一種有機電致發光二極體壽命檢測儀的製作方法

2023-08-02 07:24:46

專利名稱：一種有機電致發光二極體壽命檢測儀的製作方法
技術領域：
本發明屬於有機電致發光二極體檢測領域，涉及一種檢測儀，尤其是一種對有機 電致發光二極體進行壽命檢測的檢測儀。
背景技術：
0LED顯示器件是一種響應速度快、無視角的發光器件，但同時它也是一種有機物， 存在著老化及使用壽命等問題，因此使用壽命成為制約0LED的關鍵因素。在0LED顯示器 件的研製過程中，對其壽命的測量是表徵器件性能的重要指標。目前，用於0LED壽命測量 的儀器種類很少，實驗室、工廠使用的操作也十分不便，還沒有一種功能比較完整的對有機 電致發光器件的壽命進行自動測試的裝置。現有技術中種類很少的0LED壽命測量儀器，可 以對被測量器件提供測量電壓，或者只能提供固定的恆流輸出。

發明內容
本發明的目的在於克服上述現有技術的缺點，提供一種有機電致發光二極體壽命 檢測儀，該檢測儀可以按照測試的不同要求，即可調整施加到被測器件兩端的電壓，又可以 在特定電壓下提供可調的恆流輸出，並且該檢測儀還可以測量環境溫度，能夠滿足適合於 對不同器件的測量要求。本發明是通過以下技術方案來解決的這種有機電致發光二極體壽命檢測儀，包 括微處理器、顯示與提示電路、參數設置電路、數據存儲電路、時基電路、溫度測量電路、通 信接口電路、數控電壓輸出電路、數控恆流源電路和測量電路，所述微處理器分別與顯示與 提示電路、參數設置電路、數據存儲電路、時基電路、溫度測量電路和通信接口電路連接，所 述數控電壓輸出電路和數控恆流源電路分別通過D/A轉換電路與微處理器連接，所述測量 電路通過A/D轉換電路與微處理器連接，所述數控恆流源電路還與測量電路連接；所述數 控電壓輸出電路向被測二極體提供電壓，數控恆流源電路向被測二極體提供恆流源；所述 測量電路與被測二極體連接以測量被測二極體的電壓和發光強度。上述微處理器是LM3S1138。進一步的，以上所述LM3S1138中的數據存儲器作為數據存儲電路；以LM3S1138中 自帶的內部溫度傳感器作為溫度測量電路。上述顯示與提示電路包括IXD液晶顯示器和紅色發光二極體；所述IXD液晶顯示 器的型號為LM12864。上述數控電壓輸出電路包括第一數模轉換器、第一至六電阻、第一、二運算放大 器、第二、三電解電容和第一三極體；第一數模轉換器為DAC7513，其Vd端同時連接到第二、 三電解電容的一端，輸出端Vout接連接到第一、四電阻，所述第四電阻的另一端接地，第一 電阻的另一端接第一運算放大器的同相輸入端，第一運算放大器的反相輸入端連接第五電阻後接地，第一運算放大器的反相輸入端同時經第六電阻與第一運算放大器的輸出端相 連，第一運算放大器的輸出端經第二電阻接入第二運算放大器的同相輸入端，電源電壓從 第一三極體的集電極輸入，由第一三極體的發射極輸出後經第三電阻接第二運算放大器的 反相輸入端，第二運算放大器的輸出端接第一三極體的基極。上述數控恆流源電路包括第二數模轉換器、第七、九、十電阻、第三運算放大器、第 四、五電解電容和第二三極體；所述第二數模轉換器為DAC7513，其Vd端接第四、五電解電 容，第二數模轉換器的輸出端Vout接第十電阻，第十電阻的另一端接地，第二數模轉換器 的輸出端Vout還連接第三運算放大器的同相輸入端，第三運算放大器的反相輸入端連接 第二三極體的源極後經第九電阻接地，第三運算放大器的輸出端經第七電阻接入第二三極 管的柵極，第二三極體的漏極連接被測0LED元件；所述第二三極體是IRLZ24N。在上述測量電路上連接被測0LED元件，所述測量電路包括光電池、第八、十一、 十三電阻、第四、五、六運算放大器、第六、七電容和可變變阻器，所述光電池置於被測二極 管附近，光電池的一端接地，另一端連接到第六運算放大器的反相輸入端，第六運算放大器 的同相輸入端接地，第六運算放大器的反相輸入端和輸出端之間分別接第十三電阻和第七 電容，所述第六運算放大器的輸出端連接第十二電阻後接到第五運算放大器的反相輸入 端，第五、六運算放大器的同相輸入端均接地，第五運算放大器的反相輸入端和輸出端之間 分別連接第六電容和可變電阻，所述可變電阻還串聯有第十一電阻，第五運算放大器的輸 出端接微處理器；所述被測0LED元件的一端連電源和第一電容後接地，另一端通過第八電 阻接第四運算放大器的同相輸入端，第四運算放大器的反相輸入端和輸出端相連後接入微 處理器的ADC0端。進一步，以上所述第一、二運算放大器、第三運算放大器、第四、五、六運算放大器 均為LM324。本發明具有以下有益效果本發明的電路不僅提供了可調的電壓，同時也提供了 在設定電壓下的恆流輸出特性，通過外部鍵盤設置電壓值和恆流值，並通過檢測電路進行 測量和調整，提供了穩定的測試電壓和電流，提高了測量的準確性。另外本發明可以測量被 測樣品的環境溫度，這樣在要求高精度測量的情況下，可以利用溫度對亮度測量結果進行 校正。


圖1為本發明的原理框圖；圖2為本發明涉及數控電壓輸出電路1、數控恆流源電 路2和測量電路3的電路圖；圖3為本發明的顯示與提示電路；圖4為本發明的參數設置電路。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明做進一步詳細描述圖1是本發明的有機電致發光二極體 壽命檢測儀的各部分連接框圖，如圖中所示該檢測儀包括微處理器、顯示與提示電路、參 數設置電路、數據存儲電路、時基電路、溫度測量電路、通信接口電路、數控電壓輸出電路1、 數控恆流源電路2和測量電路3。其中微處理器分別與顯示與提示電路、參數設置電路、數 據存儲電路、時基電路、溫度測量電路和通信接口電路連接。數控電壓輸出電路1和數控恆流源電路2分別通過D/A轉換電路與微處理器連接。測量電路3通過A/D轉換電路與微處 理器連接，數控恆流源電路2還與測量電路3連接。本發明的微處理器用於數據採集、數據計算、信號控制、信號傳送、溫度測量、數模 轉換等功能。數控電壓輸出電路1向被測二極體提供電壓，數控恆流源電路2向被測二極 管提供恆流源。測量電路3與被測二極體連接以測量被測二極體的電壓和發光強度。數據 存儲電路用於對所測量的數據進行暫時的存儲，再通過通信接口電路傳送到上位機。本發 明的溫度測量電路主要功能是測量0°C 100°C的環境溫度。通信接口電路主要用於微處 理器向PC機傳送測量數據，通過MAX485接口實現。以下結合圖2對圖1本發明中具有創新之處的三部分電路的連接關係做進一步詳 細描述數控電壓輸出電路1 數控電壓輸出電路1包括第一數模轉換器U1、第一至六電阻 R1-R6、第一、二運算放大器U2A、U2B、第二、三電解電容C2、C3和第一三極體Q1 ；第一數模轉 換器U1為DAC7513，其Vd端同時連接到第二、三電解電容C2、C3的一端，輸出端Vout接連 接到第一、四電阻Rl、R4，所述第四電阻R4的另一端接地，第一電阻R1的另一端接第一運 算放大器U2A的同相輸入端，第一運算放大器U2A的反相輸入端連接第五電阻R5後接地， 第一運算放大器U2A的反相輸入端同時經第六電阻R6與第一運算放大器U2A的輸出端相 連，第一運算放大器U2A的輸出端經第二電阻R2接入第二運算放大器U2B的同相輸入端， 電源電壓從第一三極體Q1的集電極輸入，由第一三極體Q1的發射極輸出後經第三電阻R3 接第二運算放大器U2B的反相輸入端，第二運算放大器U2B的輸出端接第一三極體Q1的基 極。該電路用於提供數控的可調電壓。通過設定所需的電壓，經微處理器以數字量形式輸 出，由D/A轉換為模擬量電壓值，該輸出電壓通過U2A放大電路輸入到U2B的同相端，由於 運放U2B的反相端與同相端電壓相同，因此，Q1的射極輸出的電壓即為給定的電壓。數控恆流源電路2 數控恆流源電路2包括第二數模轉換器U4，第七、九、十電阻 R7、R9、R10，第三運算放大器U2C，第四、五電解電容C4、C5和第二三極體Q2。第二數模轉換 器U4為DAC7513，其Vd端接第四、五電解電容C4、C5，第二數模轉換器U4的輸出端Vout接 第十電阻R10，第十電阻R10的另一端接地，第二數模轉換器U4的輸出端Vout還連接第三 運算放大器U2C的同相輸入端，第三運算放大器U2C的反相輸入端連接第二三極體Q2的源 極後經第九電阻R9接地，第三運算放大器U2C的輸出端經第七電阻R7接入第二三極體Q2 的柵極，第二三極體Q2的漏極連接接被測0LED元件；所述第二三極體Q2是IRLZ24N。該 電路用於提供數控的恆流源，點亮被測量的發光器件。通過設定所需的電流，經微處理器以 數字量形式輸出，由D/A轉換為模擬量電壓值，該電壓輸入U2C同相端，由於反相端與同相 端電壓相等，實際輸入的電流即為反相端輸出電壓與R9的比值，將該電流通過Q2漏極輸出 提供給被測0LED，等效於在被測0LED上加入給定數值的恆流源。測量電路3 在測量電路3上連接被測0LED元件，測量電路3包括光電池、第八、 i^一、十三電阻R8、R11、R13，第四、五、六運算放大器似0、詘々、詘8，第六、七電容〔6、〔7，第 一電容C1和可變變阻器W，所述光電池置於被測二極體附近，光電池的一端接地，另一端連 接到第六運算放大器U3B的反相輸入端，第六運算放大器U3B的同相輸入端接地，第六運算 放大器U3B的反相輸入端和輸出端之間分別接第十三電阻R13和第七電容C7，所述第六運 算放大器U3B的輸出端連接第十二電阻R12後接到第五運算放大器U3A的反相輸入端，第 五、六運算放大器U3A、U3B的同相輸入端均接地，第五運算放大器U3A的反相輸入端和輸出端之間分別連接第六電容C6和可變電阻W，所述可變電阻W還串聯有第十一電阻R11，第五 運算放大器U3A的輸出端接微處理器；所述被測0LED元件的一端連電源和第一電容C1後 接地，另一端通過第八電阻R8接第四運算放大器U2D的同相輸入端，第四運算放大器U2D 的反相輸入端和輸出端相連後接入微處理器的ADC0端。該電路包括光測量電路和電壓測 量反饋電路兩部分。光測量電路用於測量光電池的電流，由於光電池的輸出電流很小，電路 中還需要對微弱的電流信號進行放大，再經過微處理器LM3S1138中10位解析度的A/D轉 換器轉換，將轉換後的數位訊號送入到微處理器中進行運算，判斷光電池中光電流值是否 衰減到了原來值的一半。電壓測量反饋電路用於調整加到被測0LED上的輸出電壓，實際電 壓為設定電壓和反饋電壓之和，從而提高了測量的準確性。顯示與提示電路本發明的顯示與提示電路如圖3所示，該電路包括LCD液晶顯示 器和紅色發光二極體；所述LCD液晶顯示器的型號為LM12864。LM12864的CS、SLD、SCLK 管腳分別與LM3S1138的P0. 1、P0. 2、P0. 3管腳連接；LM12864的NC管腳通電阻R1連接到 VCC ；LM12864的VDD管腳直接連接到VCC上，LM12864的VSS管腳接地。該液晶顯示器帶有 漢字字庫且可採用串行方式進行數據傳輸，其可顯示五行漢字，第一行顯示設定的電壓值， 第二行顯示設定的電流值，第三行顯示測試時間，第四行顯示當前溫度，第五行顯示半衰期 的值(半衰期沒有到時，顯示空白)。紅色發光二極體的正極端通過電阻R2連接到VCC上，其負極端連接到LM3S1138 的P0. 0管腳。紅色發光二極體的交替亮滅提示測試人員，表示測量是否結束。參數設置電路參見圖4，參數設置電路包括五個開關鍵31、52、53、54、55，這31、 S2、S3、S4、S5的一端分別通過五個電阻Rl、R2、R3、R4、R5、連接到VCC上，五個開關鍵的另 一端均接地。如圖所示，該五個開關鍵還通過74HC30和74HC132連接到LM3S1138的INTO 管腳，另外五個開關鍵還分別連接到LM3S1138的P1.0、P1. 1、P1. 2、P1. 3、P1. 4管腳上。其 中五個開關鍵的功能如下S1為「設置/確認」按鍵，S2為「參數選擇」按鍵，S3為「移位」 按鍵，S4為「加1」按鍵，S5為「減1」按鍵。當第一次按下S1鍵，光標在需要設定的電壓 /電流的高位值處閃爍，進入設置狀態；此時，用S2鍵在電壓和電流設置兩項中進行切換選 擇；用S3、S4、S5鍵輸入設定電壓與設定電流的值，設定哪一個數位的值時，光標就在哪一 個數位上閃爍；再次按下S1鍵，光標消失，退出設置狀態，進入測試工作狀態。本發明的較優方案中，以上提到的第一、二運算放大器U2A、U2B，第三運算放大器 U2C，第四、五、六運算放大器U2D、U3A、U3B均選用LM324。微處理器選擇LM3S1138，其中將 LM3S1138中的數據存儲器作為數據存儲電路，其中SRAM容量為16K、Flash容量為64K。將 LM3S1138中自帶的內部溫度傳感器作為溫度測量電路。本發明的時基電路採用時基晶片 DS1302涓流充電時鐘保持晶片，產生精準的秒脈衝時間信號，微處理器LM3S1138對秒脈衝 信號進行計數，以提高對時間的測量精度。也可以採用LM3S1138中的內部定時功能進行 計時。本發明的溫度測量電路採用LM3S1138自帶的內部溫度傳感器，可測範圍為_55°C 125°C，具有良好的線性和精度。本發明的檢測過程和工作原理如下將被測有機電致發光二極體放置在一個光線 密閉的測量容器中，在被測二極體兩端正向施加給定電壓，提供恆流驅動，所提供的恆流值 可提前設定；在測量容器中裝有波長範圍為380nm 800nm的光電池，用於測量被測有機電 致發光二極體的發光亮度；在容器中還裝有溫度測量傳感器，可測出測量容器內的環境溫度；測量容器內的所有連線通過連線端子實現與外部測量儀器的連接；測量儀器再通過通 訊連線到計算機，實現測量數據的實時上傳功能。由於測量有機電致發光器件的壽命可通過測量其半衰期實現，因此需要測量被測
發光器件的起始亮度和起始時間、、還需測量被測發光器件亮度衰減到1/2起始亮度時所
用的時間、，半衰期Tb表達式為Tb = trt0在較恆定溫度下，光電池輸出電流I與照射
到光電池的光強度B成線性關係。設被測發光器件起始亮度下照射到光電池的光強度為
BJ可用儀器標定)，光電池輸出電流為h ；任一時刻被測發光器件照射到光電池的光強度
B0 B,Bn
為Bi，光電池輸出電流為Ii。則有「^二〒任意時刻光電池的光強度可近似為闢=十h
當為札(被測發光器件亮度衰減一半)時，^ = 1、！述公式表明被測發光器件亮度
衰減一半，光電池電流Io衰減一半。因此，只需測出光電池由初始值電流Io衰減到一半時 所用的時間，就得到了被測量器件的半衰期。溫度校正原理採用熱敏電阻法，採用熱敏電阻作為電流_電壓轉換器的反饋電 阻的一部分。當環境溫度升高時，光電池輸出電流增加，反饋電阻採用負溫度係數的MF系 列熱敏電阻，溫度升高，因而反饋電阻下降，使輸出電壓維持穩定。可以根據測試需要設定測試時需要施加的電壓和電流，滿足不同有機電致發光二 極管的測試要求；可自動測試被測器件的半衰期，可自動保存測試結果；被測數據可上傳 至PC機，用於數據分析；可與PC機分離，獨立使用；功能操作方便簡單；成本較低，結構簡在被測發光器件兩端施加給定的測試電壓值，同時也提供設定的測試電流值，並 啟動計時功能。發光器件在恆定電壓和電流的驅動下發光，隨著時間的延續，發光強度會逐 漸減弱。利用光電池測量被測發光器件的發光強度，當測出的亮度表明為原發光亮度的1/2 值(亮度衰減一半)時，停止計時，此時的計時時間為被測器件的半衰期，即作為被測器件 發光壽命的指標參數。綜上所述，本專利申請發明的電路不僅提供了可調的電壓，同時也提供了在設定 電壓下的恆流輸出特性，通過外部鍵盤設置電壓值和恆流值，並通過檢測電路進行測量和 調整，提供了穩定的測試電壓和電流，提高了測量的準確性。另外溫度也是影響亮度測量結 果的一個重要參數，所以，本發明可以測量被測樣品的環境溫度，這樣在要求高精度測量的 情況下，可以利用溫度對亮度測量結果進行校正。
權利要求
一種有機電致發光二極體壽命檢測儀，包括微處理器、顯示與提示電路、參數設置電路、數據存儲電路、時基電路、溫度測量電路和通信接口電路，其特徵在於還包括有數控電壓輸出電路(1)、數控恆流源電路(2)和測量電路(3)，所述微處理器分別與顯示與提示電路、參數設置電路、數據存儲電路、時基電路、溫度測量電路和通信接口電路連接，所述數控電壓輸出電路(1)和數控恆流源電路(2)分別通過D/A轉換電路與微處理器連接，所述測量電路(3)通過A/D轉換電路與微處理器連接，所述數控恆流源電路(2)還與測量電路(3)連接；所述數控電壓輸出電路(1)向被測二極體提供電壓，數控恆流源電路(2)向被測二極體提供恆流源；所述測量電路(3)與被測二極體連接以測量被測二極體的電壓和發光強度。
2.根據權利要求1所述的有機電致發光二極體壽命檢測儀，其特徵在於所述微處理 器是 LM3S1138。
3.根據權利要求2所述的有機電致發光二極體壽命檢測儀，其特徵在於所述 LM3S1138中的數據存儲器作為數據存儲電路；以LM3S1138中自帶的內部溫度傳感器作為 溫度測量電路。
4.根據權利要求1所述的有機電致發光二極體壽命檢測儀，其特徵在於所述顯示與 提示電路包括IXD液晶顯示器和紅色發光二極體；所述IXD液晶顯示器的型號為LM12864。
5.根據權利要求1所述的有機電致發光二極體壽命檢測儀，其特徵在於所述數控 電壓輸出電路(1)包括第一數模轉換器(U1)、第一至六電阻(R1-R6)、第一、二運算放大 器(U2A、U2B)、第二、三電解電容(C2、C3)和第一三極體(Q1)；第一數模轉換器(U1)為 DAC7513，其Vd端同時連接到第二、三電解電容(C2、C3)的一端，輸出端Vout接連接到第 一、四電阻(R1、R4)，所述第四電阻(R4)的另一端接地，第一電阻(R1)的另一端接第一運算 放大器(U2A)的同相輸入端，第一運算放大器(U2A)的反相輸入端連接第五電阻(R5)後接 地，第一運算放大器(U2A)的反相輸入端同時經第六電阻(R6)與第一運算放大器(U2A)的 輸出端相連，第一運算放大器(U2A)的輸出端經第二電阻(R2)接入第二運算放大器(U2B) 的同相輸入端，電源電壓從第一三極體(Q1)的集電極輸入，由第一三極體(Q1)的發射極輸 出後經第三電阻(R3)接第二運算放大器(U2B)的反相輸入端，第二運算放大器(U2B)的輸 出端接第一三極體(Q1)的基極。
6.根據權利要求1所述的有機電致發光二極體壽命檢測儀，其特徵在於所述數控 恆流源電路(2)包括第二數模轉換器(U4)、第七、九、十電阻(R7、R9、R10)、第三運算放 大器(U2C)、第四、五電解電容(C4、C5)和第二三極體(Q2)；所述第二數模轉換器(U4)為 DAC7513，其Vd端接第四、五電解電容(C4、C5)，第二數模轉換器(U4)的輸出端Vout接第 十電阻(R10)，第十電阻(R10)的另一端接地，第二數模轉換器(U4)的輸出端Vout還連接 第三運算放大器(U2C)的同相輸入端，第三運算放大器(U2C)的反相輸入端連接第二三極 管(Q2)的源極後經第九電阻(R9)接地，第三運算放大器(U2C)的輸出端經第七電阻(R7) 接入第二三極體(Q2)的柵極，第二三極體(Q2)的漏極連接被測0LED元件；所述第二三極 管(Q2)是 IRLZ24N。
7.根據權利要求1所述的有機電致發光二極體壽命檢測儀，其特徵在於在測量電路 (3)上連接被測0LED元件，所述測量電路(3)包括光電池、第八、十一、十三電阻(R8、R11、 R13)、第四、五、六運算放大器(U2D、U3A、U3B)、第六、七電容(C6、C7)、第一電容(C1)和可變變阻器(W)，所述光電池置於被測二極體附近，光電池的一端接地，另一端連接到第六運 算放大器(U3B)的反相輸入端，第六運算放大器(U3B)的同相輸入端接地，第六運算放大器 (U3B)的反相輸入端和輸出端之間分別接第十三電阻(R13)和第七電容(C7)，所述第六運 算放大器(U3B)的輸出端連接第十二電阻(R12)後接到第五運算放大器(U3A)的反相輸入 端，第五、六運算放大器(U3A、U3B)的同相輸入端均接地，第五運算放大器(U3A)的反相輸 入端和輸出端之間分別連接第六電容(C6)和可變電阻(W)，所述可變電阻(W)還串聯有第 十一電阻(R11)，第五運算放大器(U3A)的輸出端接微處理器；所述被測0LED元件的一端 連電源和第一電容(C1)後接地，另一端通過第八電阻(R8)接第四運算放大器(U2D)的同 相輸入端，第四運算放大器(U2D)的反相輸入端和輸出端相連後接入微處理器的ADC0端。
8.根據權利要求5、6或7所述的有機電致發光二極體壽命檢測儀，其特徵在於所述 第一、二運算放大器(U2A、U2B)、第三運算放大器(U2C)、第四、五、六運算放大器(U2D、U3A、 U3B)均為 LM324。
全文摘要
本發明公開了一種有機電致發光二極體壽命檢測儀，包括微處理器、顯示與提示電路、參數設置電路、數據存儲電路、時基電路、溫度測量電路、通信接口電路、數控電壓輸出電路、數控恆流源電路和測量電路。數控電壓輸出電路向被測二極體提供電壓，數控恆流源電路向被測二極體提供恆流源；測量電路與被測二極體連接以測量被測二極體的電壓和發光強度。本發明不僅提供可調的電壓，同時也提供了在設定電壓下的恆流輸出特性，通過外部鍵盤設置電壓值和恆流值，並通過檢測電路進行測量和調整，提供了穩定的測試電壓和電流，提高了測量的準確性。另外本發明可以測量被測樣品的環境溫度，這樣在要求高精度測量的情況下，可以利用溫度對亮度測量結果進行校正。
文檔編號G01R31/26GK101881808SQ20101021051
公開日2010年11月10日 申請日期2010年6月28日 優先權日2010年6月28日
發明者黨宏社, 張方輝, 張芳, 張震強 申請人:陝西科技大學