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。該系統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壓/穩流電源，并將采集到的數據發送給計算機，進行數據處理、數據列表和曲線顯示，最終保存數據。最后，利用該系統對自主研發的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；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［J］.微型機與應用，2016,35（24）：8-11，15.

0引言

　　有機電致發光器件（Organic LightEmitting Diode，OLED）因具有主動發光、全固態、能耗低、超薄、響應快、對比度高等優點，在照明和信息顯示等領域發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，因此開發一種智能化、綜合性的光電特性自動測試系統是非常必要的。目前使用的測試系統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電路復雜、編程效率低，系統構建難度較大；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，該系統使用LabVIEW作為開發工具，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的便捷途徑［2］。本系統可以完成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、測量效率高等優點。

1測量系統的硬件設計

　　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，如圖1所示。

　　本系統選用美國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測量系統的軟件設計

　　采用LabVIEW編程的OLED光電性能綜合測試系統具有友好的人機界面，操作簡單。此系統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測量系統的總體設計

　　該測量系統由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，最后用環氧樹脂紫外固化包封。使用本系統對此結構的OLED器件進行了電流密度電壓發光亮度、電流效率電流密度、溫度以及電致發光光譜的測試,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定性。圖6(c)所示為器件在12 V下的電致發射光譜曲線，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，開發了一套OLED器件光電性能綜合測試系統。本系統測試軟件界面簡潔，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具有較高的穩定性和可靠性。系統后續開發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光性能。

　　參考文獻

　?。?］ 余樹褔，胡典鋼，王堅，等. 多通道 OLED 器件壽命分析測試系統研制［J］.液晶與顯示，2011，26(4): 533537.

　?。?］ 馬雪雪，王春阜，吳為敬，等. 基于LabVIEW 的AMOLED 顯示屏測試系統［J］. 液晶與顯示，2014，29（5）:734738.

　　［3］ 謝印忠，張保洲. OLED自動測量系統的研究［J］.微計算機信息，2009(34):2021，28.

　?。?］ 羅光坤，張令彌，王彤. 基于GPIB接口的儀器與計算機之間的通訊［J］.儀器儀表學報，2006，27（6）:635637.

　　［5］ 蘭羽，盧慶林. 基于STC89C51的紅外測溫儀設計［J］.信息技術，2013（11）:8587，91.

　?。?］ 賈浩強，李耀. 基于WiFi無線通信的溫濕度檢測節點設計［J］.單片機與嵌入式系統應用，2014（5）:7072，75.