王璐薇1，张方辉2

　　（陕西科技大学电气与信息工程学院，陕西 西安 710021）

        摘要：为了方便研究OLED器件的光电特性，设计了一套能够自动、同步测量OLED器件的电压、电流、亮度、光谱、色坐标、温度等特性的综合测试系统。该系统基于非接触式测温方法，以计算机、PR655型光谱亮度计、Keithley2400电流电压测试仪、自制的红外测温模块、暗箱、光学导轨、载物台等为硬件，以LabVIEW为软件开发平台，通过计算机程序控制测量仪器对OLED器件进行测量，利用光谱亮度计对器件的发光性能进行测量，利用单片机和红外测温传感器对器件的温度进行测量，利用可编程电源为器件测试提供稳压/稳流电源，并将采集到的数据发送给计算机，进行数据处理、数据列表和曲线显示，最终保存数据。最后，利用该系统对自主研发的OLED器件进行测试，通过对测试结果进行分析，表明该测试系统具有综合性强、精确度高、操作简单、软件扩展性好、测量效率高等优点，实现了对OLED器件各项性能的自动化测试，并已经实际应用到多个研究单位。

　　关键词：自动测试系统；LabVIEW；光电性能；OLED；非接触式温度检测

　　中图分类号：O433.1文献标识码：ADOI： 10.19358/j.issn.16747720.2016.24.003

　　引用格式：王璐薇，张方辉. 采用LabVIEW编程的OLED光电性能综合测试系统［J］.微型机与应用，2016,35（24）：8-11，15.

0引言

　　有机电致发光器件（Organic LightEmitting Diode，OLED）因具有主动发光、全固态、能耗低、超薄、响应快、对比度高等优点，在照明和信息显示等领域发挥着越来越重要的作用［1］。在OLED器件的研究过程中，器件的电压、电流、亮度、光谱、色坐标等参数，可以作为评价OLED器件性能好坏的重要依据，因此开发一种智能化、综合性的光电特性自动测试系统是非常必要的。目前使用的测试系统在实际构建和应用中主要存在以下问题：采用分立设备手动测量的方式，效率低且容易出现人为误差；不能同时测量OLED器件的各项光电特性；以微控制器为核心的测试系统电路复杂、编程效率低，系统构建难度较大；需要编写繁杂的程序代码。

　　针对以上问题，本文设计了一套光电性能综合测试系统，该系统使用LabVIEW作为开发工具，由于它采用图形化的编程语言，提供了实现仪器编程和数据采集系统的便捷途径［2］。本系统可以完成OLED器件的电压、电流、亮度、光谱、色坐标、温度等特性的集成测试，实现了对OLED器件各项性能的自动化测试，具有综合性强、精确度高、操作简单、软件扩展性好、测量效率高等优点。

1测量系统的硬件设计

　　为了能够同时测量OLED器件的I-V-L、温度、亮度等特性，需要电压源、温度计、光谱亮度计的协调工作，本系统将PR655型光谱亮度计、Keithley2400型电源、自制的红外测温模块等组成硬件系统，如图1所示。

　　本系统选用美国Keithley公司的Keithley2400型电源作为测量OLED电压电流特性的仪器，其主要指标为:直流电压输出范围0～200 V，电流输出范围0～1 A［3］。本系统采用Agilent公司生产的Agilent 82357B型GPIB卡，该卡使用标准USB和IEEE488接口，能简便地连接计算机与通用源表［4］。

　　系统测量光谱采用美国PHOTO RESEARCH公司的PR655型光谱亮度计，仪器出厂时已通过相应的校准系数校准光谱数据。

　　红外温度传感器选用凌阳科技公司生产的TN9红外测温传感器，具有回应速度快、测量精度高、测量范围广以及可同时测量目标温度和环境温度的特点，传感器的测量结果出厂时已通过相应的校准系数校准。其主要性能：测温范围为－33℃～+220℃；固有测温误差为0.7℃；测试距离与待测物体的直径比为1∶1［5］。采用宏晶科技推出的STC15F104W单片机作为数据处理芯片，具有超强抗干扰、高速、低功耗的特点, 其主要性能为：Flash存储器为4 KB, 具有高精度R/C时钟［6］。

2测量系统的软件设计

　　采用LabVIEW编程的OLED光电性能综合测试系统具有友好的人机界面，操作简单。此系统可工作于电压和电流两种不同的测试模式，在不同的模式下，用户可以设置相关测量参数。在此界面，可以查看不同的选项卡，在自定义选项卡中，用户可以根据自己的需要，分别为横坐标和纵坐标选择相应的特性参数，能实时绘制出相应的特性曲线，这样的设计简化了操作界面的复杂度。在以往光谱比较选项卡中，可以对不同器件的测试结果进行对比。系统可以同时测量OLED器件的电压、电流、亮度、光谱、色坐标、温度等特性参数，并且具备实时采集、分析与直观显示数据的功能。还具备快速数据定位功能，在每一次测试完成之后，用户只需要拖动图像区域的十字游标到图像的任意一点，即可迅速定位到游标显示区域所在点的当前测量值，方便对测试数据的快速分析。

　　2.1电源控制输出模块

　　计算机与Keithley2400间的通信是通过GPIB来实现的，电源控制输出模块程序的设计流程是：首先给出Keithley2400通信接口的地址，然后开启远程模式，根据用户选择的电源工作模式，对Keithley2400进行初始化设置，之后开启GPIB通道，等待红外测温模块和PR55测量完成后，利用VISA写入控件向电源端口写入返回实际输出电压值和电流值的指令，再利用VISA读取控件读取实际输出的电压值和电流值，之后如果没有接收到结束测量的命令，则需要将采集到的电压和电流值与最大设定值做比较，若没有超过最大设定值，则进入下一轮数据采集，反之则结束测量。图2所示为电源控制流程图。

　　2.2光谱亮度计数据采集模块

　　计算机与PR655间的通信是通过RS-232来实现的，光谱亮度计数据采集模块程序的设计流程是：首先清除光谱存储数组内容，根据用户对测量参数的设定，对PR655进行初始化设置，然后由PR655对OLED的光谱数据进行采集；接着需要从PR655中读取测量的光谱数据，先通过VISA写入控件向PR655端口发送读取光谱数据的指令，再利用VISA读取控件读取返回的字符串数据；最后利用截取字符串控件对采集的字符串数据进行处理，得到亮度、色坐标等光谱数据，并同时将它们存放到不同的数组中。图3所示为光谱亮度计数据采集模块流程图。

　　2.3温度采集模块

　　计算机与红外测温模块间的通信是通过串口来实现的。在温度采集模块的通信程序中，首先通过VISA写入控件向红外测温模块端口写入返回温度数据的指令，等待300 ms后，再用VISA读取控件读取5 B的返回数据，读取的温度字符串是“TXX.X”的形式，所以需要用截取字符串控件将温度值从读取的字符串中截取出来，并存放到数组中。温度采集模块流程图如图4所示。　　

　　2.4数据的处理、显示和保存模块

　　数据处理模块利用乘法运算器和除法运算器根据运算关系进行连接，完成电流密度、电流效率和功率效率等特性参数的计算。数据显示和保存模块主要利用电子表格控件和XY图形控件，完成数据的实时显示与保存以及特性曲线的绘制与显示功能。

3测量系统的总体设计

　　该测量系统由PR655型光谱亮度计、Keithley2400型电源、自制的红外测温模块、暗箱、黑色圆管、光学测量导轨、夹具、载物台和计算机构成，其位置关系如图5所示。暗箱的中间有一个圆孔，圆孔与黑色圆管同心，且其直径比黑色圆管横截面的大2%~5%；黑色圆管气密性很好，管子内壁为黑色，且不能发光；暗箱与黑色圆管、光学测量导轨和夹具连接保证暗室黑暗环境，可避免外界光源的干扰；黑色圆管与PR655用夹具固定连接在光学测量导轨上，然后将PR655镜头中心的高度调整到与黑色圆管中心高度一致；载物台位于暗箱内，可以调节其上下及左右方向的位置；支架固定在载物台上，支架中间有一个圆孔，其直径比红外温度传感器的探头大2%,红外温度传感器的探头直径为1.1 cm,使探头刚好卡在这个圆孔中，并保持测试距离小于待测器件的直径（D∶S=1∶1）；将待测器件固定在支架上，红外温度传感器的探头位于器件后面；将PR655、Keithley2400、自制的红外测温模块与计算机连接在一起。

4测量系统的应用

　　用真空蒸镀的方法在ITO透明导电玻璃基板上制备红光磷光OLED器件，采用的器件结构为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)，当金属阴极蒸镀完成后，将蒸镀好的器件通过机械手传送至氮气手套箱内，最后用环氧树脂紫外固化包封。使用本系统对此结构的OLED器件进行了电流密度电压发光亮度、电流效率电流密度、温度以及电致发光光谱的测试,测试结果及分析如图6所示。

　　图6(a)所示为器件的亮度电压电流密度特性曲线图，从图中可以看出，器件启亮电压为3 V(3.6 cd/m2), 发光亮度随着电压的增加呈现非线性指数增加的趋势，当电压为12 V时，最高亮度可达11 520 cd/m2；器件在低电场强度下表现出很好的二极管整流效应，在驱动电压较低（小于6 V）情况下，电流密度随着电压的增加以近似于线性的方式缓慢增加，当电压继续增大时，电流密度呈非线性指数增加，说明器件有很好的光电性质。图6(b)所示为器件的电流效率电流密度功率地效率特性曲线图，从图中可以看出，器件的电流效率和功率效率随电流密度的变化趋势基本相同，且效率滚降比较平缓，说明器件有很好的稳定性。图6(c)所示为器件在12 V下的电致发射光谱曲线，从图中可以看到，当驱动电压为12 V时，器件的光谱峰值处于616 nm附近，即来自R4B的特征发光，说明在主体CBP和客体R4B之间有着很好的能级匹配并进行了高效的能量传递。图7(d)所示为器件的电压温度电流密度特性曲线图，从图中可以看出，器件的温度随着电压的增加而升高，但温度波动不大。

　　测量结果表明，本系统可以准确地对OLED器件进行参数测量，并且具有综合性强、精确度高、操作简单、软件扩展性好、测量效率高等优点，对实验室OLED器件参数测量具有实用价值。

5结论

　　本文使用LabVIEW 2013开发工具，将多台数据采集设备、电源和计算机有机地结合在一起，开发了一套OLED器件光电性能综合测试系统。本系统测试软件界面简洁，功能丰富，可以实时、同步、精确、高效地测量发光器件和显示器件的电压、电流、亮度、光谱、色坐标、温度等特性参数，并且具备实时采集、分析与直观显示数据的功能。同时采用非接触式测温的方法可以不受环境温度的影响且不需要机械接触被测器件，便可快速地测量器件的表面温度，具有回应速度快、测量精度高、测量范围广的特点。本课题组已经在研究不同OLED器件的性能方面做了大量的研究和实验工作，并获得很多非常好的实验结果，通过实际使用证实了测试系统具有较高的稳定性和可靠性。系统后续开发将可以实现多方位的角度控制，可以测量OLED器件在不同方位的发光性能。

　　参考文献

　　［1］ 余树褔，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): 533537.

　　［2］ 马雪雪，王春阜，吴为敬，等. 基于LabVIEW 的AMOLED 显示屏测试系统［J］. 液晶与显示，2014，29（5）:734738.

　　［3］ 谢印忠，张保洲. OLED自动测量系统的研究［J］.微计算机信息，2009(34):2021，28.

　　［4］ 罗光坤，张令弥，王彤. 基于GPIB接口的仪器与计算机之间的通讯［J］.仪器仪表学报，2006，27（6）:635637.

　　［5］ 兰羽，卢庆林. 基于STC89C51的红外测温仪设计［J］.信息技术，2013（11）:8587，91.

　　［6］ 贾浩强，李耀. 基于WiFi无线通信的温湿度检测节点设计［J］.单片机与嵌入式系统应用，2014（5）:7072，75.