The efficacy, reliability and versatility of the light emitting diode (LED) can outcompete most established light source technologies. However, they are particularly sensitive to high temperatures, which compromises their efficacy and reliability, undermining some of the technology s key benefits. Consequently, effective thermal management is essential to exploit the technology to its full potential. Thermal management is a well-established subject but its application in the relatively new LED lighting industry, with its specific constraints, is currently poorly defined. The question this thesis aims to answer is how can LED thermal management be achieved most effectively? This thesis starts with a review of the current state of the art, relevant thermal management technologies and market trends. This establishes current and future thermal management constraints in a commercial context. Methods to test and evaluate the thermal management performance of a luminaire system follow. The defined test methods, simulation benchmarks and operational constraints provide the foundation to develop effective thermal management strategies. Finally this work explores how the findings can be implemented in the development and comparison of multiple thermal management designs. These are optimised to assess the potential performance enhancement available when applied to a typical commercial system. The outcomes of this research showed that thermal management of LEDs can be expected to remain a key requirement but there are hints it is becoming less critical. The impacts of some common operating environments were studied, but appeared to have no significant effect on the thermal behaviour of a typical system. There are some active thermal management devices that warrant further attention, but passive systems are inherently well suited to LED luminaires and are readily adopted so were selected as the focus of this research. Using the techniques discussed in this thesis the performance of a commercially available component was evaluated. By optimising its geometry, a 5 % decrease in absolute thermal resistance or a 20 % increase in average heat transfer coefficient and 10 % reduction in heatsink mass can potentially be achieved . While greater lifecycle energy consumption savings were offered by minimising heatsink thermal resistance the most effective design was considered to be one optimised for maximum average heat transfer coefficient. Some more radical concepts were also considered. While these demonstrate the feasibility of passively manipulating fluid flow they had a detrimental impact on performance. Further analysis would be needed to conclusively dismiss these concepts but this work indicates there is very little potential in pursuing them further.

Thin film transistors (TFTs) can be used to determine the bulk-like mobilities of amorphous semiconductors. Different organic hole transporters (HTs) are under investigation including spiro-TPD, 2TNATA, NPB and TPD which are commonly used in organic light-emitting diodes (OLEDs). In addition, we also measure the TFT hole mobilities of two iridium phosphors: Ir(ppy)3 and Ir(piq)3. These materials were grown on two different gate dielectric surfaces which were SiO2 and polystyrene (PS). On SiO2, the TFT mobilities are found to be 1-2 orders smaller than the bulk hole mobilities as evaluated independently by time-of-flight (TOF) technique. On the other hand, on PS gate dielectric layer, the TFT mobilities of these hole transporters are found to be in good agreement with TOF data. A thickness dependence measurement was carried out on TFT with PS. We found that only 10nm of organic semiconductor is sufficient for TFTs to achieve TOF mobilities. We further investigate why organic semiconductors on SiO2 have such huge reduction of mobilities. Temperature dependent mobility measurements were carried out and the data were analyzed by the Gaussian Disorder Model (GDM). We found that on SiO2 surface, when compared to the bulk values, the energetic disorders (σ) of the HTs increase and simultaneously, the high temperature limits (∞) of the carrier mobilities decrease. Both σ and ∞ contribute to the reduction of the carrier mobility. The increase in σ is related to the presence of randomly oriented polar Si-O bonds. The reduction of ∞ is topological in origin and is related to the orientations of the more planar molecules on SiO2. The more planar molecules tend to lie horizontally on the surface and such orientation is unfavorable for charge transport in TFT configuration. Hybrid organic/inorganic perovskites have emerged as an outstanding material for photovoltaic cells. In the second part of this work, we setup a repeatable perovskite recipe and optimized the system under different conditions. Under certain circumstances, a perovskite solar cell with power conversion efficiency ~9% can be achieved with PEDOT:PSS as hole transporting layer with the conventional structure.

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:55:12Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:05:58Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Este trabalho propõe um sistema eletrônico de único estágio para acionar LEDs de potência empregando os conceitos Charge-Pump e Valley-Fill. Ambos conceitos estão relacionados a configurações topológicas baseadas na integração de um retificador boost de entrada com um inversor meia onda de saída, caracterizando o sistema de único estágio. A configuração Charge-Pump é utilizada para diminuir a ondulação de corrente dos LEDs. A configuração Valley-Fill é empregada para grampear a tensão de barramento CC em níveis inferiores ao valor de pico da tensão da fonte de entrada durante um longo intervalo de tempo no período da rede de alimentação, mantendo o sistema com elevado fator de potência. Desta forma é possível utilizar capacitores de barramento com valores reduzidos. O princípio de funcionamento do conversor proposto, que em regime permanente inclui três modos de operação, será apresentado e analisado. Uma metodologia de projeto, bem como resultados de simulação também serão apresentados para que se possa verificar as características operacionais do sistema. Neste trabalho será utilizado o comando simétrico em uma frequência de comutação de 67 kHz e 90 kHz. A tensão de alimentação é de 220 V e a carga é composta por 18 LEDs conectados em série com potência total de 47 W. / This work proposes a single stage electronic system to drive power LEDs employing Charge-Pump and Valley-Fill concepts. Both concepts are related to topological configurations based on the integration of an input boost rectifier with an output halfbridge inverter, characterizing the single stage system. The Charge-Pump configuration is used to decrease LEDs' current ripple. The Valley-Fill configuration is used to restrict the DC bus voltage at levels lower than the input source voltage peak value over a long period of time in the source period, keeping a high power-factor system. Thus, it is possible to use bus capacitors with reduced values. The proposed converter operation principle, which in steady-state includes three operation modes, that will be presented and analyzed. A design methodology as well as simulation results will also be presented so that the system operational characteristics can be verified. In this paperwork, the symmetric command will be used at a switching frequency of 67 KHz. The supply voltage is 220 V and the load is composed of 18 LEDs series connected with total power of 47 W.

CAPES / Este trabalho apresenta um sistema eletrônico com entrada universal utilizando um retificador SEPIC não isolado para fornecer e controlar a corrente de LEDs de potência. Um Snubber regenerativo que reduz as perdas de comutação e melhora a eficiência do sistema é proposto. Para realizar a dimerização, bem como reduzir a ondulação da corrente nos LEDs, um regulador linear de corrente é conectado na saída do conversor SEPIC. A utilização do regulador linear também permite que o conversor opere com entrada universal sem a utilização de circuitos adicionais. Para evitar perdas excessivas, o regulador é configurado para operar na região limiar da regulação. O ponto de perda mínimo do regulador é ajustado através de um circuito detector de mínimo com o sistema operando em malha fechada. As etapas de operação, as formas de onda e as principais equações do snubber regenerativo aplicado ao SEPIC são descritas no trabalho. Para verificar e validar a análise teórica são apresentados dois protótipos com potências de saída de 42 W e 145 W, variando de 15% a 100%, para o conversor operando com tensão de entrada de 90 a 240 V e alimentado 35 LEDs conectados em série. / This paper presents a universal-input AC electronic lighting system using a non-isolated SEPIC PFC rectifier to drive and control power LEDs currents. One energy regenerative snubber for reducing the converter switching losses and improve the system efficiency is proposed. The dimmable flicker-free current in the LEDs array is obtained through a linear current regulator placed in the SEPIC’s output terminals. In order to reduce the efficiency impairment, the conditions for achieving minimum energy loss in the current regulator are also detailed. Point of minimum energy loss in the linear regulator is adjusted through valley detector circuit in closed loop system operation. The operation stages as well as the theoretical waveforms and main equations at steady state of the proposed SEPIC rectifier using the regenerative snubber are described. To verify the theoretical analysis carried out, experimental results of two prototypes (42 W and 145 W) operating from 90 to 240 V and output power from 15 to 100% for 35 LEDs are also presented.

Este trabalho propõe um sistema eletrônico de único estágio para acionar LEDs de potência empregando os conceitos Charge-Pump e Valley-Fill. Ambos conceitos estão relacionados a configurações topológicas baseadas na integração de um retificador boost de entrada com um inversor meia onda de saída, caracterizando o sistema de único estágio. A configuração Charge-Pump é utilizada para diminuir a ondulação de corrente dos LEDs. A configuração Valley-Fill é empregada para grampear a tensão de barramento CC em níveis inferiores ao valor de pico da tensão da fonte de entrada durante um longo intervalo de tempo no período da rede de alimentação, mantendo o sistema com elevado fator de potência. Desta forma é possível utilizar capacitores de barramento com valores reduzidos. O princípio de funcionamento do conversor proposto, que em regime permanente inclui três modos de operação, será apresentado e analisado. Uma metodologia de projeto, bem como resultados de simulação também serão apresentados para que se possa verificar as características operacionais do sistema. Neste trabalho será utilizado o comando simétrico em uma frequência de comutação de 67 kHz e 90 kHz. A tensão de alimentação é de 220 V e a carga é composta por 18 LEDs conectados em série com potência total de 47 W. / This work proposes a single stage electronic system to drive power LEDs employing Charge-Pump and Valley-Fill concepts. Both concepts are related to topological configurations based on the integration of an input boost rectifier with an output halfbridge inverter, characterizing the single stage system. The Charge-Pump configuration is used to decrease LEDs' current ripple. The Valley-Fill configuration is used to restrict the DC bus voltage at levels lower than the input source voltage peak value over a long period of time in the source period, keeping a high power-factor system. Thus, it is possible to use bus capacitors with reduced values. The proposed converter operation principle, which in steady-state includes three operation modes, that will be presented and analyzed. A design methodology as well as simulation results will also be presented so that the system operational characteristics can be verified. In this paperwork, the symmetric command will be used at a switching frequency of 67 KHz. The supply voltage is 220 V and the load is composed of 18 LEDs series connected with total power of 47 W.

CAPES / Este trabalho apresenta um sistema eletrônico com entrada universal utilizando um retificador SEPIC não isolado para fornecer e controlar a corrente de LEDs de potência. Um Snubber regenerativo que reduz as perdas de comutação e melhora a eficiência do sistema é proposto. Para realizar a dimerização, bem como reduzir a ondulação da corrente nos LEDs, um regulador linear de corrente é conectado na saída do conversor SEPIC. A utilização do regulador linear também permite que o conversor opere com entrada universal sem a utilização de circuitos adicionais. Para evitar perdas excessivas, o regulador é configurado para operar na região limiar da regulação. O ponto de perda mínimo do regulador é ajustado através de um circuito detector de mínimo com o sistema operando em malha fechada. As etapas de operação, as formas de onda e as principais equações do snubber regenerativo aplicado ao SEPIC são descritas no trabalho. Para verificar e validar a análise teórica são apresentados dois protótipos com potências de saída de 42 W e 145 W, variando de 15% a 100%, para o conversor operando com tensão de entrada de 90 a 240 V e alimentado 35 LEDs conectados em série. / This paper presents a universal-input AC electronic lighting system using a non-isolated SEPIC PFC rectifier to drive and control power LEDs currents. One energy regenerative snubber for reducing the converter switching losses and improve the system efficiency is proposed. The dimmable flicker-free current in the LEDs array is obtained through a linear current regulator placed in the SEPIC’s output terminals. In order to reduce the efficiency impairment, the conditions for achieving minimum energy loss in the current regulator are also detailed. Point of minimum energy loss in the linear regulator is adjusted through valley detector circuit in closed loop system operation. The operation stages as well as the theoretical waveforms and main equations at steady state of the proposed SEPIC rectifier using the regenerative snubber are described. To verify the theoretical analysis carried out, experimental results of two prototypes (42 W and 145 W) operating from 90 to 240 V and output power from 15 to 100% for 35 LEDs are also presented.

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:55:12Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:05:58Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / A comparação dos resultados obtidos utilizando-se uma única sessão de terapia fotodinâmica (PDT) com diodos emissores de luz (LEDs) de 630 nm no tratamento de carcinoma espinocelular (CEC) de gatos foi o objetivo principal do presente estudo, onde duas diferentes composições de precursores da protoporfirina IX (PPIX), o metil aminolevulinato (MEALA) e o ácido aminolevulínico (ALA) foram testados. Dezenove animais com um total de 24 lesões de CEC cutâneo confirmadas pelo estudo histopatológico foram distribuídos em dois grupos; o primeiro foi tratado com MEALA e o segundo com ALA. Pelos resultados negativos em testes sorológicos para detecção dos vírus da imunodeficiência felina (FIV) e vírus da leucemia felina (FeLV), não foi possível correlacionar a ocorrência dessas doenças virais com a incidência de CEC cutâneo nos gatos estudados. A temperatura da superfície cutânea, monitorada durante a PDT não apresentou aumento significativo (t < 3oC) nos dois grupos. Todos os animais foram submetidos a exame clínico e sanguíneo (hemograma e função hepato-renal) antes e após o tratamento, não havendo nenhuma alteração que inviabilizasse a inclusão dos mesmos no protocolo experimental e nem alterações atribuídas ao tratamento. A quantificação imunoistoquímica para o antígeno nuclear de proliferação celular (PCNA) foi realizada como um fator prognóstico do tratamento, porém, os resultados obtidos foram inconclusivos para esse fim. No grupo MEALA, de 10 lesões tratadas, 30% apresentaram respostas completas, 30% apresentaram respostas parciais, 20% apresentaram resposta mínima e em 20% dos casos não houve resposta ao tratamento. Já no grupo ALA foram tratadas 14 lesões, com 28,6% de resposta parcial, 50% de resposta mínima e 21,4% sem resposta. A PDT mostrou-se promissora no tratamento de CEC cutâneo de gatos dentro das condições estudadas, com melhores resultados quando realizada com o MEALA. / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Submitted by Marco Antonio Oliveira da Silva (maosilva@ipen.br) on 2017-10-27T12:46:47Z No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2017-10-27T12:46:47Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Leishmaniose é uma zoonose desenvolvida por protozoários do gênero Leishmania. A doença se manifesta sob a forma visceral e cutânea cujo tratamento apresenta diversas limitações como alto custo, elevada toxicidade dos fármacos e altos índices de recidiva. A leishmaniose cutânea abrange lesões destrutivas e ulceradas que podem evoluir para condições mais graves culminando em óbito dos hospedeiros acometidos. Tratamentos alternativos tem sido implementados com a finalidade de proporcionar acessibilidade financeira e menores efeitos colaterais aos pacientes. A terapia fotodinâmica se insere nesse contexto devido à praticidade, custo reduzido, mínima toxicidade e sem relatos de resistência descritos na literatura. O objetivo desse trabalho foi avaliar os efeitos da terapia fotodinâmica em leishmaniose cutânea induzida em camundongos BALB/c infectados com leishmaniose cutânea. A otimização da PDT também foi avaliada pela administração de doadores de óxido nítrico (S-nitroso-MSA) encapsulados em nanopartículas de quitosana (CSNPs), já que esse composto é altamente reativo e potencialmente tóxico para o parasito. Camundongos BALB/c foram infectados no membro posterior esquerdo com 1.106 promastigotas de Leishmania (L) amazonensis que expressam o gene da luciferase e acompanhados por 4 semanas até o surgimento da lesão. Após esse período, os animais foram distribuídos em 6 grupos (n=4): Controle (não tratado), PDT1 (submetidos à uma sessão de PDT), PDT2 (duas sessões ), PDT1NPNO e PDT2NPNO (uma sessão e duas sessões de PDT em associação com S-nitroso-MSACPNPS, respectivamente), e NPNO (somente S-nitroso-MSA-CP NPS). A segunda sessão foi realizada 24 h após a primeira. A PDT foi efetuada usando um diodo emissor de luz (LED, &lambda;=660 &plusmn; 22 nm) e azul de metileno (100 &mu;M), com densidade de energia de 150 J/cm2. O progresso da doença foi avaliado por meio do tamanho da lesão e escala de dor utilizando um paquímetro e filamentos von Frey, respectivamente. A carga parasitária foi quantificada por intermédio do bioimageamento nas primeiras 96 h após o tratamento e nas 4 semanas seguintes. Os resultados obtidos demonstraram redução na carga parasitária durante o período experimental, com exceção do grupo PDT1NPNO. Houve redução parasitária significante em 72 h e 96 h para os grupos PDT2, PDT2NPNO e NPNO. A maior redução da lesão foi observada para o grupo PDT2 bem como menor sensibilidade ao estímulo doloroso. Nossos resultados indicam efeitos benéficos da PDT em duas sessões, sugerindo que pode ter ocorrido modulação do processo inflamatório. Entretanto, o uso das nanopartículas nas condições utilizadas nesse experimento não foi capaz de otimizar a eficiência da PDT nos animais infectados com Leishmania (L) amazonensis. / Dissertação (Mestrado em Tecnologia Nuclear) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Neste trabalho é apresentado o estudo e o desenvolvimento de um sistema eletrônico de teste, para avaliação de desempenho de diodos emissores de luz poliméricos - PLEDs, ou de mostradores de informações com até 35 PLEDs em matriz passiva produzidos em laboratório. Os requisitos de acionamento e controle, baseados nas características estruturais e elétricas de PLEDs e mostradores de PLEDs, foram cuidadosamente estudados para definição dos circuitos mais adequados para o sistema de controle. O equipamento desenvolvido permite ajustar níveis de tensão e corrente elétricas, freqüência e largura de pulso do sinal de alimentação, de forma a possibilitar variações de emissão de luz nos dispositivos acionados. O sistema foi avaliado utilizando-se um mostrador de informações de PLEDs em matriz passiva, que antes passou por caracterizações estruturais e elétricas, sendo que os resultados serviram para ajuste da região de trabalho da tensão e corrente elétricas e freqüência de alimentação. Os resultados dos testes demonstraram que o circuito projetado atende a todos os requisitos de projeto e aos objetivos para os quais foi proposto. O acionamento do mostrador de referência com o sistema desenvolvido permitiu avaliar o seu desempenho em relação à emissão de luz, analisando características como luminância, cromaticidade e radiometria, frente a variações de tensão e corrente elétricas e largura de pulso do sinal de alimentação. Estas informações permitem a criação de uma base de dados que auxiliam o pesquisador durante a avaliação de desempenho e de reprodutibilidade de PLEDs ou mostradores de PLEDs construídos em laboratório. / In this work it is presented the study and development of an electronic system of test for performance evaluation of polymer light-emitting diodes - PLEDs, or displays with up to 35 PLEDs in passive-matrix produced in laboratory. The drive and control requirements, based in structural and electric characteristics of PLEDs and PLEDs displays, carefully had been studied for definition of adequate circuits for control system. The developed equipment allows adjusting voltage and current levels, frequency and pulse width of signal power, to make possible variations of light emission in the motion devices. The system was evaluated using passive-matrix PLED display, that before passed for structural and electric characterizations, being that the results had served for voltage, current and frequency adjustment of signal power. The tests results had demonstrated that projected circuit takes care of all requirements and objectives for which was considered. The drive of reference display with the developed system allowed to performance evaluate of its light-emitting characteristics, as luminance, chromaticity and photometry, front voltage, current and pulse width variations of signal power. This information allows a database creation that assists researcher during performance evaluation and reproducibility of PLEDs or PLEDs displays produced in laboratory.