caso dos complexos de Ir3+ os melhores valores da concentração do complexo encontram-se na faixa 13-15 porcento em peso. Já no caso dos complexos de íons de terra rara (Eu3+) as melhores concentrações devem ser superiores a 15 porcento em massa, para que ocorra uma transferência de energia eficiente e mantendo o espectro de emissão dos complexos resultando em um aumento da eficiência externa dos dispositivos. Neste trabalho foi desenvolvida também, uma metodologia que, combinando as técnicas de XRF e RBS, permite elaborar um gráfico de calibração para a determinação da concentração efetiva do dopante nos diferentes filmes co-depositados. Finalmente, para aumentar a eficiência dos PHOLEDs foi investigado o efeito da vibração do substrato durante a deposição térmica dos filmes. Os resultados indicam uma redução na densidade de aglomerados e na rugosidade, além de uma melhoria na homogeneidade dos filmes depositados. O aumento de 40 porcento na eficiência do dispositivo fabricados indica que a técnica de vibração é promissora para o desenvolvimento de dispositivos eficientes. / [en] This thesis reports the investigation of the phosphorescent organic light emitting devices (PHOLED) based on low molecular compounds. The study was carried out by analyzes the optical and electrical characteristics of thin films of Ir3+: [Ir(t-pzp)2pic] and [fac-Ir(t-bupzp)3] and other complexes based on Eu3+: [Eu(DBM)3PHEN] and [Eu(DBM)3(DMSO)2]. In developing of PHOLEDs, technology, the doping of an organic matrix with these complexes has a fundamental importance. Therefore, in order to investigate these systems Ir3+ and Eu3+ organic complexes were used as doping with a variety of concentrations in different organic matrix. The results revealed that in the case of Iridium complexes the best values are in the range 13-15 percent. On the other hand, for the rare earth complexes the best concentrations should be greater than 15 percent in order to obtain a efficient energy transfer preserving the emission spectrum of the complexes. Furthermore, the use of the doping results in an increased of the external efficiency of the device. In this work, a methodology combining the XRF and RBS techniques was also developed which allows the direct determination of the effective dopant concentration in co-deposited films through a calibration curve. Finally, to increase the efficiency of the PHOLEDs, the effect of mechanical vibration of the substrate on the thin films characteristics during the thermal deposition was investigated. The results indicate a reduction in the clusters density and film roughness, and an improved homogeneity of the deposited films. The 40 percent increase in efficiency of the devices fabricated under these conditions is a clear indication that the technology holds promise for the development of efficient devices.

[pt] Nesta dissertação foram estudadas as propriedades ópticas, eletroquímicas, elétricas e morfológicas de novos compostos fluorescentes para o desenvolvimento de OLEDs. Para isto, foram estudadas algumas sondas moleculares fluorescentes utilizadas na área biomédica como agentes antitumorais e marcadores ópticos fluorescentes: a) N,N - diisonicotinoil-2-hidroxi-5 metilisoftaldeído diidrazona (DMD); b) 2-(5 -isotiocianato-2 -hidroxifenil)benzoxazol, (5ONCS); c) 1,1 -dipireno (DIPI) e d) 7,7 -terc-butil-1,1- dipireno (TDIPI). Todos estes compostos foram sintetizados por Grupos de pesquisa brasileiros e depositados termicamente em forma de filmes finos no nosso Laboratório. No decorrer do estudo de fabricação dos OLEDs, os dispositivos bicamada baseados no DMD e no 5ONCS se mostraram pouco eficientes devido principalmente à baixa condutividade do DMD e à elevada rugosidade da camada de 5ONCS. A solução destes problemas foi encontrada na técnica de codeposição, que consiste na evaporação simultânea de uma matriz orgânica e de um dopante (DMD ou 5ONCS) numa única camada. Desta forma, foi possível alcançar um aumento da mobilidade das cargas nas camadas co-depositadas alem de favorecer a transferência de energia da matriz para o dopante. Os OLEDs fabricados nestas condições permitiram observar, pela primeira vez, a eletroluminescência dos compostos DMD e 5ONCS. Já os OLEDs baseados nas moléculas DIPI e TDIPI apresentaram eletroluminescência sem a necessidade da co-deposição. Em particular, no caso do OLED baseado no TDIPI foi possível alcançar uma luminância de 1430 cd/m2 com uma eficiência de 2,65 porcento a 1mA. Os resultados deste trabalho evidenciam a potencialidade do uso destes materiais para a fabricação de OLEDs para aplicações na área de iluminação. / [en] In this study the optical, electrochemical, electrical and morphological properties of new fluorescent compounds were studied in order to develop OLEDs based upon these materials. For this purpose some fluorescent molecular probes used in the biomedical field as antitumor agents and fluorescent optical probes were studied: a) N,N diisonicotinoyl-2-hydroxy-5-methylisophthalaldehyde dihydrazone (DMD ), b) 2 - (5 -isothiocyanato -2-hydroxyphenyl) benzoxazole ( 5ONCS ), c) 1,1 - dipyrene (DIPI) and d) 7,7 -tertbutyl- 1,1-dipyrene (TDIPI ). All these compounds were synthesized by Brazilian research groups and then thermally deposited as thin films in our Laboratory. During the study for the fabrication of OLEDs, bilayer devices based on DMD and 5ONCS proved to have low efficiency mainly due to the low conductivity of the DMD and the high roughness of the 5ONCS layer. The solution of these problems was found in the codeposition technique, which consists in the simultaneous evaporation of an organic matrix (host) and a dopant (guest) (5ONCS or DMD) in a single layer. Thus, it was possible to achieve an increase in the charge mobility in the co-deposited layers as well as energy transfer from the guest to the host. The OLEDs fabricated in these conditions allowed the observation, for the first time, of the electroluminescence of DMD and 5ONCS. On the other hand, the DIPI and TDIPI based OLEDs presented good electroluminescence without the need for co-deposition. In particular, in the case of the TDIPI it was possible to achieve a luminance of 1430 cd/m2 with an efficiency of 2.65 percent at 1 mA. The results of this work showed the potential of these materials for the fabrication of OLEDs for lighting applications.

[pt] Esta dissertação de mestrado apresenta como proposta a investigação, a síntese e a caracterização de novos complexos baseados em terras-raras para aplicação em diodos orgânicos emissores de luz (OLEDs). Para isto, três complexos beta-dicetonatos de Európio foram estudados. O foco da investigação consistiu nos dois novos complexos [Eu(hfac)3dpso] e [Eu(hfac)3dbso], sintetizado pelo nosso grupo, cuja principal diferença consistiu em avaliar o comportamento do complexo [Eu(hfac)3X], em função de dois ligante ancilares: dpso e dbso. O que poderá implicar na variação da absorção do complexo e também no processo de transferência de energia dos ligantes para o íon de Európio. Além disso, um terceiro complexo comercial [Eu(dbm)3phen] foi empregado com o objetivo de ser utilizado como referência para a fabricação e a otimização da arquitetura dos OLEDs. Estes complexos beta-dicetonatos com ligantes ancilantes coordenados por N ou O foram caracterizados através de diferentes técnicas (ótica, eletroquímica e morfológica), sob a forma de filmes finos e em pó. A partir do estudo e da otimização do OLED baseado no complexo [Eu(dbm)3phen] se chegou a arquitetura que apresentou um compromisso entre a performance do OLED e o grau de complexidade associado a fabricação. A camada emissora se baseou na técnica de codeposição, onde uma matriz Spiro-2CBP foi escolhida de tal forma que: 1) a energia possa ser transferida para o dopante, no caso, [Eu(dbm)3phen] e 2) que a mobilidade efetiva no transporte de portadores de carga aumente em relação a baixa mobilidade comum em complexos de beta-dicetonas. A arquitetura otimizada foi ITO/ MoO3(10nm)/TAPC(30nm)/ Spiro-2CBP:[Eu(dbm)3phen] (30nm, 10 porcento)/ TPBi(40nm)/LiF(0.1nm)/ Al(100nm). A partir desta arquitetura, foram fabricados os outros dispositivos OLEDs com os complexos [Eu(hfac)3dpso] e [Eu(hfac)3dbso]. Em estudo comparativo, de acordo com as medidas de eficiência fotométrica de corrente (EFC), verificou-se que o OLED baseado no complexo de [Eu(hfac)3dpso] apresentou uma eficiência superior ao OLED com [Eu(hfac)3dbso] apresentando um ganho de 7.5 porcento, para uma densidade de corrente em torno de 75mA/cm2. Em resumo, considerando os resultados dos OLEDs e também da disposição dos níveis de energia tripleto dos ligantes hfac, dbso e dpso, verifica-se que ambas indicam que o complexo [Eu(hfac)3dpso] apresente um melhor desempenho que o complexo [Eu(hfac)3dbso]. / [en] This master thesis presents as research, manufacture and characterization of new rare-earth-based complexes for application in light-emitting organic diodes (OLEDs). For this, three europium beta-dicetonated complexes were studied. The focus of the investigation was the two new complexes, [Eu(hfac)3dpso] and [Eu(hfac)3dbso], synthesized in our group, whose main difference was to evaluate the behavior of the complex [Eu(hfac)3X], as a function of two ancillary ligands: dpso and dbso. This may imply variations in the absorption of the complex and also in the process of energy transfer from ligands to the Europium ion. Also, a third commercial complex [Eu(dbm)3phen] was employed as a reference for the manufacture and optimization of OLED architecture. These beta-diketonated complexes with N or O coordinated binding ligands were characterized by different techniques (optical, electrochemical and morphological) in both thin film and powder form. From the study of OLED optimization based on the complex [Eu(dbm)3phen], the architecture that presented a compromise between the OLED s performance and the degree of complexity associated with its fabrication. The emitter layer was based on the co-deposition technique, where a Spiro-2CBP matrix was chosen because: 1) good energy transfer to the dopant, in this case [Eu(dbm)3phen] and 2) the effective charge mobility in the co-deposited layer is higher than the common mobility in beta-diketone complexes. The optimized architecture was ITO / MoO3 (10nm) / TAPC (30nm) / Spiro-2CBP: [Eu(dbm)3phen] (30nm, 10 percent) / TPBi (40nm) / LiF (0.1nm) / Al (100nm). From this architecture other OLEDs devices were fabricated with the complex [Eu(hfac)3dpso] and [Eu(hfac)3dbso]. The comparative study, according to the current efficiency measurements, found that the [Eu(hfac)3dpso] complex-based OLED had higher efficiency than the [Eu(hfac)3dbso] OLED with a gain of 7.5 percent for a current density of around 75mA /cm2. In summary, considering the OLED results and also the arrangement of the triplet energy levels of the hfac, dbso and dpso ligands, both imply that the [Eu(hfac)3dpso] complex has a better performance than the complex [Eu(hfac)3dbso].