專利名稱：基于Howland電流泵的多路OLED壽命測試系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明屬于半導體器件檢測領域，具體地，涉及一種基于Howland電流泵的多路有機電致發(fā)光二極管(organic light emitting diode, 0LED)壽命測試系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著OLED產(chǎn)生工藝技術(shù)的不斷發(fā)展，以及OLED的發(fā)光效率的不斷提升，OLED在信息顯示和照明領域越來越得到廣泛的應用。而在OLED在商業(yè)化的過程，有三個關(guān)鍵的性能參數(shù)影響著產(chǎn)業(yè)化進度:發(fā)光效率、使用壽命和大批量生產(chǎn)時的成本。盡管現(xiàn)在OLED的效率已經(jīng)有很大的進步，但是使用壽命依然限制產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的一個重要因素。因此，進行OLED壽命測試、深入研究衰減機理和改進封裝工藝對推進OLED的產(chǎn)業(yè)化有著重要的意義。目前，專門用于OLED的壽命測試設備幾乎都是從國外進口，而且種類少，價格昂貴。而在國內(nèi)，有過兩篇關(guān)于OLED壽命測試系統(tǒng)的報道，但是都沒有詳細地闡述系統(tǒng)設計的細節(jié)，特別是關(guān)于測試系統(tǒng)中最關(guān)鍵的部分——高精度電流源的設計。另一方面，OLED壽命測試設備最終目的是為了估計待測器件在不同工作狀態(tài)下的壽命信息。但是目前無論是從國外進口的設備還是國內(nèi)有關(guān)報告中，只是單純得到器件單個點在特定工作狀態(tài)下的半衰期，不能估計待測器件不同工作狀態(tài)下的壽命信息。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于Howland電流泵的多路OLED壽命測試系統(tǒng)，其綜合了多種性能測試于一體，同時能實現(xiàn)多個樣片同時測量、數(shù)據(jù)實時顯示、儲存的功能，且操作簡單方便、精度高、設計成本低。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于Howland電流泵的多路OLED壽命測試系統(tǒng)，其包括下位機、上位機以及若干個OLED樣片固定盒，其中，所述下位機包括微控制器模塊、AD/DA模塊、電流泵模塊、信號處理及選擇模塊和串口 ；所述電流泵模塊、OLED樣片固定盒、信號處理及選擇模塊、AD/DA模塊、微控制器模塊、串口和上位機依次連接；所述AD/DA模塊再與所述電流泵模塊相連接。根據(jù)上述的基于Howland電流泵的多路OLED壽命測試系統(tǒng)，其中，還包括電源模塊，所述電源模塊分別與所述微控制器模塊、AD/DA模塊、電流泵模塊和信號處理及選擇模塊相連接。根據(jù)上述的基于Howland電流泵的多路OLED壽命測試系統(tǒng)，其中，所述OLED樣片固定盒中包括光電信號采集電路、OLED樣片固定插口以及與下位機的信號傳輸接口。根據(jù)上述的基于Howland電流泵的多路OLED壽命測試系統(tǒng)，其中，所述上位機的操作界面包括以下區(qū)域:串口通信參數(shù)設置區(qū)、啟動控制區(qū)、用戶信息設置區(qū)、數(shù)據(jù)設定與返回顯示區(qū)和圖形曲線顯示區(qū)。根據(jù)上述的基于Howland電流泵的多路OLED壽命測試系統(tǒng)，其中，所述AD/DA模塊中，DA部分與所述電流泵模塊相連接；AD部分與所述信號處理及選擇模塊相連接。
根據(jù)上述的基于Howland電流泵的多路OLED壽命測試系統(tǒng)，其中，所述信號處理及選擇模塊包括電流、電壓、光電信號轉(zhuǎn)換模塊、降壓跟隨模塊和多路選擇器。根據(jù)上述的基于Howland電流泵的多路OLED壽命測試系統(tǒng)，其中，所述電流泵模塊中，電路泵包括五個電阻以及三個運算放大器。因此，本發(fā)明的基于Howland電流泵的多路OLED壽命測試系統(tǒng)具有以下有益的技術(shù)效果:(I)采用模塊化的電路設計，集成了微控制器模塊、電流泵模塊、AD/DA模塊等，使得各模塊之間工作相對獨立，穩(wěn)定性較好；(2)本發(fā)明中電流泵模塊采用基于改進型的Howland電流泵設計，使得實際輸出的電流更加準確與穩(wěn)定；(3)本發(fā)明可以對一個OLED樣片上4個不同的點進行測試，這樣不但可以得到4個點不同電流下的半衰期，而且可以繪制出不同初始亮度下的半衰期，簡化了測試過程，而且可以通過單片機連接的上位機來設置不同的工作狀態(tài)，并可以通過上位機實時觀察待測樣片的狀態(tài)，使得操作更加簡單、方便；(4)降低了 OLED壽命測試的設備成本，只需要這樣一套設備即可以滿足OLED壽命測試的需要，有助于測試的小型化、智能化，使得整體成本明顯降低。


圖1為本發(fā)明的基于Howland電流泵的多路OLED壽命測試系統(tǒng)的三大部分的連接示意圖；圖2為本發(fā)明的基于Howland電流泵的多路OLED壽命測試系統(tǒng)的電路模塊框圖；圖3為本發(fā)明的基于Howland電流泵的多路OLED壽命測試系統(tǒng)的Howland電流栗電路圖；圖4為本發(fā)明的基于Howland電流泵的多路OLED壽命測試系統(tǒng)的微控制器模塊中單片機的工作流程圖；圖5為本發(fā)明的基于Howland電流泵的多路OLED壽命測試系統(tǒng)的上位機操作面板的外觀不意圖。
具體實施例方式以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明的構(gòu)思、具體結(jié)構(gòu)及產(chǎn)生的技術(shù)效果作進一步說明，以充分地了解本發(fā)明的目的、特征和效果?？紤]到設計的初衷:小型化、智能化，如圖1、圖2所示，本發(fā)明的基于Howland電流泵的多路OLED壽命測試系統(tǒng)主要由三大部分組成:下位機1、上位機2以及若干個OLED樣片固定盒3。上位機2和OLED樣片固定盒3分別與下位機I相連接。其中，OLED樣片固定盒3中包括光電信號采集電路、OLED樣片固定插口以及與下位機的信號傳輸接口。用于樣片檢測時，在一個密閉的環(huán)境下，OLED樣片固定盒3不受周圍環(huán)境光的影響，并通過串口信號傳輸線與下位機相連，電流泵的電流信號驅(qū)動OLED樣片，相應的光強信號返回到下位機。另外，OLED樣片固定盒3可以根據(jù)實際的需要同時連接多個OLED樣片固定盒，即可同時測試多個OLED樣片。在本實例設計同時測試4個OLED樣片的電路，每個樣片上可以同時測試4個不同點。上位機操作平臺2用于與下位機I的微控制器模塊4的通信和數(shù)據(jù)處理與顯示，傳輸控制命令于下位機1，并從下位機I中獲取相應的數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進行解碼，圖像化顯示和儲存。上位機操作平臺2是基于Labview的設計的應用軟件，其操作界面如圖5所示。整個操作界面可以分成5個區(qū)域:串口通信參數(shù)設置區(qū)、啟動控制區(qū)、用戶信息設置區(qū)、數(shù)據(jù)設定與返回顯示區(qū)和圖形曲線顯示區(qū)。其中串口通信參數(shù)設置區(qū)主要是對波特率、停止位、校驗位等基本串口通信的參數(shù)進行配置，使得上位機2能與微控制器模塊4正常的通信；啟動控制區(qū)主要是控制整個上位機操作平臺2的啟動和關(guān)閉以及某個OLED樣片測試的啟動與關(guān)閉；用戶信息設置區(qū)主要設置測試者的基本信息，以便于保存的文件易于識別；數(shù)據(jù)設定與返回顯示區(qū)主要是對OLED樣片的各個測試點的電流設置以及顯示返回過來的電壓、電流與相對光強數(shù)據(jù)；圖形曲線顯示區(qū)主要是圖形化的表示從開始測試到當前狀態(tài)下所有電壓、電流以及相對光強變化的趨勢，該區(qū)域的左上角有3個標簽:電壓曲線、電流曲線、相對亮度曲線，可以通過選擇不同的標簽查看不同數(shù)據(jù)的變化趨勢。在本實施例中，操作界面的最上方還有4個標簽:樣片1、樣片2、樣片3、樣片4，即可以同時對4個樣片進行測試。下位機I包括微控制器模塊4、AD/DA模塊5、電流泵模塊7、信號處理及選擇模塊
6、電源模塊8和串口 9。其中，電流泵模塊7、OLED樣片固定盒3、信號處理及選擇模塊6、AD/DA模塊5、微控制器模塊4、串口 9和上位機2依次連接；AD/DA模塊5再與電流泵模塊7相連接。微控制器模塊4用于與控制信號處理及選擇模塊6、AD/DA模塊5,獲取相應的待測OLED樣片的電壓、電流、光強等電信號，并對于這些數(shù)據(jù)信息進行編碼、處理，最后通過串口9發(fā)送至上位機2。本實例中微控制器模塊4采用PIC18系列的PIC18F4520單片機，其接收上位機2的命令信號，控制多路選擇器、AD/DA模塊5和獲取AD采集的電信號。AD/DA模塊5包括多片高精度的AD、DA芯片以及相應的參考電壓電路。在本實例中采用TI公司兩款8通道的16位AD/DA芯片，其中AD用于采集負載即OLED樣片的工作電壓、通過采樣電阻得到的實際電流和OLED發(fā)光時的光亮信號；DA用于精確輸出電壓信號控制基于Howland電流泵的恒流源輸出恒定的電流驅(qū)動OLED樣片。其中，AD/DA模塊5和微控制器模塊4、電流泵模塊7、信號處理及選擇模塊6連接，其中DA部分與電流泵模塊7連接，用于精確控制電流泵的電流輸出，AD部分與信號處理及選擇模塊6連接，用于采集處理后OLED不同電信號。電流泵模塊7采用基于改進型Howland電流泵電路設計，提供恒定的電流輸出，驅(qū)動OLED樣片。本發(fā)明中電流泵模塊可以根據(jù)需要，增加新的子模塊，這樣就可以滿足更多樣片的同時測試。其中，電流泵模塊7和信號處理及選擇模塊6與待測OLED樣片連接，其中電流泵模塊7為OLED樣片提供恒定、精度的驅(qū)動電流；信號處理及選擇模塊6對工作狀態(tài)下OLED樣片的電壓、電流、光強等信號進行處理和選擇。更進一步說明，圖3為改進型Howland電流泵的電路結(jié)構(gòu)圖，其包括Rl、R2、R3、R4、R5、以及3個精密運算放大器(U1A、U1B、U1C)?？梢酝ㄟ^控制UlB正向的輸入電壓，實現(xiàn)控制輸出電流大小的目的。同時，利用差分放大器直接取R3兩端的電壓，就可以知道實際流過OLED測試樣片點的電流為多少，這樣就可以知道每一支路的負載電壓、實際電流等信號。一般常見的壓控恒流源為并聯(lián)型的電流負反饋電路，但是這種電路的輸出電壓柔性
較差，且電壓輸出效率較低，這是因為采樣電阻會占用很大一部分電壓，并且常規(guī)的壓控電
流源電路不能做到一端接地，這也是并聯(lián)電流負反饋電路本身的缺陷。如圖3所示，本發(fā)明
采用改進型的Howland電流泵設計，運放UlB輸出端的電壓Vout分別通過兩個電壓跟隨器
UlA和UlC以及兩組電阻反饋網(wǎng)絡Rl、R2和R5、R4連接到運放UlB的負向和正向輸入端。
簡單分析其原理:運放UlB的輸出端電壓Vout通過電壓跟隨器UlA以及反饋電阻網(wǎng)絡Rl和
R2反饋到運放UlB的負向輸入端，電壓記為Vn，且因為運放兩輸入端的電壓保持一致，所以
有Vn=Vp=Vout*Rl/ (R1+R2)，其中Vp為運放UlB的正向輸入端電壓。而1ut= (Vout - V10) /
R3，其中VlO為運放UlC的正向輸入端的電壓，R3為采樣電阻，1ut為輸出電流。又因為運
放UlC在電路也是一個電壓跟隨器，因此V10=V8=(Vp-Vi)*(R4+R5)/R4+Vi，其中V8為運放
UlC的輸出器電壓，Vi為輸入電壓。因此，綜上可得:
權(quán)利要求
1.一種基于Howland電流泵的多路OLED壽命測試系統(tǒng)，其特征在于，包括下位機、上位機以及若干個OLED樣片固定盒，其中，所述下位機包括微控制器模塊、AD/DA模塊、電流泵模塊、信號處理及選擇模塊和串口 ；所述電流泵模塊、OLED樣片固定盒、信號處理及選擇模塊、AD/DA模塊、微控制器模塊、串口和上位機依次連接；所述AD/DA模塊再與所述電流泵模塊相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于Howland電流泵的多路OLED壽命測試系統(tǒng)，其特征在于，還包括電源模塊，所述電源模塊分別與所述微控制器模塊、AD/DA模塊、電流泵模塊和信號處理及選擇模塊相連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于Howland電流泵的多路OLED壽命測試系統(tǒng)，其特征在于，所述OLED樣片固定盒中包括光電信號采集電路、OLED樣片固定插口以及與下位機的信號傳輸接口。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于Howland電流泵的多路OLED壽命測試系統(tǒng)，其特征在于，所述上位機的操作界面包括以下區(qū)域:串口通信參數(shù)設置區(qū)、啟動控制區(qū)、用戶信息設置區(qū)、數(shù)據(jù)設定與返回顯示區(qū)和圖形曲線顯示區(qū)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于Howland電流泵的多路OLED壽命測試系統(tǒng)，其特征在于，所述AD/DA模塊中，DA部分與所述電流泵模塊相連接；AD部分與所述信號處理及選擇模塊相連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于Howland電流泵的多路OLED壽命測試系統(tǒng)，其特征在于，所述信號處理及選擇模塊包括電流、電壓、光電信號轉(zhuǎn)換模塊、降壓跟隨模塊和多路選擇器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于Howland電流泵的多路OLED壽命測試系統(tǒng)，其特征在于，所述電流泵模塊中，電路泵包括五個電阻以及三個運算放大器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于Howland電流泵的多路OLED壽命測試系統(tǒng)，其包括下位機、上位機以及若干個OLED樣片固定盒，其中，所述下位機包括微控制器模塊、AD/DA模塊、電流泵模塊、信號處理及選擇模塊和串口；所述電流泵模塊、OLED樣片固定盒、信號處理及選擇模塊、AD/DA模塊、微控制器模塊、串口和上位機依次連接；所述AD/DA模塊再與所述電流泵模塊相連接。本發(fā)明采用改進型的Howland電源泵設計，提供更加精確、穩(wěn)定的恒流輸出，結(jié)合基于Labview的上位機設計，使得整個系統(tǒng)操作更加簡單、便捷，同時支持多個樣片同時測試，返回的數(shù)據(jù)不僅可以得知樣片各個點的在某一恒定電流下的半衰期，而且還可以推算出在任一電流下的半衰期，使得測試效率大幅提高。
文檔編號G01R31/26GK103197224SQ201310140548
公開日2013年7月10日 申請日期2013年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月22日
發(fā)明者石鑫棟, 何谷峰 申請人:上海交通大學