专利名称：基于Howland电流泵的多路OLED寿命测试系统的制作方法
技术领域：
本发明属于半导体器件检测领域，具体地，涉及一种基于Howland电流泵的多路有机电致发光二极管(organic light emitting diode, 0LED)寿命测试系统。
背景技术：
随着OLED产生工艺技术的不断发展，以及OLED的发光效率的不断提升，OLED在信息显示和照明领域越来越得到广泛的应用。而在OLED在商业化的过程，有三个关键的性能参数影响着产业化进度:发光效率、使用寿命和大批量生产时的成本。尽管现在OLED的效率已经有很大的进步，但是使用寿命依然限制产业化发展的一个重要因素。因此，进行OLED寿命测试、深入研究衰减机理和改进封装工艺对推进OLED的产业化有着重要的意义。目前，专门用于OLED的寿命测试设备几乎都是从国外进口，而且种类少，价格昂贵。而在国内，有过两篇关于OLED寿命测试系统的报道，但是都没有详细地阐述系统设计的细节，特别是关于测试系统中最关键的部分——高精度电流源的设计。另一方面，OLED寿命测试设备最终目的是为了估计待测器件在不同工作状态下的寿命信息。但是目前无论是从国外进口的设备还是国内有关报告中，只是单纯得到器件单个点在特定工作状态下的半衰期，不能估计待测器件不同工作状态下的寿命信息。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种基于Howland电流泵的多路OLED寿命测试系统，其综合了多种性能测试于一体，同时能实现多个样片同时测量、数据实时显示、储存的功能，且操作简单方便、精度高、设计成本低。为实现上述目的，本发明提供了一种基于Howland电流泵的多路OLED寿命测试系统，其包括下位机、上位机以及若干个OLED样片固定盒，其中，所述下位机包括微控制器模块、AD/DA模块、电流泵模块、信号处理及选择模块和串口 ；所述电流泵模块、OLED样片固定盒、信号处理及选择模块、AD/DA模块、微控制器模块、串口和上位机依次连接；所述AD/DA模块再与所述电流泵模块相连接。根据上述的基于Howland电流泵的多路OLED寿命测试系统，其中，还包括电源模块，所述电源模块分别与所述微控制器模块、AD/DA模块、电流泵模块和信号处理及选择模块相连接。根据上述的基于Howland电流泵的多路OLED寿命测试系统，其中，所述OLED样片固定盒中包括光电信号采集电路、OLED样片固定插口以及与下位机的信号传输接口。根据上述的基于Howland电流泵的多路OLED寿命测试系统，其中，所述上位机的操作界面包括以下区域:串口通信参数设置区、启动控制区、用户信息设置区、数据设定与返回显示区和图形曲线显示区。根据上述的基于Howland电流泵的多路OLED寿命测试系统，其中，所述AD/DA模块中，DA部分与所述电流泵模块相连接；AD部分与所述信号处理及选择模块相连接。
根据上述的基于Howland电流泵的多路OLED寿命测试系统，其中，所述信号处理及选择模块包括电流、电压、光电信号转换模块、降压跟随模块和多路选择器。根据上述的基于Howland电流泵的多路OLED寿命测试系统，其中，所述电流泵模块中，电路泵包括五个电阻以及三个运算放大器。因此，本发明的基于Howland电流泵的多路OLED寿命测试系统具有以下有益的技术效果:(I)采用模块化的电路设计，集成了微控制器模块、电流泵模块、AD/DA模块等，使得各模块之间工作相对独立，稳定性较好；(2)本发明中电流泵模块采用基于改进型的Howland电流泵设计，使得实际输出的电流更加准确与稳定；(3)本发明可以对一个OLED样片上4个不同的点进行测试，这样不但可以得到4个点不同电流下的半衰期，而且可以绘制出不同初始亮度下的半衰期，简化了测试过程，而且可以通过单片机连接的上位机来设置不同的工作状态，并可以通过上位机实时观察待测样片的状态，使得操作更加简单、方便；(4)降低了 OLED寿命测试的设备成本，只需要这样一套设备即可以满足OLED寿命测试的需要，有助于测试的小型化、智能化，使得整体成本明显降低。
图1为本发明的基于Howland电流泵的多路OLED寿命测试系统的三大部分的连接示意图；图2为本发明的基于Howland电流泵的多路OLED寿命测试系统的电路模块框图；图3为本发明的基于Howland电流泵的多路OLED寿命测试系统的Howland电流栗电路图；图4为本发明的基于Howland电流泵的多路OLED寿命测试系统的微控制器模块中单片机的工作流程图；图5为本发明的基于Howland电流泵的多路OLED寿命测试系统的上位机操作面板的外观不意图。
具体实施例方式以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。考虑到设计的初衷:小型化、智能化，如图1、图2所示，本发明的基于Howland电流泵的多路OLED寿命测试系统主要由三大部分组成:下位机1、上位机2以及若干个OLED样片固定盒3。上位机2和OLED样片固定盒3分别与下位机I相连接。其中，OLED样片固定盒3中包括光电信号采集电路、OLED样片固定插口以及与下位机的信号传输接口。用于样片检测时，在一个密闭的环境下，OLED样片固定盒3不受周围环境光的影响，并通过串口信号传输线与下位机相连，电流泵的电流信号驱动OLED样片，相应的光强信号返回到下位机。另外，OLED样片固定盒3可以根据实际的需要同时连接多个OLED样片固定盒，即可同时测试多个OLED样片。在本实例设计同时测试4个OLED样片的电路，每个样片上可以同时测试4个不同点。上位机操作平台2用于与下位机I的微控制器模块4的通信和数据处理与显示，传输控制命令于下位机1，并从下位机I中获取相应的数据，并对数据进行解码，图像化显示和储存。上位机操作平台2是基于Labview的设计的应用软件，其操作界面如图5所示。整个操作界面可以分成5个区域:串口通信参数设置区、启动控制区、用户信息设置区、数据设定与返回显示区和图形曲线显示区。其中串口通信参数设置区主要是对波特率、停止位、校验位等基本串口通信的参数进行配置，使得上位机2能与微控制器模块4正常的通信；启动控制区主要是控制整个上位机操作平台2的启动和关闭以及某个OLED样片测试的启动与关闭；用户信息设置区主要设置测试者的基本信息，以便于保存的文件易于识别；数据设定与返回显示区主要是对OLED样片的各个测试点的电流设置以及显示返回过来的电压、电流与相对光强数据；图形曲线显示区主要是图形化的表示从开始测试到当前状态下所有电压、电流以及相对光强变化的趋势，该区域的左上角有3个标签:电压曲线、电流曲线、相对亮度曲线，可以通过选择不同的标签查看不同数据的变化趋势。在本实施例中，操作界面的最上方还有4个标签:样片1、样片2、样片3、样片4，即可以同时对4个样片进行测试。下位机I包括微控制器模块4、AD/DA模块5、电流泵模块7、信号处理及选择模块
6、电源模块8和串口 9。其中，电流泵模块7、OLED样片固定盒3、信号处理及选择模块6、AD/DA模块5、微控制器模块4、串口 9和上位机2依次连接；AD/DA模块5再与电流泵模块7相连接。微控制器模块4用于与控制信号处理及选择模块6、AD/DA模块5,获取相应的待测OLED样片的电压、电流、光强等电信号，并对于这些数据信息进行编码、处理，最后通过串口9发送至上位机2。本实例中微控制器模块4采用PIC18系列的PIC18F4520单片机，其接收上位机2的命令信号，控制多路选择器、AD/DA模块5和获取AD采集的电信号。AD/DA模块5包括多片高精度的AD、DA芯片以及相应的参考电压电路。在本实例中采用TI公司两款8通道的16位AD/DA芯片，其中AD用于采集负载即OLED样片的工作电压、通过采样电阻得到的实际电流和OLED发光时的光亮信号；DA用于精确输出电压信号控制基于Howland电流泵的恒流源输出恒定的电流驱动OLED样片。其中，AD/DA模块5和微控制器模块4、电流泵模块7、信号处理及选择模块6连接，其中DA部分与电流泵模块7连接，用于精确控制电流泵的电流输出，AD部分与信号处理及选择模块6连接，用于采集处理后OLED不同电信号。电流泵模块7采用基于改进型Howland电流泵电路设计，提供恒定的电流输出，驱动OLED样片。本发明中电流泵模块可以根据需要，增加新的子模块，这样就可以满足更多样片的同时测试。其中，电流泵模块7和信号处理及选择模块6与待测OLED样片连接，其中电流泵模块7为OLED样片提供恒定、精度的驱动电流；信号处理及选择模块6对工作状态下OLED样片的电压、电流、光强等信号进行处理和选择。更进一步说明，图3为改进型Howland电流泵的电路结构图，其包括Rl、R2、R3、R4、R5、以及3个精密运算放大器(U1A、U1B、U1C)。可以通过控制UlB正向的输入电压，实现控制输出电流大小的目的。同时，利用差分放大器直接取R3两端的电压，就可以知道实际流过OLED测试样片点的电流为多少，这样就可以知道每一支路的负载电压、实际电流等信号。一般常见的压控恒流源为并联型的电流负反馈电路，但是这种电路的输出电压柔性
较差，且电压输出效率较低，这是因为采样电阻会占用很大一部分电压，并且常规的压控电
流源电路不能做到一端接地，这也是并联电流负反馈电路本身的缺陷。如图3所示，本发明
采用改进型的Howland电流泵设计，运放UlB输出端的电压Vout分别通过两个电压跟随器
UlA和UlC以及两组电阻反馈网络Rl、R2和R5、R4连接到运放UlB的负向和正向输入端。
简单分析其原理:运放UlB的输出端电压Vout通过电压跟随器UlA以及反馈电阻网络Rl和
R2反馈到运放UlB的负向输入端，电压记为Vn，且因为运放两输入端的电压保持一致，所以
有Vn=Vp=Vout*Rl/ (R1+R2)，其中Vp为运放UlB的正向输入端电压。而1ut= (Vout - V10) /
R3，其中VlO为运放UlC的正向输入端的电压，R3为采样电阻，1ut为输出电流。又因为运
放UlC在电路也是一个电压跟随器，因此V10=V8=(Vp-Vi)*(R4+R5)/R4+Vi，其中V8为运放
UlC的输出器电压，Vi为输入电压。因此，综上可得:
权利要求
1.一种基于Howland电流泵的多路OLED寿命测试系统，其特征在于，包括下位机、上位机以及若干个OLED样片固定盒，其中，所述下位机包括微控制器模块、AD/DA模块、电流泵模块、信号处理及选择模块和串口 ；所述电流泵模块、OLED样片固定盒、信号处理及选择模块、AD/DA模块、微控制器模块、串口和上位机依次连接；所述AD/DA模块再与所述电流泵模块相连接。
2.根据权利要求1所述的基于Howland电流泵的多路OLED寿命测试系统，其特征在于，还包括电源模块，所述电源模块分别与所述微控制器模块、AD/DA模块、电流泵模块和信号处理及选择模块相连接。
3.根据权利要求1所述的基于Howland电流泵的多路OLED寿命测试系统，其特征在于，所述OLED样片固定盒中包括光电信号采集电路、OLED样片固定插口以及与下位机的信号传输接口。
4.根据权利要求1所述的基于Howland电流泵的多路OLED寿命测试系统，其特征在于，所述上位机的操作界面包括以下区域:串口通信参数设置区、启动控制区、用户信息设置区、数据设定与返回显示区和图形曲线显示区。
5.根据权利要求1所述的基于Howland电流泵的多路OLED寿命测试系统，其特征在于，所述AD/DA模块中，DA部分与所述电流泵模块相连接；AD部分与所述信号处理及选择模块相连接。
6.根据权利要求1所述的基于Howland电流泵的多路OLED寿命测试系统，其特征在于，所述信号处理及选择模块包括电流、电压、光电信号转换模块、降压跟随模块和多路选择器。
7.根据权利要求1所述的基于Howland电流泵的多路OLED寿命测试系统，其特征在于，所述电流泵模块中，电路泵包括五个电阻以及三个运算放大器。
全文摘要
本发明公开了一种基于Howland电流泵的多路OLED寿命测试系统，其包括下位机、上位机以及若干个OLED样片固定盒，其中，所述下位机包括微控制器模块、AD/DA模块、电流泵模块、信号处理及选择模块和串口；所述电流泵模块、OLED样片固定盒、信号处理及选择模块、AD/DA模块、微控制器模块、串口和上位机依次连接；所述AD/DA模块再与所述电流泵模块相连接。本发明采用改进型的Howland电源泵设计，提供更加精确、稳定的恒流输出，结合基于Labview的上位机设计，使得整个系统操作更加简单、便捷，同时支持多个样片同时测试，返回的数据不仅可以得知样片各个点的在某一恒定电流下的半衰期，而且还可以推算出在任一电流下的半衰期，使得测试效率大幅提高。
文档编号G01R31/26GK103197224SQ201310140548
公开日2013年7月10日 申请日期2013年4月22日 优先权日2013年4月22日
发明者石鑫栋, 何谷峰 申请人:上海交通大学