CN101881808A - 一种有机电致发光二极管寿命检测仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种有机电致发光二极管寿命检测仪，包括微处理器、显示与提示电路、参数设置电路、数据存储电路、时基电路、温度测量电路、通信接口电路、数控电压输出电路、数控恒流源电路和测量电路。数控电压输出电路向被测二极管提供电压，数控恒流源电路向被测二极管提供恒流源；测量电路与被测二极管连接以测量被测二极管的电压和发光强度。本发明不仅提供可调的电压，同时也提供了在设定电压下的恒流输出特性，通过外部键盘设置电压值和恒流值，并通过检测电路进行测量和调整，提供了稳定的测试电压和电流，提高了测量的准确性。另外本发明可以测量被测样品的环境温度，这样在要求高精度测量的情况下，可以利用温度对亮度测量结果进行校正。

Description

一种有机电致发光二极管寿命检测仪

技术领域

本发明属于有机电致发光二极管检测领域，涉及一种检测仪，尤其是一种对有机电致发光二极管进行寿命检测的检测仪。

背景技术

OLED显示器件是一种响应速度快、无视角的发光器件，但同时它也是一种有机物，存在着老化及使用寿命等问题，因此使用寿命成为制约OLED的关键因素。在OLED显示器件的研制过程中，对其寿命的测量是表征器件性能的重要指标。目前，用于OLED寿命测量的仪器种类很少，实验室、工厂使用的操作也十分不便，还没有一种功能比较完整的对有机电致发光器件的寿命进行自动测试的装置。现有技术中种类很少的OLED寿命测量仪器，可以对被测量器件提供测量电压，或者只能提供固定的恒流输出。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种有机电致发光二极管寿命检测仪，该检测仪可以按照测试的不同要求，即可调整施加到被测器件两端的电压，又可以在特定电压下提供可调的恒流输出，并且该检测仪还可以测量环境温度，能够满足适合于对不同器件的测量要求。

本发明是通过以下技术方案来解决的：这种有机电致发光二极管寿命检测仪，包括微处理器、显示与提示电路、参数设置电路、数据存储电路、时基电路、温度测量电路、通信接口电路、数控电压输出电路、数控恒流源电路和测量电路，所述微处理器分别与显示与提示电路、参数设置电路、数据存储电路、时基电路、温度测量电路和通信接口电路连接，所述数控电压输出电路和数控恒流源电路分别通过D/A转换电路与微处理器连接，所述测量电路通过A/D转换电路与微处理器连接，所述数控恒流源电路还与测量电路连接；所述数控电压输出电路向被测二极管提供电压，数控恒流源电路向被测二极管提供恒流源；所述测量电路与被测二极管连接以测量被测二极管的电压和发光强度。

上述微处理器是LM3S1138。

进一步的，以上所述LM3S1138中的数据存储器作为数据存储电路；以LM3S1138中自带的内部温度传感器作为温度测量电路。

上述显示与提示电路包括LCD液晶显示器和红色发光二极管；所述LCD液晶显示器的型号为LM12864。

上述数控电压输出电路包括第一数模转换器、第一至六电阻、第一、二运算放大器、第二、三电解电容和第一三极管；第一数模转换器为DAC7513，其Vd端同时连接到第二、三电解电容的一端，输出端Vout接连接到第一、四电阻，所述第四电阻的另一端接地，第一电阻的另一端接第一运算放大器的同相输入端，第一运算放大器的反相输入端连接第五电阻后接地，第一运算放大器的反相输入端同时经第六电阻与第一运算放大器的输出端相连，第一运算放大器的输出端经第二电阻接入第二运算放大器的同相输入端，电源电压从第一三极管的集电极输入，由第一三极管的发射极输出后经第三电阻接第二运算放大器的反相输入端，第二运算放大器的输出端接第一三极管的基极。

上述数控恒流源电路包括第二数模转换器、第七、九、十电阻、第三运算放大器、第四、五电解电容和第二三极管；所述第二数模转换器为DAC7513，其Vd端接第四、五电解电容，第二数模转换器的输出端Vout接第十电阻，第十电阻的另一端接地，第二数模转换器的输出端Vout还连接第三运算放大器的同相输入端，第三运算放大器的反相输入端连接第二三极管的源极后经第九电阻接地，第三运算放大器的输出端经第七电阻接入第二三极管的栅极，第二三极管的漏极连接被测OLED元件；所述第二三极管是IRLZ24N。

在上述测量电路上连接被测OLED元件，所述测量电路包括光电池、第八、十一、十三电阻、第四、五、六运算放大器、第六、七电容和可变变阻器，所述光电池置于被测二极管附近，光电池的一端接地，另一端连接到第六运算放大器的反相输入端，第六运算放大器的同相输入端接地，第六运算放大器的反相输入端和输出端之间分别接第十三电阻和第七电容，所述第六运算放大器的输出端连接第十二电阻后接到第五运算放大器的反相输入端，第五、六运算放大器的同相输入端均接地，第五运算放大器的反相输入端和输出端之间分别连接第六电容和可变电阻，所述可变电阻还串联有第十一电阻，第五运算放大器的输出端接微处理器；所述被测OLED元件的一端连电源和第一电容后接地，另一端通过第八电阻接第四运算放大器的同相输入端，第四运算放大器的反相输入端和输出端相连后接入微处理器的ADC0端。

进一步，以上所述第一、二运算放大器、第三运算放大器、第四、五、六运算放大器均为LM324。

本发明具有以下有益效果：本发明的电路不仅提供了可调的电压，同时也提供了在设定电压下的恒流输出特性，通过外部键盘设置电压值和恒流值，并通过检测电路进行测量和调整，提供了稳定的测试电压和电流，提高了测量的准确性。另外本发明可以测量被测样品的环境温度，这样在要求高精度测量的情况下，可以利用温度对亮度测量结果进行校正。

附图说明

图1为本发明的原理框图；图2为本发明涉及数控电压输出电路1、数控恒流源电路2和测量电路3的电路图；图3为本发明的显示与提示电路；图4为本发明的参数设置电路。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：图1是本发明的有机电致发光二极管寿命检测仪的各部分连接框图，如图中所示：该检测仪包括微处理器、显示与提示电路、参数设置电路、数据存储电路、时基电路、温度测量电路、通信接口电路、数控电压输出电路1、数控恒流源电路2和测量电路3。其中微处理器分别与显示与提示电路、参数设置电路、数据存储电路、时基电路、温度测量电路和通信接口电路连接。数控电压输出电路1和数控恒流源电路2分别通过D/A转换电路与微处理器连接。测量电路3通过A/D转换电路与微处理器连接，数控恒流源电路2还与测量电路3连接。

本发明的微处理器用于数据采集、数据计算、信号控制、信号传送、温度测量、数模转换等功能。数控电压输出电路1向被测二极管提供电压，数控恒流源电路2向被测二极管提供恒流源。测量电路3与被测二极管连接以测量被测二极管的电压和发光强度。数据存储电路用于对所测量的数据进行暂时的存储，再通过通信接口电路传送到上位机。本发明的温度测量电路主要功能是测量0℃～100℃的环境温度。通信接口电路主要用于微处理器向PC机传送测量数据，通过MAX485接口实现。

以下结合图2对图1本发明中具有创新之处的三部分电路的连接关系做进一步详细描述：数控电压输出电路1：数控电压输出电路1包括第一数模转换器U1、第一至六电阻R1-R6、第一、二运算放大器U2A、U2B、第二、三电解电容C2、C3和第一三极管Q1；第一数模转换器U1为DAC7513，其Vd端同时连接到第二、三电解电容C2、C3的一端，输出端Vout接连接到第一、四电阻R1、R4，所述第四电阻R4的另一端接地，第一电阻R1的另一端接第一运算放大器U2A的同相输入端，第一运算放大器U2A的反相输入端连接第五电阻R5后接地，第一运算放大器U2A的反相输入端同时经第六电阻R6与第一运算放大器U2A的输出端相连，第一运算放大器U2A的输出端经第二电阻R2接入第二运算放大器U2B的同相输入端，电源电压从第一三极管Q1的集电极输入，由第一三极管Q1的发射极输出后经第三电阻R3接第二运算放大器U2B的反相输入端，第二运算放大器U2B的输出端接第一三极管Q1的基极。该电路用于提供数控的可调电压。通过设定所需的电压，经微处理器以数字量形式输出，由D/A转换为模拟量电压值，该输出电压通过U2A放大电路输入到U2B的同相端，由于运放U2B的反相端与同相端电压相同，因此，Q1的射极输出的电压即为给定的电压。

数控恒流源电路2：数控恒流源电路2包括第二数模转换器U4，第七、九、十电阻R7、R9、R10，第三运算放大器U2C，第四、五电解电容C4、C5和第二三极管Q2。第二数模转换器U4为DAC7513，其Vd端接第四、五电解电容C4、C5，第二数模转换器U4的输出端Vout接第十电阻R10，第十电阻R10的另一端接地，第二数模转换器U4的输出端Vout还连接第三运算放大器U2C的同相输入端，第三运算放大器U2C的反相输入端连接第二三极管Q2的源极后经第九电阻R9接地，第三运算放大器U2C的输出端经第七电阻R7接入第二三极管Q2的栅极，第二三极管Q2的漏极连接接被测OLED元件；所述第二三极管Q2是IRLZ24N。该电路用于提供数控的恒流源，点亮被测量的发光器件。通过设定所需的电流，经微处理器以数字量形式输出，由D/A转换为模拟量电压值，该电压输入U2C同相端，由于反相端与同相端电压相等，实际输入的电流即为反相端输出电压与R9的比值，将该电流通过Q2漏极输出提供给被测OLED，等效于在被测OLED上加入给定数值的恒流源。

测量电路3：在测量电路3上连接被测OLED元件，测量电路3包括光电池、第八、十一、十三电阻R8、R11、R13，第四、五、六运算放大器U2D、U3A、U3B，第六、七电容C6、C7，第一电容C1和可变变阻器W，所述光电池置于被测二极管附近，光电池的一端接地，另一端连接到第六运算放大器U3B的反相输入端，第六运算放大器U3B的同相输入端接地，第六运算放大器U3B的反相输入端和输出端之间分别接第十三电阻R13和第七电容C7，所述第六运算放大器U3B的输出端连接第十二电阻R12后接到第五运算放大器U3A的反相输入端，第五、六运算放大器U3A、U3B的同相输入端均接地，第五运算放大器U3A的反相输入端和输出端之间分别连接第六电容C6和可变电阻W，所述可变电阻W还串联有第十一电阻R11，第五运算放大器U3A的输出端接微处理器；所述被测OLED元件的一端连电源和第一电容C1后接地，另一端通过第八电阻R8接第四运算放大器U2D的同相输入端，第四运算放大器U2D的反相输入端和输出端相连后接入微处理器的ADC0端。该电路包括光测量电路和电压测量反馈电路两部分。光测量电路用于测量光电池的电流，由于光电池的输出电流很小，电路中还需要对微弱的电流信号进行放大，再经过微处理器LM3S1138中10位分辨率的A/D转换器转换，将转换后的数字信号送入到微处理器中进行运算，判断光电池中光电流值是否衰减到了原来值的一半。电压测量反馈电路用于调整加到被测OLED上的输出电压，实际电压为设定电压和反馈电压之和，从而提高了测量的准确性。

显示与提示电路：本发明的显示与提示电路如图3所示，该电路包括LCD液晶显示器和红色发光二极管；所述LCD液晶显示器的型号为LM12864。LM12864的CS、SLD、SCLK管脚分别与LM3S1138的P0.1、P0.2、P0.3管脚连接；LM12864的NC管脚通电阻R1连接到VCC；LM12864的VDD管脚直接连接到VCC上，LM12864的VSS管脚接地。该液晶显示器带有汉字字库且可采用串行方式进行数据传输，其可显示五行汉字，第一行显示设定的电压值，第二行显示设定的电流值，第三行显示测试时间，第四行显示当前温度，第五行显示半衰期的值(半衰期没有到时，显示空白)。

红色发光二极管的正极端通过电阻R2连接到VCC上，其负极端连接到LM3S1138的P0.0管脚。红色发光二极管的交替亮灭提示测试人员，表示测量是否结束。

参数设置电路：参见图4，参数设置电路包括五个开关键S1、S2、S3、S4、S5，这S1、S2、S3、S4、S5的一端分别通过五个电阻R1、R2、R3、R4、R5、连接到VCC上，五个开关键的另一端均接地。如图所示，该五个开关键还通过74HC30和74HC132连接到LM3S1138的INT0管脚，另外五个开关键还分别连接到LM3S1138的P1.0、P1.1、P1.2、P1.3、P1.4管脚上。其中五个开关键的功能如下：S1为“设置/确认”按键，S2为“参数选择”按键，S3为“移位”按键，S4为“加1”按键，S5为“减1”按键。当第一次按下S1键，光标在需要设定的电压/电流的高位值处闪烁，进入设置状态；此时，用S2键在电压和电流设置两项中进行切换选择；用S3、S4、S5键输入设定电压与设定电流的值，设定哪一个数位的值时，光标就在哪一个数位上闪烁；再次按下S1键，光标消失，退出设置状态，进入测试工作状态。

本发明的较优方案中，以上提到的第一、二运算放大器U2A、U2B，第三运算放大器U2C，第四、五、六运算放大器U2D、U3A、U3B均选用LM324。微处理器选择LM3S1138，其中将LM3S1138中的数据存储器作为数据存储电路，其中SRAM容量为16K、Flash容量为64K。将LM3S1138中自带的内部温度传感器作为温度测量电路。本发明的时基电路采用时基芯片DS1302涓流充电时钟保持芯片，产生精准的秒脉冲时间信号，微处理器LM3S1138对秒脉冲信号进行计数，以提高对时间的测量精度。也可以采用LM3S1138中的内部定时功能进行计时。本发明的温度测量电路采用LM3S1138自带的内部温度传感器，可测范围为-55℃～125℃，具有良好的线性和精度。

本发明的检测过程和工作原理如下：将被测有机电致发光二极管放置在一个光线密闭的测量容器中，在被测二极管两端正向施加给定电压，提供恒流驱动，所提供的恒流值可提前设定；在测量容器中装有波长范围为380nm～800nm的光电池，用于测量被测有机电致发光二极管的发光亮度；在容器中还装有温度测量传感器，可测出测量容器内的环境温度；测量容器内的所有连线通过连线端子实现与外部测量仪器的连接；测量仪器再通过通讯连线到计算机，实现测量数据的实时上传功能。

由于测量有机电致发光器件的寿命可通过测量其半衰期实现，因此需要测量被测发光器件的起始亮度和起始时间t₀、还需测量被测发光器件亮度衰减到1/2起始亮度时所用的时间t₁，半衰期T_B表达式为：T_B＝t₁-t₀在较恒定温度下，光电池输出电流I与照射到光电池的光强度B成线性关系。设被测发光器件起始亮度下照射到光电池的光强度为B₀(可用仪器标定)，光电池输出电流为I₀；任一时刻被测发光器件照射到光电池的光强度为Bi，光电池输出电流为Ii。则有： $\frac{B_0}{I_0}=\frac{B_i}{I_i}$ 任意时刻光电池的光强度可近似为： $B_i=\frac{B_0}{I_0}{I}_i$ 当

(被测发光器件亮度衰减一半)时， $I_i=\frac{1}{2}{I}_0$ 上述公式表明：被测发光器件亮度衰减一半，光电池电流I₀衰减一半。因此，只需测出光电池由初始值电流I₀衰减到一半时所用的时间，就得到了被测量器件的半衰期。

温度校正原理：采用热敏电阻法，采用热敏电阻作为电流-电压转换器的反馈电阻的一部分。当环境温度升高时，光电池输出电流增加，反馈电阻采用负温度系数的MF系列热敏电阻，温度升高，因而反馈电阻下降，使输出电压维持稳定。

可以根据测试需要设定测试时需要施加的电压和电流，满足不同有机电致发光二极管的测试要求；可自动测试被测器件的半衰期，可自动保存测试结果；被测数据可上传至PC机，用于数据分析；可与PC机分离，独立使用；功能操作方便简单；成本较低，结构简单。

在被测发光器件两端施加给定的测试电压值，同时也提供设定的测试电流值，并启动计时功能。发光器件在恒定电压和电流的驱动下发光，随着时间的延续，发光强度会逐渐减弱。利用光电池测量被测发光器件的发光强度，当测出的亮度表明为原发光亮度的1/2值(亮度衰减一半)时，停止计时，此时的计时时间为被测器件的半衰期，即作为被测器件发光寿命的指标参数。

综上所述，本专利申请发明的电路不仅提供了可调的电压，同时也提供了在设定电压下的恒流输出特性，通过外部键盘设置电压值和恒流值，并通过检测电路进行测量和调整，提供了稳定的测试电压和电流，提高了测量的准确性。另外温度也是影响亮度测量结果的一个重要参数，所以，本发明可以测量被测样品的环境温度，这样在要求高精度测量的情况下，可以利用温度对亮度测量结果进行校正。

Claims (8)

1.一种有机电致发光二极管寿命检测仪，包括微处理器、显示与提示电路、参数设置电路、数据存储电路、时基电路、温度测量电路和通信接口电路，其特征在于：还包括有数控电压输出电路(1)、数控恒流源电路(2)和测量电路(3)，所述微处理器分别与显示与提示电路、参数设置电路、数据存储电路、时基电路、温度测量电路和通信接口电路连接，所述数控电压输出电路(1)和数控恒流源电路(2)分别通过D/A转换电路与微处理器连接，所述测量电路(3)通过A/D转换电路与微处理器连接，所述数控恒流源电路(2)还与测量电路(3)连接；所述数控电压输出电路(1)向被测二极管提供电压，数控恒流源电路(2)向被测二极管提供恒流源；所述测量电路(3)与被测二极管连接以测量被测二极管的电压和发光强度。

2.根据权利要求1所述的有机电致发光二极管寿命检测仪，其特征在于：所述微处理器是LM3S1138。

3.根据权利要求2所述的有机电致发光二极管寿命检测仪，其特征在于：所述LM3S1138中的数据存储器作为数据存储电路；以LM3S1138中自带的内部温度传感器作为温度测量电路。

4.根据权利要求1所述的有机电致发光二极管寿命检测仪，其特征在于：所述显示与提示电路包括LCD液晶显示器和红色发光二极管；所述LCD液晶显示器的型号为LM12864。

5.根据权利要求1所述的有机电致发光二极管寿命检测仪，其特征在于：所述数控电压输出电路(1)包括第一数模转换器(U1)、第一至六电阻(R1-R6)、第一、二运算放大器(U2A、U2B)、第二、三电解电容(C2、C3)和第一三极管(Q1)；第一数模转换器(U1)为DAC7513，其Vd端同时连接到第二、三电解电容(C2、C3)的一端，输出端Vout接连接到第一、四电阻(R1、R4)，所述第四电阻(R4)的另一端接地，第一电阻(R1)的另一端接第一运算放大器(U2A)的同相输入端，第一运算放大器(U2A)的反相输入端连接第五电阻(R5)后接地，第一运算放大器(U2A)的反相输入端同时经第六电阻(R6)与第一运算放大器(U2A)的输出端相连，第一运算放大器(U2A)的输出端经第二电阻(R2)接入第二运算放大器(U2B)的同相输入端，电源电压从第一三极管(Q1)的集电极输入，由第一三极管(Q1)的发射极输出后经第三电阻(R3)接第二运算放大器(U2B)的反相输入端，第二运算放大器(U2B)的输出端接第一三极管(Q1)的基极。

6.根据权利要求1所述的有机电致发光二极管寿命检测仪，其特征在于：所述数控恒流源电路(2)包括第二数模转换器(U4)、第七、九、十电阻(R7、R9、R10)、第三运算放大器(U2C)、第四、五电解电容(C4、C5)和第二三极管(Q2)；所述第二数模转换器(U4)为DAC7513，其Vd端接第四、五电解电容(C4、C5)，第二数模转换器(U4)的输出端Vout接第十电阻(R10)，第十电阻(R10)的另一端接地，第二数模转换器(U4)的输出端Vout还连接第三运算放大器(U2C)的同相输入端，第三运算放大器(U2C)的反相输入端连接第二三极管(Q2)的源极后经第九电阻(R9)接地，第三运算放大器(U2C)的输出端经第七电阻(R7)接入第二三极管(Q2)的栅极，第二三极管(Q2)的漏极连接被测OLED元件；所述第二三极管(Q2)是IRLZ24N。

7.根据权利要求1所述的有机电致发光二极管寿命检测仪，其特征在于：在测量电路(3)上连接被测OLED元件，所述测量电路(3)包括光电池、第八、十一、十三电阻(R8、R11、R13)、第四、五、六运算放大器(U2D、U3A、U3B)、第六、七电容(C6、C7)、第一电容(C1)和可变变阻器(W)，所述光电池置于被测二极管附近，光电池的一端接地，另一端连接到第六运算放大器(U3B)的反相输入端，第六运算放大器(U3B)的同相输入端接地，第六运算放大器(U3B)的反相输入端和输出端之间分别接第十三电阻(R13)和第七电容(C7)，所述第六运算放大器(U3B)的输出端连接第十二电阻(R12)后接到第五运算放大器(U3A)的反相输入端，第五、六运算放大器(U3A、U3B)的同相输入端均接地，第五运算放大器(U3A)的反相输入端和输出端之间分别连接第六电容(C6)和可变电阻(W)，所述可变电阻(W)还串联有第十一电阻(R11)，第五运算放大器(U3A)的输出端接微处理器；所述被测OLED元件的一端连电源和第一电容(C1)后接地，另一端通过第八电阻(R8)接第四运算放大器(U2D)的同相输入端，第四运算放大器(U2D)的反相输入端和输出端相连后接入微处理器的ADC0端。

8.根据权利要求5、6或7所述的有机电致发光二极管寿命检测仪，其特征在于：所述第一、二运算放大器(U2A、U2B)、第三运算放大器(U2C)、第四、五、六运算放大器(U2D、U3A、U3B)均为LM324。

Images