Com o intuito de melhorar a eficiência dos dispositivos emissores de luz poliméricos uma das técnicas utilizadas é o confinamento da conjugação, diminuindo as perdas de energia em sítios de extinção, como fins de cadeia, defeitos ou armadilhas. Além disso, o confinamento quântico permite o controle do comprimento de onda emissivo desses materiais. Um dos mecanismos para o confinamento é a copolimerização, por meio da qual bloco conjugados são inseridos como grupos laterais na cadeia principal ou espaçadores nãoconjugados são inseridos ao longo da cadeia principal conjugada, limitando o comprimento da conjugação. O presente trabalho visou sintetizar e estudar as propriedades de copolímeros estatísticos derivados do PPV contendo segmentos com diferentes graus de conjugação distribuídos aleatoriamente na cadeia e limitados por segmentos não conjugados, e o estudo do comportamento desses materiais como camada ativa em dispositivos emissores de luz (PLEDs). Para a obtenção dos copolímeros randômicos poli[bis-(fenilenovinileno)-stat-(1,8-bis- (2,6-dioximetano-1,4- fenilenovinileno)-dioxioctano)-1,4-fenileno) (RBPV-DODM-PPV) utilizou-se a rota de Wittig, a partir dos monômeros: tereftaldeído (um dialdeído completamente conjugado), 1,8 bis (4 formil 2,6 dimetoxifenoxi) octano (um dialdeído interespaçado por uma cadeia saturada de oitometilenos) e o dicloreto de 1,4 bis (trifenilfosfôniometil) benzeno. Três razões molares x:y dos monômeros dialdeídos foram utilizadas para sintetizar os polímeros randômicos, obtendo-se diferentes proporções e tamanhos de segmentos conjugados distribuídos aleatoriamente nas cadeias poliméricas. Os materiais foram caracterizados por espectroscopia de ressonância magnética nuclear (RMN), no infravermelho, UV-visível, e fluorescência. A técnica de GPC foi utilizada para obtenção das massas moleculares e medidas de Tg foram realizadas por meio de DSC. As propriedades físico-químicas desses materiais foram analisadas em função das razões molares x:y utilizadas nas sínteses. E um estudo estatístico foi realizado para verificar as probabilidades de distribuição dos diferentes segmentos conjugados ao longo da cadeia em função dessas razões. Um estudo da morfologia e espessura dos filmes poliméricos em função dos parâmetros de deposição foi realizado a fim de descobrir as melhores condições para se obter filmes homogêneos e com espessuras da ordem de 20 a 60nm, necessários para alcançar melhores eficiências nos diodos emissores de luz poliméricos (PLEDs). Para a fabricação dos PLEDs foram utilizados ITO e Al como anodo e catodo, respectivamente, e uma camada de 20nm do polímero estatístico como matriz ativa e eletroluminescente. Para facilitar o transporte de portadores de cargas, camadas de PEDOT:PSS e BPBD foram colocadas entre o filme polimérico e os eletrodos. Também foram realizados testes com filmes da molécula Alq-3 como camada transportador-injetora de elétrons. Os dispositivos apresentaram eletroluminescência EL em quase toda a faixa do espectro visível, com máximos na região do ciano, para o copolímero R55 e na região do verde, para o copolímero p37. Baseado no mecanismo de Forster de transferência de energia, concluímos que os filmes desses polímeros estatísticos comportam-se como sistema hospedeiro-hóspede, devido a sobreposição parcial dos espectros de absorção e emissão dos polímeros, ocorrendo a transferência dos excitons-singletos dos segmentos de maior gap para os de menor gap, e, assim, o deslocamento dos centros emissivos para o vermelho e o aumento da eficiência dos dispositivos. / In order to improve the efficiency of polymeric light-emitting devices one of the techniques used is the conjugation confinement, decreasing the losses of energy in quenching sites, such as chain ends, defects or impurities. Moreover, the quantum confinement allows control the emissive wavelength of these materials. One of the confinement mechanisms is the copolymerization, which conjugated blocks are inserted as side groups in the main chain or non-conjugated spacers are inserted along the conjugated main chain, limiting the conjugation length. This study aimed synthesize and study the properties of random copolymers containing segments with different conjugation degrees randomly distributed in the chain and limited by no conjugated segments, and the study of the behaviour of these materials as active layer in a light emitting devices (PLEDs). To obtain random copolymers of poly [bis (fenilenovinileno)-stat-(1,8-bis-(2,6-dioximetano- 1, 4 - fenilenovinileno)-dioxioctano) -1,4-phenylene) (RBPV-DODM - PPV) have been used the Wittig route, from monomers: terephtaldeyde (a dialdeyde completely conjugated), 1.8 - bis (4 - formyl - 2.6 - dimethoxiphenoxi) octane (a dialdeyde interspaced by a saturated chain of eight methylene) and dichloride of 1.4 - a (triphenylphosphoniomethil) benzene. Three molars reasons x: y of dialdeydes monomers were used to synthesize the random polymers, obtaining various proportions and sizes of conjugated segments randomly distributed in the polymer chains. Infrared (IR) and ultravioletvisible (UVvis)spectroscopies, hydrogen nuclear magnetic resonance (1HNMR) spectrometry and differential scanning calorimetry(DSC) were used to characterize the prepared copolymersstructures. Polymers molecular weights were determined by gel permeation chromatography (GPC). The physical-chemical properties of these materials were analyzed by the molars reasons x: y used in the synthesis. And a statistical study was conducted to ascertain the probability of distribution of the various conjugated segments along the chain by these reasons. A study of the morphology and thickness of the polymer films as a function of the parameters of deposition was conducted in order to find out the best conditions to obtain homogeneous films with thickness in the order of 20 to 60 nm, necessary to achieve the best efficiencies in the polymer light emitting diode (PLEDs). For the manufacture of PLEDs ITO and Al were used as anode and cathode respectively, and a layer of 20nm of the statistical polymer as active matrix and electroluminescent. To facilitate the transport of charge carriers, layers of PEDOT: PSS and BPBD were placed between the film and polymer electrodes. Tests were also carried out with films of the molecule Alq-3 as layer electron carrier / injector. The devices had electroluminescence EL in almost the entire range of the visible spectrum, with maximum in the region of cyan, for the copolymer R55 and in the green, for the copolymer p37. Based on the Forster mechanism of energy transfer, we find that the films of these statistical polymers behave themselves as host-guest system, due to partial overlap of absorption and emission spectra of the polymers, occurring the transfer of excitons-singletes of the segments with largest gap for the smaller gap, and thus the displacement of the emission centers for the red.

Esta tese de doutorado é o resultado de um estudo dos mecanismos de operação de dispositivos poliméricos emissores de luz, com um particular enfoque nos processos de injeção e transporte de portadores de carga em polímeros derivados do poli(p-fenileno vinileno), PPV. Para tanto, se fez necessário o domínio de todas as etapas de produção e caracterização, desde a síntese química dos polímeros até a fabricação propriamente dita dos dispositivos, as quais são brevemente descritas neste trabalho. Basicamente, dois tipos diferentes de dispositivos foram caracterizados: diodos poliméricos emissores de luz (PLEDs), nos quais a camada ativa é composta por um filme fino (100-500 nm de espessura) do polímero eletroluminescente puro, e células eletroquímicas emissoras de luz (LECs), compostas por blendas do polímero conjugado com um eletrólito polimérico condutor iônico. As propriedades ópticas dos dispositivos foram analisadas através dos espectros de absorção óptica na região do ultravioleta/visível e de emissão (foto e eletroluminescência) enquanto as propriedades de injeção e de transporte de carga foram exploradas através de medidas elétricas de corrente-voltagem (I-V), espectroscopia de impedância no domínio da freqüência (condutividade ac), espectroscopia de fotocorrente e ressonância magnética detectada eletricamente (EDMR). A influência de parâmetros como a estrutura dos dispositivos, os metais utilizados como eletrodos e a temperatura permitiram uma análise mais detalhada de alguns modelos teóricos utilizados na interpretação dos resultados experimentais, fornecendo, dessa forma, um maior conhecimento das propriedades físicas dos materiais estudados. / This PhD thesis is an extensive study of the operation mechanisms of polymeric light-emitting devices, with a particular focus on the injection and transport properties of charge-carriers in poly(p-phenylene vinylene), PPV, derivatives. Therefore, it was necessary to dominate all the processes of fabrication and characterization of such devices, from the chemical synthesis of the polymers to the device fabrication, which are briefly described along this work. Two different kinds of devices were studied: polymeric ligh-emitting diodes (PLEDs) composed by a single thin layer (100-500 nm thick) of the pure electroluminescent polymer, and light-emitting electrochemical cells (LECs), which active layers are formed by a blend of the conjugated polymer and an ionic conductive polymeric electrolyte. The optical properties of the devices were analyzed by optical absorption in the ultraviolet-visible range and emission (photo- and electroluminescence) spectra. The charge injection and transport properties were studied by electrical measurements like current-voltage (I-V) curves, impedance spectroscopy in the frequency domain (ac conductivity), photocurrent spectroscopy and electrically detected magnetic resonance (EDMR). The influence of parameters like the device structure, the electrodes work function and the temperature allowed a detailed analysis of some theoretical models commonly used in the interpretation of the experimental results, providing more information about the physical properties of the studied conjugated polymers.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This work presents an LED electrothermal design methodology applied to a street lighting system. The methodology aims to provide indicatives of the optimal LED operating point for lighting systems design, considering electrical, thermal and photometric system features. Different projects are developed according to the methodology, the theoretical results are compared with fluid dynamics simulation and demonstrated by experimental results. A research including luminous flux, luminous efficacy and flicker is performed considering the LED current ripple, defining acceptable levels of ripple based on the optimal operational point. The methodology is applied by developing a lighting system composed of an LED driver and a thermal dissipation system, comprising a luminaire, a heatsink and fans. The lighting system includes electrothermal feedback control. The results provide high power factor with low current harmonic distortion to the power grid. The LED operational temperature ensures the luminous flux maintenance over the system lifetime. / Este trabalho apresenta uma metodologia de projeto eletrotérmico de LEDs aplicada a um sistema de iluminação pública. A metodologia tem o objetivo de proporcionar indicativos do melhor ponto de operação do LED para o projeto de sistemas de iluminação, considerando os aspectos elétricos, térmicos e fotométricos envolvidos no sistema. Diferentes projetos são desenvolvidos utilizando a metodologia, os resultados teóricos obtidos são comparados com simulações computacionais de dinâmica dos fluidos e comprovados através de resultados experimentais. Um estudo do fluxo, eficácia e cintilação luminosa é também realizado considerando a ondulação de corrente aplicada aos LEDs, definindo os níveis aceitáveis de ondulação com base no ponto ótimo de operação. Para aplicação da metodologia é desenvolvido um sistema de iluminação pública composto por um circuito de acionamento dos LEDs e um sistema de dissipação térmica, formado por uma luminária, um dissipador de calor e ventiladores. O sistema de iluminação possui controle com realimentação eletrotérmica. Os resultados obtidos proporcionam alto fator de potência com baixa distorção harmônica ao sistema elétrico e temperatura de operação que garante a manutenção do fluxo luminoso dos LEDs durante toda a vida útil do sistema.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2016-02-11T13:22:33Z No. of bitstreams: 1 pedrosantosalmeida.pdf: 19972618 bytes, checksum: 95d8213caa2ed63781c9a0e651a913c6 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2016-02-26T12:01:23Z (GMT) No. of bitstreams: 1 pedrosantosalmeida.pdf: 19972618 bytes, checksum: 95d8213caa2ed63781c9a0e651a913c6 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-02-26T12:01:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 pedrosantosalmeida.pdf: 19972618 bytes, checksum: 95d8213caa2ed63781c9a0e651a913c6 (MD5) Previous issue date: 2014-12-11 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Este trabalho apresenta um estudo sobre o acionamento de diodos emissores de luz (LEDs) a partir da rede elétrica. Este estudo envolve uma análise sobre as características térmicas, elétricas e fotométricas dos LEDs visando a adequada caracterização estática e dinâmica da carga. Em seguida, com o objetivo de propor conversores com uma eficiência global superior, propõe-se a utilização de conversores ressonantes como estágio de controle de potência. Este estágio é precedido de um estágio pré-regulador do fator de potência, de forma a garantir uma baixa distorção harmônica total da corrente drenada da rede. Um estudo sistemático acerca das topologias de correção do fator de potência e de conversores ressonantes que podem compor cada um destes dois estágios é feito, visando compilar as características, vantagens e desvantagens de cada uma para o acionamento de LEDs. A partir deste estudo, foi possível propor uma estrutura integrada de conversor ressonante com um pré-regulador de alto fator de potência, que se mostrou adequado para acionar uma carga de 72 LEDs associados em série, com uma potência nominal aproximada de 100 W. O protótipo do conversor proposto atingiu uma eficiência global acima de 92%, com um fator de potência superior a 0,97 e distorção harmônica da corrente de entrada de cerca de 20%, com total observância aos parâmetros de qualidade de energia impostas pelas normatizações nacional e internacional. O projeto deste conversor também permitiu a eliminação dos capacitores eletrolíticos no circuito de potência do protótipo através da redução da capacitância; somente foram empregados capacitores de filme metalizado, o que contribui para elevar a vida útil do conversor, compatibilizando-a com a vida útil dos LEDs sendo acionados. / This work presents a study regarding the driving of light-emitting diodes (LEDs) fed from mains power. This study involves an analysis of the thermal, electrical and photometrical characteristics of the LEDs, aiming an adequate static and dynamical characterization of the load. Then, with the goal of proposing driving converters with a superior global efficiency, it is proposed the use of resonant conversion as the power control stage of the LED drivers. This stage is preceded by a power factor pre-regulator stage, so that a low total harmonic distortion on the input current can be achieved. A systematic study of the power factor correction topologies and resonant converters which might compose each of these two stages is done, therefore compiling the characteristics, advantages and disadvantages of each for the driving of LEDs. From this study, it was proposed an integrated converter structure of a resonant converter with a high power factor pre-regulator, which showed good compliance when driving an LED load composed of 72 series-associated LEDs, with nominal power of ca. 100 W. A prototype of the proposed converter has reached a global efficiency above 92%, with a power factor greater than 0.97 and total harmonic distortion of input current of ca. 20%, along with total compliance with the power quality parameters imposed by national and international standards. The design of this converter also permitted the elimination of the electrolytic capacitors from within the power circuitry of the prototype through capacitance reduction; only metalized film capacitors were employed, contributing to enhance the lifespan of the converter, making it compatible with the lifespan of the LEDs being driven.

Submitted by Geandra Rodrigues (geandrar@gmail.com) on 2018-01-09T14:16:49Z No. of bitstreams: 1 rodrigocouradias.pdf: 2508131 bytes, checksum: a85f5360d98ae17dab9812e3e61a46cd (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2018-01-23T11:19:39Z (GMT) No. of bitstreams: 1 rodrigocouradias.pdf: 2508131 bytes, checksum: a85f5360d98ae17dab9812e3e61a46cd (MD5) / Made available in DSpace on 2018-01-23T11:19:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 rodrigocouradias.pdf: 2508131 bytes, checksum: a85f5360d98ae17dab9812e3e61a46cd (MD5) Previous issue date: 2017-11-24 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Um tipo de dispositivo que tem atraído atenção nos últimos anos no campo da Eletrônica Orgânica é as Células Eletroquímicas Emissoras de Luz, mais conhecidas como LECs (ou LEECs), do inglês Light Emitting Electrochemical Cells. Esses dispositivos eletrônicos têm baixa voltagem de operação, fabricação simples e barata, alto desempenho, ligeira independência dos materiais usados como eletrodo ou da espessura de suas camadas emissoras, além de terem a possibilidade de serem fabricados sobre substratos flexíveis. Por essas razões, as LECs têm sido usadas como possíveis substitutas para os já conhecidos OLEDs (Diodos Orgânicos Emissores de Luz), e o estudo de suas propriedades ópticas e elétricas e de seu princípio de funcionamento têm sido foco de trabalho de muitos cientistas. Dentre os modelos conhecidos que propõem descrever o funcionamento das LECs podemos citar três: a Teoria da Difusão, a Teoria da Dopagem Eletroquímica e a Teoria Mista. No primeiro a injeção de portadores na camada ativa seria facilitada pelos compostos iônicos presentes na blenda que a compõe, com posterior movimentação de cargas por difusão e recombinação no centro da camada. No segundo modelo ocorre a formação de três regiões dentro da blenda polimérica: uma região dopada do tipo p, uma região dopada do tipo n e uma camada isolante onde ocorre a recombinação de cargas para emissão de luz. A teoria mista assume que ambas são possíveis dependendo das condições em que se encontra o dispositivo. A fim de compreender como esses processos ocorrem e interferem no desempenho desses dispositivos propusemos diversas experiências alterando parâmetros importantes na sua fabricação. É proposto um modelo para a influência do tipo de cátion e ânion usado no sal presente na camada ativa e para descrever a influência da concentração desse sal na blenda polimérica que a compõe. Com base nas teorias descritas é colocada em evidência a influência da concentração de polímero transportador de íons na camada emissora e da espessura desta camada. Ao fim de todo o estudo obtivemos um dispositivo otimizado que é comparado com um dispositivo feito com um material novo sintetizado por colaboradores do departamento de Química da UFJF a fim de gerar expectativas para futuros trabalhos. / One type of device that has attracted attention in recent years in the field of Organic Electronics are the Light Emitting Electrochemical Cells, better known as LECs (or LEECs) These electronic devices have low operating voltage, simple and inexpensive manufacture, high-performance, light independence of the material used as electrode or the thickness of its emissive layer, besides having the possibility to be manufactured on flexible substrates. For these reasons the LECs have been used as possible substitutes for known OLEDs (Organic Light Emitting Diodes), and the study of their optical and electrical properties, and its operating principle have been working focus of many scientists. Among the known models proposed to describe the operation of LECs we can name three: the Theory of Diffusion, the Theory of Electrochemical Doping, and the Mixed Theory. In the first, injection of carriers in the active layer would be facilitated by the ionic compounds present in the blend that makes up, with subsequent movement of charges by diffusion and recombination in the center of the layer. In the second model happens the formation of three layers within the polymer blend: A p-type doped region, a n-type doped region and an insulating layer where recombination occurs for emitting light. Mixed theory assumes that both are possible depending on the conditions in which the device is. In order to understand how these processes occur and interfere with the performance of these devices we have proposed several experiments changing important parameters in its manufacture. A model is proposed for the influence of the type of cation and anion used in the salt present in the active layer, and to describe the influence of the concentration of this salt in the polymer blend that makes up. Based on the theories described it is put in evidence the influence of the concentration of the ion carrier polymer in the emitter layer and the thickness of this layer. After all the study we obtained an optimized device that is compared with a device made with a new material synthesized by employees from the Chemistry Department of UFJF to generate expectations for future work.

Esta tese de doutorado é o resultado de um estudo dos mecanismos de operação de dispositivos poliméricos emissores de luz, com um particular enfoque nos processos de injeção e transporte de portadores de carga em polímeros derivados do poli(p-fenileno vinileno), PPV. Para tanto, se fez necessário o domínio de todas as etapas de produção e caracterização, desde a síntese química dos polímeros até a fabricação propriamente dita dos dispositivos, as quais são brevemente descritas neste trabalho. Basicamente, dois tipos diferentes de dispositivos foram caracterizados: diodos poliméricos emissores de luz (PLEDs), nos quais a camada ativa é composta por um filme fino (100-500 nm de espessura) do polímero eletroluminescente puro, e células eletroquímicas emissoras de luz (LECs), compostas por blendas do polímero conjugado com um eletrólito polimérico condutor iônico. As propriedades ópticas dos dispositivos foram analisadas através dos espectros de absorção óptica na região do ultravioleta/visível e de emissão (foto e eletroluminescência) enquanto as propriedades de injeção e de transporte de carga foram exploradas através de medidas elétricas de corrente-voltagem (I-V), espectroscopia de impedância no domínio da freqüência (condutividade ac), espectroscopia de fotocorrente e ressonância magnética detectada eletricamente (EDMR). A influência de parâmetros como a estrutura dos dispositivos, os metais utilizados como eletrodos e a temperatura permitiram uma análise mais detalhada de alguns modelos teóricos utilizados na interpretação dos resultados experimentais, fornecendo, dessa forma, um maior conhecimento das propriedades físicas dos materiais estudados. / This PhD thesis is an extensive study of the operation mechanisms of polymeric light-emitting devices, with a particular focus on the injection and transport properties of charge-carriers in poly(p-phenylene vinylene), PPV, derivatives. Therefore, it was necessary to dominate all the processes of fabrication and characterization of such devices, from the chemical synthesis of the polymers to the device fabrication, which are briefly described along this work. Two different kinds of devices were studied: polymeric ligh-emitting diodes (PLEDs) composed by a single thin layer (100-500 nm thick) of the pure electroluminescent polymer, and light-emitting electrochemical cells (LECs), which active layers are formed by a blend of the conjugated polymer and an ionic conductive polymeric electrolyte. The optical properties of the devices were analyzed by optical absorption in the ultraviolet-visible range and emission (photo- and electroluminescence) spectra. The charge injection and transport properties were studied by electrical measurements like current-voltage (I-V) curves, impedance spectroscopy in the frequency domain (ac conductivity), photocurrent spectroscopy and electrically detected magnetic resonance (EDMR). The influence of parameters like the device structure, the electrodes work function and the temperature allowed a detailed analysis of some theoretical models commonly used in the interpretation of the experimental results, providing more information about the physical properties of the studied conjugated polymers.

Dispositivos de emissão de elétrons por efeito de campo elétrico (FE - Field Emission Devices) têm sido propostos para aplicações como fontes eficientes de elétrons em nanolitografia, microscopia eletrônica, sensores microeletrônicos de vácuo, entre outras. Atualmente os sistemas tradicionais utilizados para caracterização de dispositivos FE fornecem apenas o comportamento geral da emissão de elétrons, ou seja, não permitem efetuar uma investigação mais seletiva e precisa dos centros emissores que constituem o dispositivo, durante seu funcionamento como dispositivo. Frente a esta lacuna, este trabalho propõe o desenvolvimento de um sistema de caracterização de dispositivos emissores de elétrons através do processamento de imagens integrado ao tradicional levantamento da característica corrente-tensão (I-V) do dispositivo. Tais imagens são obtidas através do impacto dos elétrons em uma tela fosforescente. A plataforma LabVIEW foi aplicada para o desenvolvimento do algoritmo de processamento dos sinais, que incorpora desde a etapa de aquisição dos dados (ou seja, medições realizadas pelos instrumentos) até a apresentação dos resultados em diferentes formatos (imagem ou representações gráficas), à escolha do usuário. O sistema desenvolvido permitiu avaliar, quantificar e identificar a distribuição da corrente de emissão em distintas regiões de interesse de amostras compostas por microestruturas ou filmes emissores de elétrons, resultando em representações gráficas bi e tridimensionais. Complementarmente, o sistema também permitiu comparar o desempenho dos dispositivos de emissão de elétrons por efeito de campo elétrico e estudar os efeitos físicos relacionados ao impacto dos elétrons em diferentes tipos de telas fosforescentes. Esta proposta resultou em uma ferramenta inovadora para análise de emissão de elétrons, com a vantagem de manter o dispositivo dentro do seu ambiente de operação, em alto vácuo, representando um grande avanço na metodologia aplicada para se obter características operacionais de dispositivos FE e proporcionando uma caracterização com qualidade superior, visto que proporcionou uma avaliação localizada dos centros emissores numa dada matriz. / Field emission devices (FE devices) have been proposed as efficient sources of electrons for applications in nanolithography, electron microscopy, microelectronic vacuum sensors, among others. Nowadays, the traditional FE characterization systems provide only information related to the general behavior of the electron emission, that is, they do not have specific tools to execute more selective and precise investigation of the emitting centers during their operation as device. As an alternative, this work proposes the development of a dedicated system for characterization of FE by integrating image processing with the traditional current-voltage (I-V) characteristics of the devices. Such images are obtained by the impact of electrons on a phosphorescent screen. The LabVIEW platform was applied to develop the algorithm of signal processing. This algorithm processes information from the data acquisition stage (instruments measurements) to the presentation of the results in different ways (image or graphical representation), according to the researcher´s choices. The developed system allowed evaluating, quantifying and identifying the emission current distribution in different regions of interest of samples composed by microstructures or thin emitting electron films, whose results could be represented in two and threedimensional graphics. Additionally, the system also allowed comparing the performance of electron emission devices by electrical field effect and studying physical effects related to the impact of electrons in different types of phosphorescent screens. This proposal resulted in an innovative tool for electron emission analysis, with the advantage of keeping the device inside its high vacuum characterization environment, which represents a significant advance in the methodology applied to obtain operational characteristics of FE devices and to provide a characterization with superior quality, since it provided a localized evaluation of the emitting centers in a given matrix.

Neste trabalho foram projetados, fabricados e caracterizados funcionalmente dispositivos eletroluminescentes empregando complexos de Terras Raras (TR) e de Metais de Transição (MT) tanto como em filmes finos termicamente evaporados quanto formados através da técnica de spin-coating. O estudo foi iniciado com os complexos de TRs (especificamente o complexo de Európio e de Térbio) com filmes termicamente evaporados, com vistas à análise da eficiência externa dos dispositivos em função do ligante principal (CL). Desta análise observou-se que a particular estrutura química do CL resulta em diferenças perceptíveis ao nível da caracterização eletro-óptica (de 0,73x10-3 [BTA] para 1,05x10-3 [DBM]). Dando seqüência à análise de dispositivo com camada emissiva termicamente evaporada, foi realizada a análise do complexo de Térbio com dois tipos de ligante neutro (NL). Com base nos resultados obtidos, neste foco do estudo, observou-se que a configuração estrutural do NL implica em diferenças na eficiência externa (de 0,8x10-3 [PHEN] para 4,1x10- 3 [BIPY]) e no comprimento de onda dominante emitido (de 542 nm [BIPY] para 563 [PHEN]). Ainda explorando os complexos de TRs, foram estudados dispositivos empregando estes dispersos em um polímero com função de matriz, neste caso o polivinilcarbazol (PVK), em filmes formados por spin-coating, os quais apresentaram maior eficiência (de 0,72x10-3 [evaporado] para 1,24x10-3 [spincoating]) externa em comparação aos termicamente evaporados. Ainda nesta linha de estudo foi explorada uma nova estrutura de dispositivo empregando filmes automontados, cujos resultados apresentaram uma melhor eficiência externa para três bicamadas de PAni/PEDOT:PSS. Na seqüência, foram empregados os complexos de MT, especificamente de Rutênio e de Rênio, em filmes finos formados por spincoating. Com o primeiro destes, foi avaliada a conseqüência da variação do seu ligante, seus processos de transporte de portadores de carga e os fenômenos relacionados com sua luminescência. Já com o segundo, que foi disperso em PVK em diversas concentrações, foi feita a análise da eficiência externa com a mesma idéia adotada com o complexo de Európio, cujo estudo revelou uma eficiente transferência de energia, descrita pelo mecanismo de Transferência de Carga Metal- Ligante (3MLCT). / This work presents the study of the Rare Earth (RE) and Transition Metals (TM) complexes, as emissive layers of Organic Light-Emitting Devices (OLEDs) designed, built and electro-optically characterized. The thin films were thermally evaporated or spin-coated. This research started with the study of Europium complex changing its central ligand (CL), which showed that its electrical response exhibits external efficiency differences (from 0.73x10-3 [BTA] to 1.05x10-3 [DBM]). It was observed that the particular chemical structure of the CL results in significant differences as seen in the electro-optical characterization. Giving continuity to the thermally evaporated device characterization, an analysis was done with the Terbium complexes with two different neutral ligands (NL). It was noticed, in this work, that an NL change in Terbium complex imply in changes in external efficiency (from 0.8x10-3 [PHEN] to 4.1x10-3 [BIPY]) and in the emitted dominant wavelength (from 542 nm [BIPY] to 563 nm [PHEN]). Following the study using RE complex, we used it as a dye dispersed in polyvinylcarbazole (PVK) matrix, in a spin-coated deposited thin-film, which results showed a better external efficiency in comparison with thermally evaporated thin-films (from 0.72x10-3 [thermal evaporation] to 1.24x10-3 [spin-coating]). Besides, it was studied a new structure of electroluminescent device with thin-film Self-Assembled deposition, which results showed a better external efficiency for three bilayers of PAni/PEDOT:PSS. In the sequence, TM complexes, namely Ruthenium and Rhenium, were studied using spincoated thin-films. With the first of them, the implications of different ligands (bipyridyne and phenanthroline) were evaluated aiming the charge carrier transport and the luminescence related phenomena. The Rhenium complex was dispersed as a dye in the PVK, using the same approach as that used to study the Europium complex showing a very efficient energy transfer process, described in literature as the Metal-Ligand Charge Transfer (3MLCT) mechanism.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2016-06-10T11:59:43Z No. of bitstreams: 1 marcelopaschoaldias.pdf: 2362586 bytes, checksum: de75d2d7f7b0ebf296ee1a44eeb6874f (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2016-07-13T13:48:14Z (GMT) No. of bitstreams: 1 marcelopaschoaldias.pdf: 2362586 bytes, checksum: de75d2d7f7b0ebf296ee1a44eeb6874f (MD5) / Made available in DSpace on 2016-07-13T13:48:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 marcelopaschoaldias.pdf: 2362586 bytes, checksum: de75d2d7f7b0ebf296ee1a44eeb6874f (MD5) Previous issue date: 2012-08-29 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Esta dissertação tem como foco principal a avaliação do emprego de um conversor de baixo custo, operando em baixa frequência, para o acionamento de diodos emissores de luz (LEDs) usados em luminárias de baixa potência. A proposta considera inicialmente um conversor CA-CC conhecido como pré-regulador boost de alto fator de potência operando em baixa frequência, ou seja, um único acionamento liga-desliga para cada semiciclo da rede elétrica. Um protótipo experimental com potência de saída de 11 W foi implementado e comprova a possibilidade de emprego do conversor pretendido. Neste caso, foi observada por meio de avaliação fotométrica uma redução de 11% na eficácia luminosa do conjunto luminoso, em comparação com operação CC ideal, algo que se atribui à natureza descontínua da corrente nos LEDs. O pré-regulador apresentou um fator de potência de 0,97 e uma eficiência de 59%, em especial devido ao uso de um transformador abaixador de baixa frequência sobredimensionado. Pelo fato de impor à lâmpada uma corrente descontínua, o conversor proposto não emprega capacitores eletrolíticos, característica que contribui para uma elevada vida útil do circuito de acionamento. Um circuito similar, orientado à iluminação pública e que dispensa o uso de transformadores abaixadores, também é avaliado com apoio de simulação computacional. Neste caso, pode ser esperada uma eficiência global muito mais elevada. Outro pré-regulador baseado no mesmo princípio, porém empregando uma topologia tipo Ćuk, também é avaliado por meio de simulações, permitindo-se antever uma proposta de baixo custo, acionamento simplificado, elevada eficiência global, elevada eficácia luminosa e elevada vida útil. Finalmente, um estudo complementar desta dissertação considera a influência do posicionamento geométrico dos LEDs para a distribuição luminosa no plano de trabalho. Uma análise matemática e experimental é conduzida neste sentido e contribuiu para a alocação das unidades luminosas ao longo da barra de suporte da luminária de baixa potência implementada. / This work is mainly focused on the evaluation of the use of a low-frequency and low-cost converter intended to drive light emitting diodes employed in low power lighting fixtures. The proposal considers at first a high power factor boost pre-regulator converter featuring a low frequency switching of the main power device, which is driven twice each electric mains cycle. An experimental prototype with output power of 11 W is implemented and proves the concept feasibility. In this case, photometry studies show a reduction of 11% in the LEDs luminous efficacy, as compared to an ideal DC operation, which is due to the discontinuous nature of the output current. The boost pre-regulator presented a power factor of 0.97 and a global efficiency of 59%, something that can be imputed to the use of an underrated low frequency transformer. Despite some disadvantages, the discontinuous nature of LEDs current allows the converter to avoid using electrolytic capacitors, what confers an extended lifetime to the proposed driver. A similar circuit, which does not need transformers at all and is devised to be employed in street lighting, is also evaluated by means of numerical simulation. Moreover, another low frequency pre-regulator based on the Ćuk converter is evaluated with the aid of computer simulation, and the results show that it could be attained in practice a high global efficiency, high luminous efficacy and extended driver lifetime. Finally, a complementary study accomplished during this dissertation evaluates the influence of the geometric positioning of the LEDs for the luminous distribution over a given plane to be lit. Mathematical and experimental analysis have been developed contributing for the right allocation of lighting unities along the heatsink bar which bears the lighting fixture prototype.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2017-04-24T15:04:21Z No. of bitstreams: 1 luizfernandoalvesguedes.pdf: 8533376 bytes, checksum: 1fb75359e16225fb5b36b42d374e4b7a (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2017-04-24T16:59:50Z (GMT) No. of bitstreams: 1 luizfernandoalvesguedes.pdf: 8533376 bytes, checksum: 1fb75359e16225fb5b36b42d374e4b7a (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-24T16:59:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 luizfernandoalvesguedes.pdf: 8533376 bytes, checksum: 1fb75359e16225fb5b36b42d374e4b7a (MD5) Previous issue date: 2012-12-17 / Este trabalho tem o objetivo de estudar, projetar, simular e obter resultados experimentais, a partir de um conversor flyback operando no modo descontínuo (DCM), para acionar uma luminária de diodos emissores de luz (LEDs). Além disso, deseja-se que o conversor possua elevado fator de potência, alta eficiência, baixa distorção harmônica da corrente de entrada, vida útil elevada (através da possibilidade de substituir de capacitores eletrolíticos por capacitores de filme metálico) e baixo custo. Inicialmente, o trabalho apresenta um breve estudo da iluminação a LEDs, o modelo elétrico simplificado dos LEDs, bem como uma revisão de alguns conversores aplicados ao acionamento deste tipo de fonte luminosa. Em seguida é analisada a operação do conversor flyback em modo DCM alimentado a partir da retificação (em ponte) da tensão da rede elétrica. Além do estudo teórico, a simulação do conversor é apresentada de modo a validar o projeto do conversor e servir de base de comparação com os resultados experimentais. O projeto do transformador (indutores acoplados) do conversor flyback tem destaque especial neste trabalho, pois, este elemento é fundamental para elevar a eficiência do conversor. Portanto, parte deste trabalho é dedicada ao estudo de perdas do transformador. Isto é feito através de uma adaptação de técnicas consagradas nesta área por meio de uma compilação didática visando a repetitividade do estudo. A partir do estudo teórico sobre as perdas no transformador, programas elaborados no MATLAB e no MICROSOFT EXCEL auxiliam o projeto do elemento magnético do conversor flyback. Estes dois programas, visam facilitar o exaustivo equacionamento das perdas e auxiliam no desenvolvimento de um projeto com elevada eficiência do transformador flyback elevando, consequentemente, a eficiência global do conversor. Empregando os programas elaborados, o projeto é calculado e resultados experimentais são obtidos a partir de medições realizadas em um protótipo em escala. Estes resultados são analisados e comparados com os resultados teóricos e de simulação. Ao final, é realizada uma análise simplificada do custo dos componentes do conversor e também são apresentadas as principais conclusões deste trabalho. / This work aims to study, design, simulate and obtain experimental results from a flyback converter operating in discontinuous mode (DCM), to trigger a fixture of light emitting diodes (LEDs). Furthermore, it is desired that the converter has high power factor, high efficiency, low harmonic distortion of input current, high life (through the possibility of replacing the electrolytic capacitors for metal film capacitors) and low cost. Initially, the paper presents a brief study of lighting LEDs, LEDs for simplified electrical model, as well as a review of some converters used to drive this type of light source. Then it analyzed the operation of the flyback converter in DCM mode fed from the rectification (bridged) the utility voltage. Besides the theoretical study, the simulation of the converter is presented in order to validate the design of the converter as a basis for comparison with experimental results. The transformer design (coupled inductors) flyback converter has special emphasis in this work, because this element is essential to raise the efficiency of the converter. So part of this work is devoted to the study of transformer losses. This is done by an adaptation of standard techniques in this area via a teaching order to build repeatability study. From the theoretical study on the losses in the transformer, programs developed in MATLAB and MICROSOFT EXCEL aid the design of the magnetic element of the flyback converter. These two programs are designed to facilitate the comprehensive equating of losses and assist in developing a project with high efficiency flyback transformer raising therefore the overall efficiency of the converter. Employing the programs drawn up, the project is calculated and experimental results are obtained from measurements performed on a prototype scale. These results are analyzed and compared with the theoretical results and simulation. At the end we provide a simplified analysis of the cost of the converter components and also presents the main conclusions of this work.