MODELO FISICO EQUIVALENTE PARA DIODOS ORGÂNICOS
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MODELO FISICO EQUIVALENTE PARA DIODOS ORGÂNICOS EMISSORES DE LUZ OPERANDO EM REGIME ESTÁTICO(1) Marielly Quevedo Machado(2), Isadora Moreira Minich(3), Vitor Cristiano Bender(4) (1) Trabalho executado com recursos do Edital Nº 01/2016 – FAPERGS/PROBIC, da Pró-­Reitoria de Pesquisa, Pós-­ Graduação e Inovação. (2) Estudante -­Bolsista de Iniciação Científica – FAPERGS/PROBIC;; Universidade Federal do Pampa;; [email protected] (3) Estudante;; Universidade Federal do Pampa;; [email protected] (4) Orientador;; Universidade Federal do Pampa;; [email protected] Palavras-­Chave: Modelo, OLEDs, circuito. INTRODUÇÃO O consumo de energia elétrica utilizado para iluminação é, atualmente, 20% de todo o consumo de energia elétrica no mundo (IEA, 2014). Em função disso, novas tecnologias estão sendo empregadas, afim de gerar soluções para o uso racional e eficiente de energia. Entre estas tecnologias, se encontram dispositivos baseados na iluminação em estado sólido (IES), como os diodos emissores de luz (LEDs) e os LEDs orgânicos, denominados OLEDs. Esses dispositivos emitem luz a partir de um fenômeno conhecido como eletroluminescência, onde a emissão de luz ocorre devido a uma passagem de corrente elétrica em um semicondutor. No caso dos LEDs, isso ocorre em um semicondutor inorgânico, tipicamente silício, e a iluminação fornecida por tais dispositivo é de forma pontual, diferentemente dos OLEDs, que são constituídos de material orgânico, normalmente carbono, e são capazes de produzir luz em superfícies maiores. O custo dos dispositivos orgânicos é elevado, e para testar seu desempenho, uma opção mais simples e de baixo custo vem da utilização de um circuito eletrônico com características equivalentes as dos OLEDs. Diversos modelos são encontrados na literatura, tal qual BHATTACHARYA. Os modelos têm como finalidade representar o comportamento elétrico do dispositivo real e obter seu desempenho fotométrico. Este artigo tem como objetivo caracterizar os OLEDs a partir da utilização de um circuito eletrônico, aqui denominado Modelo Físico Equivalente (MFE) e para isso é apresentado um modelo com características elétricas operando em regime estático. METODOLOGIA Para a construção do Modelo Físico Equivalente, tornou-­se necessário uma revisão bibliográfica sobre o assunto com objetivo de verificar informações pré-­existentes sobre tal tema. Neste sentido, adotou-­ se o modelo proposto por Bender (2015), tal como mostra a Figura 1(a). Este modelo foi escolhido devido a precisão apresentada nos testes comparativos com OLEDs. A partir disto, foi realizada a simulação do modelo em programas computacionais, afim de que se obtivesse a resposta do circuito sob diferentes condições de operações. Neste modelo foram empregados componentes com comportamento mais simples e conhecido, como resistores, e fontes de tensão, de modo a caracterizar, modelar e acionar o dispositivo. O modelo do circuito é composto por duas fontes de tensões, Vo, que representa a tensão de limiar, e Vbi, denominada tensão de built-­in, quatro resistências: a resistência do eletrodo (Re) a resistência das camadas orgânicas(Rs) a resistência paralela (Rp) utilizada como caminho para a corrente de dispersão, necessária quando baixos níveis de tensão são injetados, e a resistência Rbi que designa as perdas ôhmicas das camadas orgânicas. Por fim, os dois diodos, D1 e D2, que representam a característica unidirecional da corrente do OLED. O circuito se comporta de maneira que enquanto a tensão final, Vf, apresentar um valor menor ou igual ao da tensão de built-­in, a passagem de corrente vai fluir pelas resistências Re e Rp, pois o diodo ideal D1 está bloqueado. A partir do momento que Vf for maior que Vbi, D1 conduz e, como resultado, a corrente flui através de Re em série com Rbi. Estas considerações se baseiam no fato de que Rp tem valor maior que Rbi a ponto de ser tratado como um circuito aberto. Após o término das simulações, iniciou-­se a montagem do circuito em uma matriz de contatos. Nesta etapa, as fontes de tensões do modelo, Vo e Vbi, foram substituídas por um circuito equivalente, composto por um amplificador operacional e um transistor, como mostrado na Figura 1(b). Terminada a montagem do circuito na matriz de contatos, fez-­se necessário sua validação. Para tal, foi utilizado um circuito de acionamento juntamente com o modelo físico equivalente, e equipamentos para sua medição, sendo eles: duas fontes de tensão, um osciloscópio, uma ponteira de corrente, um gerador de função e um multímetro. Anais do 8º Salão Internacional de Ensino, Pesquisa e Extensão – Universidade Federal do Pampa If + VRe -­‐ D1 Ib + VRbi D2 -­‐ VRs + Anodo Re Ib IRs + Rbi + + VRs -­‐ 10V -­‐ Vbi Vo Catodo Ip VRs Rs VRp Rp -­‐ Re MUR4007 Ip Vf + IRs MUR4007 + Rbi If + VRe -­‐ Rs -­‐ Vf Rp 10V Vbi -­‐ + BD140 LM358 Vo -­‐ + BD140 LM358 -­‐ -­‐ (a) (b) Figura 1 – (a) Modelo Equivalente Estático do OLED (b) Modelo físico equivalente do OLED. RESULTADOS E DISCUSSÃO Para análise do modelo foi considerado um OLED comercial Osram CDW-­031. Inicialmente realizaram-­se simulações computacionais que apresentaram resultados suficientemente precisos quando comparado o MFE com a resposta do OLED. A Figura 2, apresenta os resultados experimentais obtidos no osciloscópio, utilizando os parâmetros de tensão e corrente do MFE e do OLED. As curvas de 𝑉"# e 𝑉$ correspondem com a característica de tensão do OLED. A margem de erro perceptível entre o MFE e o dispositivo se deve a certas interferências ocasionadas pela utilização de fios nas ligações e pela utilização da matriz de contatos. Foram observadas divergências entre os resultados de simulação e os resultados experimentais. Isso ocorre porque não existem dispositivos ideais, tais quais são considerados nos simuladores. Corrente Direta (If), A 0,25 OLED 0,2 MFE 0,15 0,1 0,05 0 0 1 2 3 4 Tensão Direta (Vf), V Figura 2 – Resultados experimentais da resposta estática do MFE e do OLED. CONCLUSÕES A utilização de circuitos equivalentes na modelagem e acionamento de dispositivos é de interesse, pois utilizando componentes mais simples e de menor custo tem-­se respostas muito próximas do dispositivo real. Tal qual foi apresentando acima, os resultados obtidos foram de acordo com o esperado, mesmo considerando as interferências ocasionadas. REFERÊNCIAS BHATTACHARYA, A. et al. A Probabilistic Approach of Designing Driving Circuits for Strings of High-­Bri-­ ghtness Light Emitting Diodes. IEEE Power Electronics Specialists Conference, 2007 BENDER, V. Modelagem e Acionamento de Diodos Orgânicos Emissores de Luz (OLEDs) para Sistemas de Iluminação. Tese de Doutorado, 2015. INTERNATIONAL ENERGY AGENCY. Energy efficiency: Lighting. 2014. Disponível em: < http://www.iea.org/topics/energyefficiency/lighting/ > Acesso em 24 ago. 2016 Anais do 8º Salão Internacional de Ensino, Pesquisa e Extensão – Universidade Federal do Pampa
