有機(jī)電致發(fā)光二極管OLED(Organic Light-Emitting Diode)是一種新型平板顯示器件。相比于傳統(tǒng)的CRT、LCD，OLED具有低功耗、高亮度、主動(dòng)發(fā)光、響應(yīng)速度快、無視角問題及柔性化顯示等優(yōu)勢(shì)，具有廣闊的應(yīng)用前景，被認(rèn)為是最有可能替代液晶顯示的器件[1]。

    壽命較短是制約OLED產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵因素。在OLED的研制過程中，壽命是表征器件性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)[2-3]。目前，用于OLED壽命測(cè)量的儀器種類很少，針對(duì)OLED壽命測(cè)量的研究大多停留在實(shí)驗(yàn)室階段。
    本文介紹了一種基于LM3S1138的有機(jī)電致發(fā)光二極管壽命檢測(cè)儀。該檢測(cè)儀成本低、體積小、操作方便；提供給被測(cè)器件的恒流數(shù)值和恒壓數(shù)值的大小均可任意設(shè)定，能夠滿足對(duì)不同規(guī)格OLED器件壽命進(jìn)行測(cè)試的要求；能夠同時(shí)對(duì)一組8個(gè)OLED器件的壽命進(jìn)行測(cè)試；通過測(cè)量環(huán)境溫度實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償，改善溫度變化對(duì)亮度測(cè)量結(jié)果的影響，提高測(cè)量的準(zhǔn)確性。
1 壽命檢測(cè)原理
    為了測(cè)試出OLED的壽命，采用通用的正向恒流反向恒壓的驅(qū)動(dòng)模式，即在其兩端施加給定的電壓和電流驅(qū)動(dòng)，使器件在規(guī)定的測(cè)試條件下點(diǎn)亮。器件的發(fā)光強(qiáng)度與通過的電流成正比。隨著時(shí)間的推移，有機(jī)物的老化導(dǎo)致被測(cè)器件的閾值電壓和歐姆電阻不斷增加，通過器件的電流則不斷減小，發(fā)光亮度亦隨之減弱。亮度下降為起始亮度的1/2時(shí)所用的時(shí)間稱為半衰期[4]。
    測(cè)量有機(jī)電致發(fā)光器件的壽命可通過測(cè)量其半衰期來實(shí)現(xiàn)。因此，需要測(cè)量被測(cè)器件的起始亮度、起始時(shí)間及發(fā)光亮度衰減到起始亮度一半時(shí)所用的時(shí)間。
2 總體方案設(shè)計(jì)
    如圖1所示，檢測(cè)儀部分主要包括微控制器、數(shù)控電壓輸出電路、數(shù)控恒流源電路、光強(qiáng)測(cè)量電路、液晶顯示及提示和按鍵電路。

    數(shù)控電壓輸出電路用于向被測(cè)器件提供反向恒壓；數(shù)控恒流源電路用于向被測(cè)器件提供正向恒流源；光強(qiáng)測(cè)量電路用于測(cè)量被測(cè)器件的發(fā)光強(qiáng)度；按鍵電路用于設(shè)置本次測(cè)試的電壓值和恒流值；液晶顯示與提示用于顯示半衰期測(cè)量時(shí)間、當(dāng)前溫度和工作狀態(tài)等。
    采用型號(hào)為L(zhǎng)M3S1138的嵌入式微控制器，相比于PC機(jī)和單片機(jī)在實(shí)現(xiàn)OLED壽命檢測(cè)方面具有如下優(yōu)勢(shì)：高性能的32位運(yùn)算能力；成本與傳統(tǒng)8位和16位器件相當(dāng)；自帶實(shí)時(shí)振蕩器，無需外擴(kuò)時(shí)基電路就能實(shí)現(xiàn)高精度的時(shí)間測(cè)量；ADC模塊轉(zhuǎn)換分辨率為10位，支持8個(gè)輸入通道，速率達(dá)1 MS/s，保證了在每次測(cè)量過程中可同時(shí)對(duì)一組8個(gè)被測(cè)器件進(jìn)行測(cè)量，提高了測(cè)量效率；16 KB SRAM和64 KB Flash，內(nèi)存大小滿足存儲(chǔ)要求，無需外擴(kuò)存儲(chǔ)器；自帶內(nèi)部溫度傳感器，用于測(cè)量環(huán)境溫度；通信接口電路可將測(cè)量數(shù)據(jù)上傳至PC機(jī)，實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的數(shù)據(jù)分析等功能。
3 硬件設(shè)計(jì)
3.1 數(shù)控電壓輸出電路
    如圖2所示，數(shù)控電壓輸出電路用于給被測(cè)有機(jī)電致發(fā)光二極管提供數(shù)控的可調(diào)電壓。通過設(shè)定所需的電壓,經(jīng)微控制器以數(shù)字量形式輸出,由D/A轉(zhuǎn)換器DAC7513轉(zhuǎn)換為模擬量電壓值并輸入運(yùn)算放大器LM324，通過U2A放大電路輸入到U2B的同相端，由于U2B的反相端與同相端電壓相同，因此,三極管Q1的射極輸出電壓即為給定的電壓。

    使用電壓測(cè)量反饋電路用于調(diào)整加到被測(cè)器件上的輸出電壓，實(shí)際輸出電壓為給定電壓和反饋電壓之和，從而提高了測(cè)量的準(zhǔn)確性。
3.2 數(shù)控恒流源電路
    如圖3所示，數(shù)控恒流源電路用于給被測(cè)有機(jī)電致發(fā)光二極管提供數(shù)控的恒流源。通過設(shè)定所需的電流，經(jīng)微控制器以數(shù)字量形式輸出，由D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為模擬量電壓值，該模擬信號(hào)輸入運(yùn)放LM324的同相端。由于反相端與同相端電壓相等，實(shí)際輸入的電流即為反相端輸出電壓與電阻R3的比值，將該電流通過Q2漏極輸出提供給被測(cè)發(fā)光器件，等效于在被測(cè)器件上加入給定數(shù)值的恒流源。

3.3 光強(qiáng)測(cè)量電路
    測(cè)量被測(cè)器件的發(fā)光亮度，一般方案是采用輝度計(jì)，但輝度計(jì)價(jià)格昂貴，若要實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)被測(cè)器件的同時(shí)測(cè)量，其成本很高?？紤]到光電池造價(jià)便宜、易于安裝，且在恒定溫度下，由于光電池的暗電流近似于零，光電池的輸出電流與照射到光電池上的光強(qiáng)成線性關(guān)系[5]，本檢測(cè)儀使用光電池的輸出電流表征被測(cè)器件的亮度信息。
    光測(cè)量電路如圖4所示，使用波長(zhǎng)范圍為380 nm～800 nm的光電池，由于光電池的輸出電流很小，電路中還需要對(duì)微弱的電流信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換及放大，再經(jīng)過微控制器自帶的A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換，微控制器對(duì)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算，判斷輸出電壓值是否衰減到了原來值的一半，即被測(cè)器件的發(fā)光亮度是否衰減到了原來的一半。

3.4 溫度補(bǔ)償
    在正常工作條件下，當(dāng)測(cè)量過程中的環(huán)境溫度上升時(shí)，光電池的輸出電流會(huì)隨之緩慢增加，由于OLED壽命測(cè)量是一個(gè)長(zhǎng)時(shí)間檢測(cè)的過程，在這一過程中的溫度變化對(duì)光電池輸出電流的改變很可能影響到對(duì)被測(cè)器件發(fā)光亮度的判斷。因此，采用LM3S1138自帶的溫度傳感器測(cè)量工作過程中的環(huán)境溫度，利用線性插值法判斷不同溫度下對(duì)應(yīng)的光測(cè)量電路/輸出電壓，用曲線擬合的方法建立特性曲線的數(shù)學(xué)模型，并將相應(yīng)的參數(shù)以線性表的形式存入內(nèi)存。
    實(shí)際測(cè)量過程中，當(dāng)環(huán)境溫度發(fā)生變化時(shí)，微處理器按照線性表查找對(duì)應(yīng)溫度的輸出電壓值，利用軟件方式實(shí)現(xiàn)對(duì)光測(cè)量電路輸出電壓的補(bǔ)償，改善了溫度變化對(duì)亮度測(cè)量結(jié)果的影響，提高了測(cè)量的準(zhǔn)確性。
3.5 按鍵與顯示
    按鍵電路用于設(shè)置檢測(cè)的電壓值和恒流值。包括五個(gè)開關(guān)按鍵，功能分別為“設(shè)置/確認(rèn)”、“參數(shù)選擇”、“光標(biāo)移位”、“加1”和“減1”。
    液晶顯示與提示電路包括LCD液晶顯示器和紅色發(fā)光二極管。液晶顯示器LM12864用于顯示設(shè)定的電壓值、設(shè)定的電流值、測(cè)試時(shí)間、當(dāng)前溫度及半衰期的值（半衰期沒有到時(shí)，顯示空白）。紅色發(fā)光二極管為工作過程提示信號(hào)燈，二極管的交替亮滅用于提示測(cè)試人員，表示測(cè)量是否結(jié)束。
4 軟件設(shè)計(jì)
    OLED壽命檢測(cè)儀的軟件主程序流程如圖5所示。

    如圖5所示，以單次測(cè)量為例，將被測(cè)有機(jī)電致發(fā)光二極管放置在一個(gè)光線密閉的測(cè)量裝置中，檢測(cè)儀上電，微處理器運(yùn)行初始化程序。通過外部鍵盤進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，微控制器對(duì)被測(cè)器件兩端施加給定的測(cè)試電壓值和測(cè)試電流值，并啟動(dòng)計(jì)時(shí)程序。測(cè)量過程中，利用液晶顯示器實(shí)時(shí)顯示給定參數(shù)及工作狀態(tài)；利用裝置內(nèi)的溫度傳感器獲取環(huán)境溫度的變化，軟件方式實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償；利用裝置內(nèi)的光電池獲取器件的發(fā)光強(qiáng)度，通過A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果判斷亮度衰減量。當(dāng)光強(qiáng)測(cè)量電路的輸出電壓值達(dá)到初始值的一半時(shí)，停止計(jì)時(shí)，顯示并保存被測(cè)器件的半衰期。若要對(duì)所測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行更為復(fù)雜的分析，則運(yùn)行串口通信程序?qū)?shù)據(jù)上傳至上位機(jī)PC中，否則，即完成一次測(cè)試過程。
    對(duì)被測(cè)OLED器件進(jìn)行壽命測(cè)試實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明，基于LM3S1138的OLED壽命檢測(cè)儀能夠調(diào)整施加在被測(cè)器件兩端的電壓和電流，針對(duì)不同規(guī)格的被測(cè)器件均能使其在規(guī)定的條件下正常工作，使用范圍廣；同時(shí)測(cè)量8個(gè)器件，大大縮短了測(cè)試時(shí)間，測(cè)試效率高；測(cè)試過程中使用溫度補(bǔ)償改善了溫度變化對(duì)亮度結(jié)果的影響，準(zhǔn)確性高。檢測(cè)儀操作簡(jiǎn)單、使用方便、效果顯著。
參考文獻(xiàn)
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