OLED光電性能綜合測試系統(tǒng)的方案

1　引言

　　有機發(fā)光二極管（organic　light　emitting diode，OLED）是一種新型的平板顯示器件和二維光源。通過測試OLED器件的電流－電壓特性、發(fā)光亮度－電壓特性、溫度－電流特性、發(fā)光效率－電壓特性、色坐標以及電致發(fā)光光譜等，可判斷器件發(fā)光性能和電學性能的好壞，并計算出其外部量子效率和能量轉(zhuǎn)換效率。目前較普遍的是采用直流電壓表、電流表來測定OLED器件的電流、電壓特性。利用微弱光光度計測定樣品的發(fā)光亮度，利用溫度采集儀測量樣品的溫度。

　　然后將數(shù)據(jù)輸入到計算機進行后續(xù)分析處理，獲得樣品的光電性能。這種測量方法，電壓、電流、亮度、溫度等物理量無法實現(xiàn)同時測量，且誤差大，效率低；數(shù)據(jù)采集量及采集密度也大大受到限制，無法準確地反映樣品的光電性能。

　　針對以上問題，本文設(shè)計了一套基于微控制器的OLED光電性能綜合測試系統(tǒng)，系統(tǒng)以微控制器為核心，是一個將精密恒壓（恒流）電源、電壓電流測量、溫度測量、亮度測量有機地結(jié)合在一起的測量系統(tǒng)，可實現(xiàn)測試條件設(shè)置、數(shù)據(jù)存儲、分析、圖形化顯示、打印輸出等功能，實現(xiàn)了對OLED器件光電性能的高精度快速自動測量，使OLED器件的光電性能測試工作變得方便、快捷、科學。

　　2　系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

　　系統(tǒng)總體框圖如圖1所示。系統(tǒng)由上位機和下位機兩部組成。下位機以MSP430F149微控制器為核心，包括可編程直流電源IPD-3303SL、光電轉(zhuǎn)換電路、溫度測量電路、量程切換電路、顯示電路以及RS232接口電路；上位機為通用的PC機，配以專用數(shù)據(jù)處理軟件完成系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理和光電性能分析等功能。

　　系統(tǒng)工作過程如下：可編程直流電源IPD-3303SL按照上位機設(shè)置的電壓初始值、電壓終止值、步進值以及采樣周期驅(qū)動OLED 器件發(fā)光。樣品所發(fā)出的光入射到光敏二極管后轉(zhuǎn)換為電流信號，經(jīng)過I/V轉(zhuǎn)換電路，將電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，單片機控制量程切換電路來切換I/V轉(zhuǎn)換電路的反饋電阻，以在輸出端得到不同強度的電壓信號。輸出電壓二次放大后，進入單片機的A/D通道。器件的溫度被紅外熱電堆傳感器采集，輸入到單片機的A/D轉(zhuǎn)換通道，單片機將亮度和溫度的電壓信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字量進行處理后通過LCD顯示出來，并通過RS-232接口將數(shù)據(jù)傳輸給上位機進行數(shù)據(jù)分析和處理，繪制出電壓－亮度、電流－溫度、電壓－電流曲線。

　　3　硬件設(shè)計

　　3.1　MCU單元

　　美國TI公司生產(chǎn)的MSP430單片機為高整合、高精度的單芯片系統(tǒng)，其利用精簡指令集，是16位高速處理單片機。另外它有豐富的外圍模塊，在應用時減少了外設(shè)空間。這里選擇MSP430F149單片機作為MCU，單片機的工作電壓為1.8~3.6V，有兩個16位定時器、兩個串行通信接口、片內(nèi)看門狗和12位A/D，綜合功能和成本都比較適合本系統(tǒng)。

　　系統(tǒng)利用單片機自帶的ADC12模塊直接實現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換。MSP430F149自身帶8路轉(zhuǎn)換接口，通過ADC12模塊控制寄存器實現(xiàn)亮度和溫度兩路模擬信號的A/D轉(zhuǎn)換。利用單片機內(nèi)部2.5V的基準源，ADC12的模擬多路器可以分時地將亮度和溫度信號轉(zhuǎn)換，并且具有采樣和保持功能，ADC12硬件通過設(shè)置可自動將轉(zhuǎn)換結(jié)果存放到相應的寄存器中。

　　3.2　電壓電流測量

　　系統(tǒng)選擇可編程直流電源供應器IPD-3303SL 作為測量OLED 電壓－電流特性的儀器。IPD-3303SL為可編程控制電源，工作在恒流或恒壓模式，能實現(xiàn)步進式電壓（電流）輸出，可以通過串口輸入命令控制，同時通過串口獲得輸出電流（電壓）值，另外還具有過流和過壓的保護功能，適合本系統(tǒng)中電流電壓的輸出和測量。

　　IPD-3303SL電壓輸出范圍為0～25V，測量電壓精度為1ｍV，電流精度為1μＡ。