【正文】 上海電力學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） i 目錄 摘要 ABSTRACT 第一章 緒論 1 白光 OLED 的 發(fā)展 背景 1 OLED 的特點(diǎn) 1 OLED 的結(jié)構(gòu)和工作原理 2 單一聚合物白光 OLED3 OLED 材料及其對(duì)壽命的影響 3 白光 OLED 器件的性能指標(biāo) 4 壽命 4 效率 5 顯色指數(shù)、色溫 6 國(guó)內(nèi)外 OLED 應(yīng)用與發(fā)展 6 研究白光 OLED 壽命的意義 8 第二章 可靠性概述 9 可靠性介紹 9 可靠性和故障 9 可靠性三要素 10 可靠性評(píng)價(jià) 10 可靠性研究的意義 10 可靠性基本參數(shù) 12 OLED 與 LED 電子產(chǎn)品的可靠性 13 第三章 OLED 加速壽命試驗(yàn)理論模型 14 威布爾壽命分布 14 加速壽命試驗(yàn)?zāi)Ｐ?14 加速壽命試驗(yàn)的類型 15 雙線性回歸方法 17 壽命計(jì)算 公式 18 第四章 試驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析及壽命估計(jì) 19 試驗(yàn)數(shù)據(jù) 19 威布爾 參數(shù) 估計(jì) 19 加速壽命方程 19 分布擬合的校驗(yàn) 20 正常應(yīng)力下的壽命預(yù)測(cè) 20 第五章 結(jié)論 20 基于 BRM 下白光 OLED 恒定應(yīng)力加速壽命試驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析 ii 參考文獻(xiàn) 21 致謝 23 上海電力學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） iii 基于 BRM 下白光 OLED 恒定應(yīng)力加速壽命 試驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析 摘 要 利用三組恒定應(yīng)力加速壽命試驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)取得白光 OLED 的壽命信息。采用三參數(shù)威布爾函數(shù)描述了白光 OLED 的壽命分布，并使用雙線性回歸法（ BRM）估計(jì)形狀參數(shù)和尺度參數(shù)，然后對(duì)白 光 OLED 壽命是否符合威布爾分布進(jìn)行了 KolmogorovSmirnov 檢驗(yàn)。數(shù)值結(jié)果表明， OLED 的壽命服從威布爾分布，精確計(jì)算得到的加速參數(shù)使快速估算 OLED 壽命成為了可能。 關(guān)鍵詞： OLED；威布爾分布；壽命預(yù)測(cè)；雙線性回歸法 基于 BRM 下白光 OLED 恒定應(yīng)力加速壽命試驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析 iv STATISTICAL ANALYSIS ON CONSTANTSTRESS ACCELERATED LIFE TESTING DATA OF WHITE OLED BASED ON BRM ABSTRACT Data of three accelerated life tests at constant current stresses was used to get the life information of white OLED. The threeparameter Weibull distribution function was applied to describe the life distribution, and Bilinear Regression Method (BRM) was employed to estimate the shape parameter and scale parameter. The KolmogorovSmirnov test was performed to verify whether White OLED life meets Weibull distribution or not. The numerical results show that White OLED life follows Weibull Distribution, and the accurate acceleration parameters enable rapid estimation of the White OLED life. Keywords: OLED。 Weibull distribution。 Life prediction。 BRM 上海電力學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 第一章 緒論 白光 OLED 的發(fā)展背景 OLED 技術(shù)于 1963 年被美國(guó) New York大學(xué)的 Pope[1]教授發(fā)現(xiàn)，使用 400V的直流電通過(guò)蒽晶體時(shí)，觀察到發(fā)光的現(xiàn)象。但是由于當(dāng)時(shí)器件的驅(qū)動(dòng)電壓太高，發(fā)光效率太低，盡管 Pope 發(fā)表了世界上第一篇有關(guān) OLED 的文獻(xiàn)，而沒(méi)有引 起足夠的重視。之后 1987 年，鄧青云 [2]和 Van Slyke[3]采用了超薄膜技術(shù)，用透明導(dǎo)電膜作陽(yáng)極，三芳胺作空穴傳輸層， Mg/Ag 合金作陰極， 首次制成了雙層 OLED 器件結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了用低壓直流驅(qū)動(dòng)來(lái)獲得高亮度和高效率的效果。同年鄧青云發(fā)表全球第一篇小分子、雙層式結(jié)構(gòu)有機(jī)電激發(fā)光組件裝置的文章。 1990 年，英國(guó)劍橋大學(xué)的 Friend[4]等人發(fā)現(xiàn)導(dǎo)電高分子材料 PPV具有良好的電致發(fā)光性能，并成功的開(kāi)發(fā)出以涂布方式將高分子材料應(yīng)用在 OLED 上，制成聚合物 OLED 器件。于是 OLED 挾著特有的自發(fā)光性、廣視角、 高對(duì)比、快應(yīng)答速度和近毫米(mm)厚度的輕薄型化等特性，成為眾人引領(lǐng)期盼的新顯示器技術(shù)之一，自此 OLED 的研究進(jìn)入了一個(gè)快速發(fā)展的時(shí)期。經(jīng)過(guò)二十余年的不斷發(fā)展，至今 OLED 的研究發(fā)展已邁入雙十年頭，然而， OLED 正式的商品卻寥寥可數(shù)，有也是屬于較低階的顯示器應(yīng)用于攜帶式電子產(chǎn)品上。而阻礙 OLED商品化的主要因素可歸咎于大型全彩化良率低和壽命短等問(wèn)題。 OLED 具備極其廣闊的市場(chǎng)前景，其應(yīng)用領(lǐng)域的廣泛無(wú)疑推動(dòng)了 OLED 產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。盡管有機(jī)發(fā)光二極管 (OLED)的材料發(fā)展進(jìn)度看來(lái)相當(dāng)良好，業(yè)界也陸續(xù)披露了有關(guān)效 能與亮度不斷獲得突破性進(jìn)展的新聞， OLED 有望成為未來(lái)平板顯示的主流技術(shù)，然而，在柔性照明與顯示設(shè)備領(lǐng)域中，仍有一個(gè)主要問(wèn)題懸而未決：這類裝置的壽命都太短了，其壽命特性已成為制約 OLED 發(fā)展的關(guān)鍵因素之一。盡管 OLED 壽命近幾年有了顯著提高，企業(yè)開(kāi)展的常規(guī)壽命試驗(yàn)方法不僅耗費(fèi)大量時(shí)間，而且極易落后于產(chǎn)品更新?lián)Q代的速度，這樣壽命測(cè)試失去了意義。而顯示技術(shù)的更新?lián)Q代也是其發(fā)展的必然， OLED 顯示技術(shù)與傳統(tǒng)的 LCD 顯示方式不同，無(wú)需背光燈，采用非常薄的有機(jī)材料涂層和玻璃基板，當(dāng)有電流通過(guò)時(shí)，這些有機(jī)材料就會(huì)發(fā)光。 而且 OLED 顯示屏幕可以做得更輕更薄，無(wú)可視角度限制，能夠顯著節(jié)省電能，但有機(jī)發(fā)光顯示技術(shù)還存在使用壽命短、屏幕大型化難等缺陷。雖然將來(lái)技術(shù)更優(yōu)秀的 OLED 將會(huì)取代 LCD，如何攻克技術(shù)難題，將成為中外企業(yè)的重中之重。同時(shí)也決定了 OLED 在平板電視上廣泛應(yīng)用的進(jìn)程。因此，迫切需要開(kāi)發(fā)一種 OLED加速壽命測(cè)試方法來(lái)加快產(chǎn)品的壽命測(cè)試進(jìn)程。由于白光 OLED 在使用上的廣泛，這也就是本文研究白光 OLED 壽命的意義所在。 OLED 的特點(diǎn) OLED，即有機(jī)發(fā)光二極管，又稱為有機(jī)電激光顯示。因?yàn)榫邆漭p薄、省電、高效 率、高亮度、寬視角、低功耗、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，因此從 2021 年開(kāi)始，這種顯示設(shè)備在 MP3播放器上得到了廣泛應(yīng)用。 OLED 照明的優(yōu)勢(shì)在于具備高發(fā)光效率，適用于大面積面光源，而且針對(duì)不同地區(qū)的用戶，能調(diào)整其顏色符合各種色溫需求。其次， OLED 照明可以做到材質(zhì)柔軟、易于裁切、造型輕薄，及低驅(qū)動(dòng)電壓等特性，相當(dāng)符合當(dāng)前流行的綠色環(huán)保要求。 OLED 照明的價(jià)格雖然比較高昂，但是卻能通過(guò)后期不斷改進(jìn)的使用壽命和效率得到平衡。且由于其薄平面和柔軟的特性，可以考慮往高端消費(fèi)和建筑市場(chǎng)發(fā)展，與 LED 照明基于 BRM 下白光 OLED 恒定應(yīng)力加速壽命試驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析 2 相互補(bǔ)充，共同成為未來(lái)的 綠色照明光源 [5]。 OLED 的結(jié)構(gòu)和工作原理 OLED 的基本結(jié)構(gòu)是由一薄而透明具半導(dǎo)體特性之銦錫氧化物 (ITO)，與電力之正極相連，再加上另一個(gè)金屬陰極，包成如三明治的結(jié)構(gòu)。整個(gè)結(jié)構(gòu)層中包括了：空穴傳輸層(HTL)、發(fā)光層 (EL)與電子傳輸層 (ETL)。當(dāng)電力供應(yīng)至適當(dāng)電壓時(shí)，正極空穴與陰極電荷就會(huì)在發(fā)光層中結(jié)合，產(chǎn)生光亮，依其配方不同產(chǎn)生紅、綠和藍(lán) RGB 三原色，構(gòu)成基本色彩。白光器件按照結(jié)構(gòu)來(lái)劃分，可以分為多種結(jié)構(gòu)：?jiǎn)我痪酆衔锇坠?OLED、單發(fā)光層白光 OLED、多發(fā)光層白光 OLED、微腔結(jié)構(gòu) 白光 OLED、 PIN 結(jié)構(gòu)白光 OLED、疊層結(jié)構(gòu)白光 OLED 和下轉(zhuǎn)換白光 OLED。 OLED 的特性是自己發(fā)光，不像 TFTLCD 需要背光，因此可視度和亮度都高，其次是電壓需求低且省電效率高等，被視為 21 世紀(jì)最具前途的產(chǎn)品之一。有機(jī)發(fā)光二極體的發(fā)光原理和無(wú)機(jī)發(fā)光二極體相似。當(dāng)元件受到直流電所衍生的順向偏壓時(shí)，外加之電壓能量將驅(qū)動(dòng)電子與空穴分別由陰極與陽(yáng)極注入元件，當(dāng)兩者在傳導(dǎo)中相遇、結(jié)合，即形成所謂的電子 —— 空穴復(fù)合。而當(dāng)化學(xué)分子受到外來(lái)能量激發(fā)后，若電子自旋和基態(tài)電子成對(duì)，則為單重態(tài)，其所釋放的光為所謂的熒光；反 之，若激發(fā)態(tài)電子和基態(tài)電子自旋不成對(duì)且平行，則稱為三重態(tài)，其所釋放的光為所謂的磷光。 OLED的一般結(jié)構(gòu)如圖 所示。 圖 OLED 的一般結(jié)構(gòu) 當(dāng)電子的狀態(tài)位置由激態(tài)高能階回到穩(wěn)態(tài)低能階時(shí)，其能量將分別以光子或熱能的方式放出，其中光子的部分可被利用當(dāng)作顯示功能；有機(jī)熒光材料在室溫下并無(wú)法觀測(cè)到三重態(tài)的磷光，故 PMOLED 元件發(fā)光效率之理論極限值僅 25%。 PMOLED 發(fā)光原理是利用材料能階差，將釋放出來(lái)的能量轉(zhuǎn)換成光子，所以我們可以選擇適當(dāng)?shù)牟牧袭?dāng)作發(fā)光層或是在發(fā)光層中摻雜染料以得到我們所需要 的發(fā)光顏色。此外，一般電子與電洞的結(jié)合反應(yīng)均在數(shù)十納秒（ ns）內(nèi)，故 PMOLED 的應(yīng)答速度非?？靃6]。 上海電力學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 單一聚合物白光 OLED 單一聚合物白光 OLED 主要以旋涂的單一聚合物為主，由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可用旋涂、噴墨、印刷、卷對(duì)卷等廉價(jià)的加工工藝成膜，制備的白光 OLED 在顯示與照明領(lǐng)域中由于低成本而得到廣泛應(yīng)用。然而，由于效率低、穩(wěn)定性差等問(wèn)題，單一聚合物白光 OLED 一直沒(méi)有取得明顯進(jìn)展。最近， [7]研究組在單一聚合物白光 OLED 方面取得了突破，他們用分子摻雜的物理思想，在發(fā)光分子的主 鏈或側(cè)鏈上引入高效率發(fā)光基團(tuán)，通過(guò)控制主鏈分子與發(fā)光基團(tuán)之間的能量傳遞，合成出了一系列可發(fā)白光的單一聚合物，并用這些聚合物制備出了高效率白光 OLED。目前最好的結(jié)果是亮度 12680cd/m2，效率 ， CIE 色度坐標(biāo) (， )，重要的是由于不存在分子摻雜型的相分離問(wèn)題，這種單一聚合物白光 OLED 顯示了非常好的光譜穩(wěn)定性，圖 給出了兩個(gè)單一聚合物白光器件在不同電壓下的電致發(fā)光光譜。可以看到，光譜并不隨電壓發(fā)生變化，這在實(shí)際應(yīng)用中非常重要 [8]。 圖 兩個(gè) 單一聚合物白光器件在不同電壓下的電致發(fā)光光譜 OLED 材料及其對(duì)壽命的影響 一般而言， OLED 可按發(fā)光材料分為兩種：小分子 OLED 和高分子 OLED（也可稱為PLED）。小分子 OLED 和高分子 OLED 的差異主要表現(xiàn)在器件的制備工藝不同：小分子器件主要采用真空熱蒸發(fā)工藝，高分子器件則采用旋轉(zhuǎn)涂覆或噴涂印刷工藝。導(dǎo)致照明顯示產(chǎn)品壽命問(wèn)題的主要在于發(fā)光材料本身，即其對(duì)水份和氧氣的固有敏感性。而無(wú)論這些照明顯示設(shè)備多么令人印象深刻，或是看起來(lái)有多優(yōu)雅，消費(fèi)者都不會(huì)愿意購(gòu)買產(chǎn)品壽命過(guò)短的產(chǎn)品。對(duì)有機(jī)太陽(yáng)能光 伏 (anicphotovoltaics， OPV)材料而言也是如此 ──盡管與結(jié)晶硅相比，這種新興材料擁有潛在的低成本加工法等優(yōu)勢(shì)，但即使對(duì)一些不大要求長(zhǎng)壽命的應(yīng)用來(lái)說(shuō)，它的壽命仍然不夠長(zhǎng)。而材料也就和壽命有著密切的關(guān)系，影響 OLED 壽命衰退的因素，可將其區(qū)分為內(nèi)在和外在兩種。所謂的外在因素，就是指 OLED 壽命衰退并非與 OLED 本身組件結(jié)構(gòu)或是所使用的有機(jī)材料有關(guān)。而造成外在因素的最大來(lái)源就是環(huán)境中的水氧，由于 OLED 內(nèi)有機(jī)材料與高活性金屬陰極對(duì)于環(huán)境中的水氧皆相當(dāng)敏感，受侵基于 BRM 下白光 OLED 恒定應(yīng)力加速壽命試驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析 4 蝕的位置當(dāng) OLED 通電時(shí)即呈現(xiàn) 不發(fā)光的黑點(diǎn)，而黑點(diǎn)將會(huì)隨著時(shí)間的增長(zhǎng)而慢慢變大，使得真正發(fā)光的區(qū)域越來(lái)越小，造成 OLED 亮度衰退的現(xiàn)象。當(dāng)能夠完全抑制 OLED 組件黑點(diǎn)的生長(zhǎng)來(lái)源后，卻仍可以發(fā)現(xiàn) OLED 的亮度還是隨著操作時(shí)間增長(zhǎng)而產(chǎn)生衰退現(xiàn)象。而這樣的衰退機(jī)制，就要?dú)w咎于 OLED 本身組件結(jié)構(gòu)或是所使用的有機(jī)材料上，因此，這些就稱之為內(nèi)在因素。 有機(jī)材料有以下性質(zhì)對(duì)壽命有直接影響： (1)熱穩(wěn)定性：熱穩(wěn)定性是指有機(jī)材料本身需具有高的玻璃轉(zhuǎn)移溫度、和高的熱裂解溫度。這是因?yàn)樵?OLED 制作過(guò)程中，有機(jī)膜層是以熱蒸鍍的方式形成，所以剛蒸鍍于基板上 的有機(jī)膜層多屬于非結(jié)晶型態(tài)；然而，對(duì)于一些低玻璃轉(zhuǎn)移溫度的有機(jī)材料來(lái)說(shuō)，其易受到操作環(huán)境的溫度或是 OLED 組件內(nèi)部產(chǎn)生的焦耳熱 (JouleHeating)，誘使膜層產(chǎn)生結(jié)晶型態(tài)，如此將會(huì)改變有機(jī)材料原本的物理性質(zhì)，進(jìn)而造成 OLED 亮度衰退的現(xiàn)象。 (2)電和光激發(fā) (氧化還原 )穩(wěn)定性：在多層式 OLED 組件中，理論上，空穴傳輸層中就只有空穴載子在其中傳遞，而電子傳輸層中就只有電子載子在其中