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毕业设计(设计)
英文文献翻译
Title: OLED光学性能的集成测试系统
The Integrated Test System of OLED Optical Performance
OLED光学性能的集成测试系统
摘要：目前，使用离散设备手动测量有机发光二极管（OLED）的光学性能，为此情况，本文介绍了一种OLED光学性能集成测试系统。测试系统可同时测量发光装置的光电性能和显示实时测量曲线，在单个平台上控制测量环境，系统实现了OLED光学性能测量的自动化。此方法具有较强的综合性，测量方便，精度高等优点。
关键词：OLED，光学性能，测试系统。
1引言
有机发光二极管（Organic Light Emitting Diode，简称OLED）具有很多优点，它是一种新型的平板显示器和二维光源。OLED器件的电流-电压特性，亮度-电压特性，温度-电流特性，发光效率-电压特性，颜色坐标和EL光谱，外部量子效率（外部量子效率）和能量转换效率（功率效率）都是设备的光电性能的重要指标 [1]。目前，使用直流电压表和电流表进行测量OLED器件的电流和电压特性更为普遍。微弱光度计用于测量亮度，温度测量机用于测量设备的温度。测量数据被输入计算机将用于后续分析和处理以获得样品的光学性能[2]。电压，电流，亮度，温度等其他物理量不能同时获得，这将导致更多的错误和更低的效率，收集的数据量和收集密度受到很大限制，结果是不能准确反映样品的光学性质[3]。对这些问题，于是设计了OLED光学性能的集成测试系统，将微控制器STM32F103RB作为系统的核心。系统将一个精度恒定(恒电流)可编程电源、电压和电流测量、温度测量、光测量和设备保护有机地结合在一起。触摸屏可以被设置实现测试条件，图形显示等其他功能。所以系统实现了OLED器件光学性能和衰减特性的高精度和快速自动测量的目的。系统将为OLED器件的光学性能提供更方便可靠的测试条件。
2系统架构
整体系统框图如图1所示，STM32F103RB微控制器作为系统核心，系统包括可编程直流电源采用IPD-3303SLU，光电转换电路，范围开关电路，温度测量电路，触摸屏电路，SD卡电路;内部数据处理软件完成系统数据处理机制的处理和显示测量结果。
系统工作原理如下：可编程直流电源的初始电压值，电压终止值，步进值和采样周期由触摸屏设置。电压驱动OLED器件发出光，入射后的样品光发出，光电二极管转换成电流信号从I / V转换器电路，然后电流信号转换为电压信号，微控制器控制范围切换电路切换I / V转换器的反馈电阻输出不同的电压信号[5]。输出电压输入到微控制器的A / D通道中，红外温度传感器将采样设备的温度和温度进行采样信号到微控制器的A / D转换通道，微控制器将转换光和温度类比信号转换为数字数据。将分析数据处理，单片机再绘制出电压-亮度，电流-温度，电压-电流曲线并显示在触摸屏上。测量数据保存到SD卡，用户可以方便地查询历史测量数据。
图1.系统框图
3系统硬件设计
根据系统要求，系统硬件应包括MCU芯片选择，亮度测量，温度测量，显示部分，他们的描述如下。
3.1MCU片选
测量系统应能够快速，准确地完成设备性能测试同时也具有较高的集成度，稳定性和可靠性。提供更好的可视界面，大内存，可以支持实时操作系统具有低功耗和成本效益，提供多种高精度A / D通道，具有丰富的通讯接口和GPIO。考虑到各种处理器芯片包括性能，成本，功耗，开发环境支持，售后服务，市场营销程度等等其他因素，我们最终选择ST的STM32系列32位增强型处理器STM32F103RB作为系统微控制器。它比同级别产品快30％，产品ARM7TDMI内部集成I2C，SPI，CAN，UART，USB，提供多通道高精度A / D，丰富的GPIO满足要求系统测量，显示，存储。芯片资源丰富有助于减少系统芯片外设，提高可靠性和节省成本。该MCU拥有强大的IDE供应商，包括Hites，IAR，Keil，Raisonance，Rowley等等。 ST提供了丰富的软件支持，包括STM32固件库，STM32 USB开发套件，STM32电机控制固件库，帮助用户在最短的时间内完成系统设计，降低了开发成本。
3.2触摸屏电路
系统需要高精度触摸屏，触摸屏应该能够显示实时测量曲线和汉字。 一种高精度4.3英寸触摸屏， 它可以显示字符和图像，并可以很好满足系统要求 。STM32F103RB的片上FSMC可以驱动TFT外部驱动芯片。 STM32F103RB的片上SPI器件可以完成TFT的初始化。 FSMC在TFT和STM32F103RB.MCU的GPIO之间传输数据控制TFT的背光，界面简单易于控制。TFT和STM32F103RB之间如图2所示。
图2.TFT和STM32F103RB之间的连接
3.3亮度测量
亮度测量电路包含I / V转换电路和次级放大器电路，OLED器件发射光入射光电二极管GT101，输出只有0.002uA〜0.2mA的电流信号，一个非常低的输入偏置电流单片静电计运算放大器OP07用作/ V转换电路。 OP07具有低输入电流和低输入偏置电压的优点，因此用于非常灵敏的光电二极管放大器是合适的。 如图3所示，可以使用R12调整放大器和R2偏移量来补偿工作的偏置电流放大器[7]。
在系统中，亮度范围为0.1times;10-2〜200times;103cd / m2，模拟电路设计不能满足幅度为5转换的亮度变化的动态范围，所以可以使用多尺度放大器进行分光度测量[8]。亮度范围包括6个范围，通过切换I / V转换反馈电阻切换测量范围。 6路常闭模拟开关MAX312可用于切换反馈电阻。 MAX312有一个很小的电阻10Omega;和0.35电阻平坦度，不影响系统的精度，当输入高电平时，公共端口连接到放大器的输出端。通用端口将与常闭端口进行导通，门控反馈电阻连接到它，否则断开连接。通过软件进行协调，只有一个反馈电阻可以连接到通用端口。
如果系统要求精度为0.1，I / V转换输出仅为0〜200mV的电压信号，每个范围的分辨率应至少为0.1mV，STM32F103RB集成一个背部12位A / D转换，如果指的是内部参考电压3.3V，分辨率为0.8mV，因此第二放大器需要放大信号至少8次。为提高系统的精度，使用LF441CN作为第二放大器，信号放大10次，信号为0〜200mV放大至0〜2.0V。
图3.光电检测电路
根据A / D转换结果，STM32F103RB将判断放大器的状态，如果测量范围不合适，则STM32F103RB将切换测量范围直到适当，然后采样数据。
3.4温度测量
在测量过程中，OLED器件温度随电流变化而变化。系统采用德国PerkinElmer的非接触式热电堆红外传感器A2TPMI334-L5.5AA300作为温度传感器，PerkinElmer A2TPMI是一款特殊的集成电路内的信号处理和温度补偿电路的多用途红外热电堆传感器，热辐射的目标在模拟电压下，灵敏度为42mv/mw，STM32F103RB的内部12位/d转换满足分辨率要求，因此可以测量温度。 A2TPMI334-L5.5AA300测量目标温度范围为20〜300摄氏度。在35ms的响应时间内，半功率点响应频率小于4Hz，满足温度测量要求。
4系统软件设计
系统基本要求是快速，实时，可靠地测量设备特性。 嵌入式实时操作系统是系统的完美选择，可以及时响应系统事件并协调系统的所有任务高稳定性和可靠性，结合系统硬件设计，所以UC / OS-II系统中使用RTOS。 UC / OS-II是基于优先级的实时内核。它具有可读性，可靠性和灵活性，可以处理56个用户任务，任务优先级可以动态调整，它还提供信号量，邮箱和消息队列在任务之间进行通信。 它可以最小化ROM的大小和RAM并通过软件切割。
4.1软件设计理念
系统采用UC / OS-II嵌入式操作系统，设计师只需要设计应用软件在UC / OS-II的基础上，系统功能将进行内核调度。 多任务机制的思想用于设计应用程序，系统事件由任务执行处理，每个任务都进行设计作为超级循环，等待特定事件执行自己的功能。UC / OS-II通信机制的信号用于通信在任务之间协调系统的整体功能，因此，任务的质量部门将直接决定系统性能。
4.2任务组和优先级设置
系统事件包括中断事件和轮询事件，包括触摸屏和UART两个中断事件; 命令分析，数据采集，可编程电源控制，SD卡操作，历史数据查询，绘制六个轮询事件。所以根据事件完成情况，屏幕和UART任务应该是中断级别的任务。在事件和数据流方向上，轮询事件被划分为程序 - 控制功率控制任务，实时数据测量任务和历史数据查询任务，数据查询任务是实时测量数据的协作采集，SD卡操作和绘制三个事件，所以系统分为成命令分析，程序控制功率控制，数据测量，历史数据查询和设备保护5项任务。任务和系统之间关系如图4所示。
图4.任务和系统之间的关系
中断级别的任务需要系统在最短的时间内进行响应，具有最苛刻的实时性，应该设置较高的优先级，命令分析任务使用频率较高，应优先设置为0，设备保护任务设置为优先级1。轮询任务可以根据顺序设置优先级的任务执行，在系统中，任务执行的顺序是可编程的电源控制任务，实时测量任务，历史数据查询任务，可编程电源控制任务设定优先级2，实时测量任务优先级3和历史数据查询任务优先级4。
4.3任务之间的系统功能和通信
为了完成整体工作系统功能，应在任务之间建立通信系统功能。 UC / OS-II具有信号量，邮箱，消息队列。通信机制和信号量用于系统设计，生产者任务产生信号量，消费者任务使用它们。然后命令分析任务、，如果命令正确，则通过触摸屏进行坚决的命令输入产生可编程电源控制或历史数据查询信号，可编程电源任务由信号量激活并发送功率目标电压指令到可编程电源设备，然后延时50mS，当电压足够稳定，产生数据采集信号量;数据采集任务由信号量激活并完成功能切换范围，数据采集，数据处理，SD卡操作和实时显卡;历史数据查询任务由信号量激活，当信号量时到达时，它将从SD卡读取数据并在触摸屏上显示图形，如果信号灯没有到达，等待他们的任务被阻止，否则就会被添加到就绪任务队列并等待内核调度程序。更高优先级的任务发送信号量来降低优先级任务以防止优先级反转使系统死锁，提高系统稳定性和可靠性。
5结论
OLED光学性能的集成测试系统快速，准确，可靠，自动测量光电性能的OLED器件为提高工作效率做出了巨大贡献。在研究载流子传输性质过程中，长期生产实践表明，发光，发光效率，用于生产过程，材料评估和性能测试包装设备这是非常有价值的。
参考文献
1. Hui, Z.: Study of Integrate Optical performance Test System. Zhejiang University, Hangzhou (2005)
2. Pan, J.G.: LED light color comprehensive performance analysis test theory and equipment. LCD and Display 18(2), 138–140 (2003)
3. CIE publication 127-1997 measurement of LEDs
4. Xu, W.C., Xu, K.X.: Performance analysis of opticaltest system. Sensors and Actuators 12(4), 679–681 (2007)
5. Dai, Y.s.: Weak signal detection method and equipment, pp. 45–63. National Defence Industry Press, Beijing (1994)
6. Ding, T.: A new OLED brightness uniformity test method. Optical Technology 33(1), 41–43 (2007)
7. Yiu, J.: The Definitive Guide of ARM Cortex-
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