有机电致发光二极管OLED(Organic Light-Emitting Diode)是一种新型平板显示器件。相比于传统的CRT、LCD，OLED具有低功耗、高亮度、主动发光、响应速度快、无视角问题及柔性化显示等优势，具有广阔的应用前景，被认为是最有可能替代液晶显示的器件[1]。

    寿命较短是制约OLED产业化的关键因素。在OLED的研制过程中，寿命是表征器件性能的一项重要指标[2-3]。目前，用于OLED寿命测量的仪器种类很少，针对OLED寿命测量的研究大多停留在实验室阶段。
    本文介绍了一种基于LM3S1138的有机电致发光二极管寿命检测仪。该检测仪成本低、体积小、操作方便；提供给被测器件的恒流数值和恒压数值的大小均可任意设定，能够满足对不同规格OLED器件寿命进行测试的要求；能够同时对一组8个OLED器件的寿命进行测试；通过测量环境温度实现温度补偿，改善温度变化对亮度测量结果的影响，提高测量的准确性。
1 寿命检测原理
    为了测试出OLED的寿命，采用通用的正向恒流反向恒压的驱动模式，即在其两端施加给定的电压和电流驱动，使器件在规定的测试条件下点亮。器件的发光强度与通过的电流成正比。随着时间的推移，有机物的老化导致被测器件的阈值电压和欧姆电阻不断增加，通过器件的电流则不断减小，发光亮度亦随之减弱。亮度下降为起始亮度的1/2时所用的时间称为半衰期[4]。
    测量有机电致发光器件的寿命可通过测量其半衰期来实现。因此，需要测量被测器件的起始亮度、起始时间及发光亮度衰减到起始亮度一半时所用的时间。
2 总体方案设计
    如图1所示，检测仪部分主要包括微控制器、数控电压输出电路、数控恒流源电路、光强测量电路、液晶显示及提示和按键电路。

    数控电压输出电路用于向被测器件提供反向恒压；数控恒流源电路用于向被测器件提供正向恒流源；光强测量电路用于测量被测器件的发光强度；按键电路用于设置本次测试的电压值和恒流值；液晶显示与提示用于显示半衰期测量时间、当前温度和工作状态等。
    采用型号为LM3S1138的嵌入式微控制器，相比于PC机和单片机在实现OLED寿命检测方面具有如下优势：高性能的32位运算能力；成本与传统8位和16位器件相当；自带实时振荡器，无需外扩时基电路就能实现高精度的时间测量；ADC模块转换分辨率为10位，支持8个输入通道，速率达1 MS/s，保证了在每次测量过程中可同时对一组8个被测器件进行测量，提高了测量效率；16 KB SRAM和64 KB Flash，内存大小满足存储要求，无需外扩存储器；自带内部温度传感器，用于测量环境温度；通信接口电路可将测量数据上传至PC机，实现更复杂的数据分析等功能。
3 硬件设计
3.1 数控电压输出电路
    如图2所示，数控电压输出电路用于给被测有机电致发光二极管提供数控的可调电压。通过设定所需的电压,经微控制器以数字量形式输出,由D/A转换器DAC7513转换为模拟量电压值并输入运算放大器LM324，通过U2A放大电路输入到U2B的同相端，由于U2B的反相端与同相端电压相同，因此,三极管Q1的射极输出电压即为给定的电压。

    使用电压测量反馈电路用于调整加到被测器件上的输出电压，实际输出电压为给定电压和反馈电压之和，从而提高了测量的准确性。
3.2 数控恒流源电路
    如图3所示，数控恒流源电路用于给被测有机电致发光二极管提供数控的恒流源。通过设定所需的电流，经微控制器以数字量形式输出，由D/A转换器转换为模拟量电压值，该模拟信号输入运放LM324的同相端。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电阻R3的比值，将该电流通过Q2漏极输出提供给被测发光器件，等效于在被测器件上加入给定数值的恒流源。

3.3 光强测量电路
    测量被测器件的发光亮度，一般方案是采用辉度计，但辉度计价格昂贵，若要实现对多个被测器件的同时测量，其成本很高。考虑到光电池造价便宜、易于安装，且在恒定温度下，由于光电池的暗电流近似于零，光电池的输出电流与照射到光电池上的光强成线性关系[5]，本检测仪使用光电池的输出电流表征被测器件的亮度信息。
    光测量电路如图4所示，使用波长范围为380 nm～800 nm的光电池，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转换及放大，再经过微控制器自带的A/D转换器转换，微控制器对转换后的数字信号进行运算，判断输出电压值是否衰减到了原来值的一半，即被测器件的发光亮度是否衰减到了原来的一半。

3.4 温度补偿
    在正常工作条件下，当测量过程中的环境温度上升时，光电池的输出电流会随之缓慢增加，由于OLED寿命测量是一个长时间检测的过程，在这一过程中的温度变化对光电池输出电流的改变很可能影响到对被测器件发光亮度的判断。因此，采用LM3S1138自带的温度传感器测量工作过程中的环境温度，利用线性插值法判断不同温度下对应的光测量电路/输出电压，用曲线拟合的方法建立特性曲线的数学模型，并将相应的参数以线性表的形式存入内存。
    实际测量过程中，当环境温度发生变化时，微处理器按照线性表查找对应温度的输出电压值，利用软件方式实现对光测量电路输出电压的补偿，改善了温度变化对亮度测量结果的影响，提高了测量的准确性。
3.5 按键与显示
    按键电路用于设置检测的电压值和恒流值。包括五个开关按键，功能分别为“设置/确认”、“参数选择”、“光标移位”、“加1”和“减1”。
    液晶显示与提示电路包括LCD液晶显示器和红色发光二极管。液晶显示器LM12864用于显示设定的电压值、设定的电流值、测试时间、当前温度及半衰期的值（半衰期没有到时，显示空白）。红色发光二极管为工作过程提示信号灯，二极管的交替亮灭用于提示测试人员，表示测量是否结束。
4 软件设计
    OLED寿命检测仪的软件主程序流程如图5所示。

    如图5所示，以单次测量为例，将被测有机电致发光二极管放置在一个光线密闭的测量装置中，检测仪上电，微处理器运行初始化程序。通过外部键盘进行参数设置，微控制器对被测器件两端施加给定的测试电压值和测试电流值，并启动计时程序。测量过程中，利用液晶显示器实时显示给定参数及工作状态；利用装置内的温度传感器获取环境温度的变化，软件方式实现温度补偿；利用装置内的光电池获取器件的发光强度，通过A/D转换的结果判断亮度衰减量。当光强测量电路的输出电压值达到初始值的一半时，停止计时，显示并保存被测器件的半衰期。若要对所测数据进行更为复杂的分析，则运行串口通信程序将数据上传至上位机PC中，否则，即完成一次测试过程。
    对被测OLED器件进行寿命测试实验的结果表明，基于LM3S1138的OLED寿命检测仪能够调整施加在被测器件两端的电压和电流，针对不同规格的被测器件均能使其在规定的条件下正常工作，使用范围广；同时测量8个器件，大大缩短了测试时间，测试效率高；测试过程中使用温度补偿改善了温度变化对亮度结果的影响，准确性高。检测仪操作简单、使用方便、效果显著。
参考文献
[1] TANG C W, VIGIER VanSlyke, VIGIER S A. Organic electroluminescent diodes[J]. IEEE Applied Physics Letters, 1987,51(12):913-915.
[2] KATZ H E, Huang Jia. Thin-film organic electronic devices[J]. Annual Review of Materials Research, 2009, 39:71-92.
[3] 王云景,方勇军. OLED显示器件的原理及应用[J]. 仪表技术,2007(8):32-34.
[4] 余树福,胡典钢,王坚，等.多通道OLED器件寿命分析测试系统研制[J]. 液晶与显示,2011,26(4):532-537.
[5] 陈志明,朱文清,张志林，等.有机电致发光器件寿命测试系统[J].光电子·激光, 2006,17(11):1349-1350.