王璐薇1，張方輝2

　?。兾骺萍即髮W電氣與信息工程學院，陜西 西安 710021）

        摘要：為了方便研究OLED器件的光電特性，設計了一套能夠自動、同步測量OLED器件的電壓、電流、亮度、光譜、色坐標、溫度等特性的綜合測試系統(tǒng)。該系統(tǒng)基于非接觸式測溫方法，以計算機、PR655型光譜亮度計、Keithley2400電流電壓測試儀、自制的紅外測溫模塊、暗箱、光學導軌、載物臺等為硬件，以LabVIEW為軟件開發(fā)平臺，通過計算機程序控制測量儀器對OLED器件進行測量，利用光譜亮度計對器件的發(fā)光性能進行測量，利用單片機和紅外測溫傳感器對器件的溫度進行測量，利用可編程電源為器件測試提供穩(wěn)壓/穩(wěn)流電源，并將采集到的數據發(fā)送給計算機，進行數據處理、數據列表和曲線顯示，最終保存數據。最后，利用該系統(tǒng)對自主研發(fā)的OLED器件進行測試，通過對測試結果進行分析，表明該測試系統(tǒng)具有綜合性強、精確度高、操作簡單、軟件擴展性好、測量效率高等優(yōu)點，實現了對OLED器件各項性能的自動化測試，并已經實際應用到多個研究單位。

　　關鍵詞：自動測試系統(tǒng)；LabVIEW；光電性能；OLED；非接觸式溫度檢測

　　中圖分類號：O433.1文獻標識碼：ADOI： 10.19358/j.issn.16747720.2016.24.003

　　引用格式：王璐薇，張方輝. 采用LabVIEW編程的OLED光電性能綜合測試系統(tǒng)［J］.微型機與應用，2016,35（24）：8-11，15.

0引言

　　有機電致發(fā)光器件（Organic LightEmitting Diode，OLED）因具有主動發(fā)光、全固態(tài)、能耗低、超薄、響應快、對比度高等優(yōu)點，在照明和信息顯示等領域發(fā)揮著越來越重要的作用［1］。在OLED器件的研究過程中，器件的電壓、電流、亮度、光譜、色坐標等參數，可以作為評價OLED器件性能好壞的重要依據，因此開發(fā)一種智能化、綜合性的光電特性自動測試系統(tǒng)是非常必要的。目前使用的測試系統(tǒng)在實際構建和應用中主要存在以下問題：采用分立設備手動測量的方式，效率低且容易出現人為誤差；不能同時測量OLED器件的各項光電特性；以微控制器為核心的測試系統(tǒng)電路復雜、編程效率低，系統(tǒng)構建難度較大；需要編寫繁雜的程序代碼。

　　針對以上問題，本文設計了一套光電性能綜合測試系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用LabVIEW作為開發(fā)工具，由于它采用圖形化的編程語言，提供了實現儀器編程和數據采集系統(tǒng)的便捷途徑［2］。本系統(tǒng)可以完成OLED器件的電壓、電流、亮度、光譜、色坐標、溫度等特性的集成測試，實現了對OLED器件各項性能的自動化測試，具有綜合性強、精確度高、操作簡單、軟件擴展性好、測量效率高等優(yōu)點。

1測量系統(tǒng)的硬件設計

　　為了能夠同時測量OLED器件的I-V-L、溫度、亮度等特性，需要電壓源、溫度計、光譜亮度計的協調工作，本系統(tǒng)將PR655型光譜亮度計、Keithley2400型電源、自制的紅外測溫模塊等組成硬件系統(tǒng)，如圖1所示。

　　本系統(tǒng)選用美國Keithley公司的Keithley2400型電源作為測量OLED電壓電流特性的儀器，其主要指標為:直流電壓輸出范圍0～200 V，電流輸出范圍0～1 A［3］。本系統(tǒng)采用Agilent公司生產的Agilent 82357B型GPIB卡，該卡使用標準USB和IEEE488接口，能簡便地連接計算機與通用源表［4］。

　　系統(tǒng)測量光譜采用美國PHOTO RESEARCH公司的PR655型光譜亮度計，儀器出廠時已通過相應的校準系數校準光譜數據。

　　紅外溫度傳感器選用凌陽科技公司生產的TN9紅外測溫傳感器，具有回應速度快、測量精度高、測量范圍廣以及可同時測量目標溫度和環(huán)境溫度的特點，傳感器的測量結果出廠時已通過相應的校準系數校準。其主要性能：測溫范圍為－33℃～+220℃；固有測溫誤差為0.7℃；測試距離與待測物體的直徑比為1∶1［5］。采用宏晶科技推出的STC15F104W單片機作為數據處理芯片，具有超強抗干擾、高速、低功耗的特點, 其主要性能為：Flash存儲器為4 KB, 具有高精度R/C時鐘［6］。

2測量系統(tǒng)的軟件設計

　　采用LabVIEW編程的OLED光電性能綜合測試系統(tǒng)具有友好的人機界面，操作簡單。此系統(tǒng)可工作于電壓和電流兩種不同的測試模式，在不同的模式下，用戶可以設置相關測量參數。在此界面，可以查看不同的選項卡，在自定義選項卡中，用戶可以根據自己的需要，分別為橫坐標和縱坐標選擇相應的特性參數，能實時繪制出相應的特性曲線，這樣的設計簡化了操作界面的復雜度。在以往光譜比較選項卡中，可以對不同器件的測試結果進行對比。系統(tǒng)可以同時測量OLED器件的電壓、電流、亮度、光譜、色坐標、溫度等特性參數，并且具備實時采集、分析與直觀顯示數據的功能。還具備快速數據定位功能，在每一次測試完成之后，用戶只需要拖動圖像區(qū)域的十字游標到圖像的任意一點，即可迅速定位到游標顯示區(qū)域所在點的當前測量值，方便對測試數據的快速分析。

　　2.1電源控制輸出模塊

　　計算機與Keithley2400間的通信是通過GPIB來實現的，電源控制輸出模塊程序的設計流程是：首先給出Keithley2400通信接口的地址，然后開啟遠程模式，根據用戶選擇的電源工作模式，對Keithley2400進行初始化設置，之后開啟GPIB通道，等待紅外測溫模塊和PR55測量完成后，利用VISA寫入控件向電源端口寫入返回實際輸出電壓值和電流值的指令，再利用VISA讀取控件讀取實際輸出的電壓值和電流值，之后如果沒有接收到結束測量的命令，則需要將采集到的電壓和電流值與最大設定值做比較，若沒有超過最大設定值，則進入下一輪數據采集，反之則結束測量。圖2所示為電源控制流程圖。

　　2.2光譜亮度計數據采集模塊

　　計算機與PR655間的通信是通過RS-232來實現的，光譜亮度計數據采集模塊程序的設計流程是：首先清除光譜存儲數組內容，根據用戶對測量參數的設定，對PR655進行初始化設置，然后由PR655對OLED的光譜數據進行采集；接著需要從PR655中讀取測量的光譜數據，先通過VISA寫入控件向PR655端口發(fā)送讀取光譜數據的指令，再利用VISA讀取控件讀取返回的字符串數據；最后利用截取字符串控件對采集的字符串數據進行處理，得到亮度、色坐標等光譜數據，并同時將它們存放到不同的數組中。圖3所示為光譜亮度計數據采集模塊流程圖。

　　2.3溫度采集模塊

　　計算機與紅外測溫模塊間的通信是通過串口來實現的。在溫度采集模塊的通信程序中，首先通過VISA寫入控件向紅外測溫模塊端口寫入返回溫度數據的指令，等待300 ms后，再用VISA讀取控件讀取5 B的返回數據，讀取的溫度字符串是“TXX.X”的形式，所以需要用截取字符串控件將溫度值從讀取的字符串中截取出來，并存放到數組中。溫度采集模塊流程圖如圖4所示?！　?/p>

　　2.4數據的處理、顯示和保存模塊

　　數據處理模塊利用乘法運算器和除法運算器根據運算關系進行連接，完成電流密度、電流效率和功率效率等特性參數的計算。數據顯示和保存模塊主要利用電子表格控件和XY圖形控件，完成數據的實時顯示與保存以及特性曲線的繪制與顯示功能。

3測量系統(tǒng)的總體設計

　　該測量系統(tǒng)由PR655型光譜亮度計、Keithley2400型電源、自制的紅外測溫模塊、暗箱、黑色圓管、光學測量導軌、夾具、載物臺和計算機構成，其位置關系如圖5所示。暗箱的中間有一個圓孔，圓孔與黑色圓管同心，且其直徑比黑色圓管橫截面的大2%~5%；黑色圓管氣密性很好，管子內壁為黑色，且不能發(fā)光；暗箱與黑色圓管、光學測量導軌和夾具連接保證暗室黑暗環(huán)境，可避免外界光源的干擾；黑色圓管與PR655用夾具固定連接在光學測量導軌上，然后將PR655鏡頭中心的高度調整到與黑色圓管中心高度一致；載物臺位于暗箱內，可以調節(jié)其上下及左右方向的位置；支架固定在載物臺上，支架中間有一個圓孔，其直徑比紅外溫度傳感器的探頭大2%,紅外溫度傳感器的探頭直徑為1.1 cm,使探頭剛好卡在這個圓孔中，并保持測試距離小于待測器件的直徑（D∶S=1∶1）；將待測器件固定在支架上，紅外溫度傳感器的探頭位于器件后面；將PR655、Keithley2400、自制的紅外測溫模塊與計算機連接在一起。

4測量系統(tǒng)的應用

　　用真空蒸鍍的方法在ITO透明導電玻璃基板上制備紅光磷光OLED器件，采用的器件結構為ITO/V2O5(20 nm)/NPB(40 nm)/TCTA(10 nm)/CBP:R4B(6%)(30 nm)/BCP(10 nm)/Alq3(30 nm)/LiF(1 nm)/Al(100 nm)，當金屬陰極蒸鍍完成后，將蒸鍍好的器件通過機械手傳送至氮氣手套箱內，最后用環(huán)氧樹脂紫外固化包封。使用本系統(tǒng)對此結構的OLED器件進行了電流密度電壓發(fā)光亮度、電流效率電流密度、溫度以及電致發(fā)光光譜的測試,測試結果及分析如圖6所示。

　　圖6(a)所示為器件的亮度電壓電流密度特性曲線圖，從圖中可以看出，器件啟亮電壓為3 V(3.6 cd/m2), 發(fā)光亮度隨著電壓的增加呈現非線性指數增加的趨勢，當電壓為12 V時，最高亮度可達11 520 cd/m2；器件在低電場強度下表現出很好的二極管整流效應，在驅動電壓較低（小于6 V）情況下，電流密度隨著電壓的增加以近似于線性的方式緩慢增加，當電壓繼續(xù)增大時，電流密度呈非線性指數增加，說明器件有很好的光電性質。圖6(b)所示為器件的電流效率電流密度功率地效率特性曲線圖，從圖中可以看出，器件的電流效率和功率效率隨電流密度的變化趨勢基本相同，且效率滾降比較平緩，說明器件有很好的穩(wěn)定性。圖6(c)所示為器件在12 V下的電致發(fā)射光譜曲線，從圖中可以看到，當驅動電壓為12 V時，器件的光譜峰值處于616 nm附近，即來自R4B的特征發(fā)光，說明在主體CBP和客體R4B之間有著很好的能級匹配并進行了高效的能量傳遞。圖7(d)所示為器件的電壓溫度電流密度特性曲線圖，從圖中可以看出，器件的溫度隨著電壓的增加而升高，但溫度波動不大。

　　測量結果表明，本系統(tǒng)可以準確地對OLED器件進行參數測量，并且具有綜合性強、精確度高、操作簡單、軟件擴展性好、測量效率高等優(yōu)點，對實驗室OLED器件參數測量具有實用價值。

5結論

　　本文使用LabVIEW 2013開發(fā)工具，將多臺數據采集設備、電源和計算機有機地結合在一起，開發(fā)了一套OLED器件光電性能綜合測試系統(tǒng)。本系統(tǒng)測試軟件界面簡潔，功能豐富，可以實時、同步、精確、高效地測量發(fā)光器件和顯示器件的電壓、電流、亮度、光譜、色坐標、溫度等特性參數，并且具備實時采集、分析與直觀顯示數據的功能。同時采用非接觸式測溫的方法可以不受環(huán)境溫度的影響且不需要機械接觸被測器件，便可快速地測量器件的表面溫度，具有回應速度快、測量精度高、測量范圍廣的特點。本課題組已經在研究不同OLED器件的性能方面做了大量的研究和實驗工作，并獲得很多非常好的實驗結果，通過實際使用證實了測試系統(tǒng)具有較高的穩(wěn)定性和可靠性。系統(tǒng)后續(xù)開發(fā)將可以實現多方位的角度控制，可以測量OLED器件在不同方位的發(fā)光性能。

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