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目录摘要ABSTRACT第一章 绪论-1 白光OLED的开展背景-11.2 OLED的特点-11.2.1 OLED的结构和工作原理-21.2.3 OLED材料及其对寿命的影响-31.3 白光OLED器件的性能指标-41.3.1 寿命-41.3.2 效率-51.3.3 显色指数、色温-6 国内外OLED应用与开展-6-8第二章 可靠性概述-92.1 可靠性介绍-92.1.1 可靠性和故障-92.1.2 可靠性三要素-102.1.3 可靠性评价-102.2 可靠性研究的意义-102.3 可靠性根本参数-122.4 OLED与LED电子产品的可靠性-13第三章 OLED加速寿命试验理论模型-143.1 威布尔寿命分布-143.2 加速寿命试验模型-143.3 加速寿命试验的类型-153.4 双线性回归方法-173.5寿命计算公式-18第四章 试验数据的统计分析及寿命估计-194.1试验数据-194.2 威布尔参数估计-194.3 加速寿命方程-194.4 分布拟合的校验-204.5 正常应力下的寿命预测-20第五章 结论-20参考文献-21致谢-23基于BRM下白光OLED恒定应力加速寿命试验数据的统计分析摘 要利用三组恒定应力加速寿命试验数据来取得白光OLED的寿命信息。采用三参数威布尔函数描述了白光OLED的寿命分布，并使用双线性回归法BRM估计形状参数和尺度参数，然后对白光 OLED寿命是否符合威布尔分布进行了Kolmogorov-Smirnov检验。数值结果说明，OLED的寿命服从威布尔分布，精确计算得到的加速参数使快速估算OLED 寿命成为了可能。关键词：OLED；威布尔分布；寿命预测；双线性回归法STATISTICAL ANALYSIS ON CONSTANT-STRESS ACCELERATED LIFE TESTING DATA OF WHITE OLED BASED ON BRMABSTRACTData of three accelerated life tests at constant current stresses was used to get the life information of white OLED. The three-parameter 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 Kolmogorov-Smirnov 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第一章 绪论OLED技术于1963年被美国New York大学的Pope1教授发现，使用400V的直流电通过蒽晶体时，观察到发光的现象。但是由于当时器件的驱动电压太高，发光效率太低，尽管Pope发表了世界上第一篇有关OLED的文献，而没有引起足够的重视。之后1987年，邓青云2和Van Slyke3采用了超薄膜技术，用透明导电膜作阳极，三芳胺作空穴传输层，Mg/Ag合金作阴极，首次制成了双层OLED器件结构，实现了用低压直流驱动来获得高亮度和高效率的效果。同年邓青云发表全球第一篇小分子、双层式结构有机电激发光组件装置的文章。1990年，英国剑桥大学的Friend4等人发现导电高分子材料PPV具有良好的电致发光性能，并成功的开发出以涂布方式将高分子材料应用在OLED上，制成聚合物OLED器件。于是OLED挟着特有的自发光性、广视角、高比照、快应答速度和近毫米(mm)厚度的轻薄型化等特性，成为众人引领期盼的新显示器技术之一，自此OLED的研究进入了一个快速开展的时期。经过二十余年的不断开展，至今OLED的研究开展已迈入双十年头，然而，OLED正式的商品却寥寥可数，有也是属于较低阶的显示器应用于携带式电子产品上。而阻碍OLED商品化的主要因素可归咎于大型全彩化良率低和寿命短等问题。OLED具备极其广阔的市场前景，其应用领域的广泛无疑推动了OLED产业的开展。尽管有机发光二极管(OLED)的材料开展进度看来相当良好，业界也陆续披露了有关效能与亮度不断获得突破性进展的新闻，OLED有望成为未来平板显示的主流技术，然而，在柔性照明与显示设备领域中，仍有一个主要问题悬而未决：这类装置的寿命都太短了，其寿命特性已成为制约OLED开展的关键因素之一。尽管OLED寿命近几年有了显著提高，企业开展的常规寿命试验方法不仅消耗大量时间，而且极易落后于产品更新换代的速度，这样寿命测试失去了意义。而显示技术的更新换代也是其开展的必然，OLED显示技术与传统的LCD显示方式不同，无需背光灯，采用非常薄的有机材料涂层和玻璃基板，当有电流通过时，这些有机材料就会发光。而且OLED显示屏幕可以做得更轻更薄，无可视角度限制，能够显著节省电能，但有机发光显示技术还存在使用寿命短、屏幕大型化难等缺陷。虽然将来技术更优秀的OLED将会取代LCD，如何攻克技术难题，将成为中外企业的重中之重。同时也决定了OLED在平板电视上广泛应用的进程。因此，迫切需要开发一种OLED加速寿命测试方法来加快产品的寿命测试进程。由于白光OLED在使用上的广泛，这也就是本文研究白光OLED寿命的意义所在。1.2 OLED的特点OLED，即有机发光二极管，又称为有机电激光显示。因为具备轻薄、省电、高效率、高亮度、宽视角、低功耗、响应速度快等优点，因此从2003年开始，这种显示设备在MP3播放器上得到了广泛应用。OLED照明的优势在于具备高发光效率，适用于大面积面光源，而且针对不同地区的用户，能调整其颜色符合各种色温需求。其次，OLED照明可以做到材质柔软、易于裁切、造型轻薄，及低驱动电压等特性，相当符合当前流行的绿色环保要求。OLED照明的价格虽然比拟高昂，但是却能通过后期不断改良的使用寿命和效率得到平衡。且由于其薄平面和柔软的特性，可以考虑往高端消费和建筑市场开展，与LED照明相互补充，共同成为未来的绿色照明光源5。1.2.1 OLED的结构和工作原理OLED的根本结构是由一薄而透明具半导体特性之铟锡氧化物(ITO)，与电力之正极相连，再加上另一个金属阴极，包成如三明治的结构。整个结构层中包括了：空穴传输层(HTL)、发光层(EL)与电子传输层(ETL)。当电力供给至适当电压时，正极空穴与阴极电荷就会在发光层中结合，产生光亮，依其配方不同产生红、绿和蓝RGB三原色，构成根本色彩。白光器件按照结构来划分，可以分为多种结构：单一聚合物白光OLED、单发光层白光OLED、多发光层白光OLED、微腔结构白光OLED、PIN结构白光OLED、叠层结构白光OLED和下转换白光OLED。OLED的特性是自己发光，不像TFTLCD需要背光，因此可视度和亮度都高，其次是电压需求低且省电效率高等，被视为21世纪最具前途的产品之一。有机发光二极体的发光原理和无机发光二极体相似。当元件受到直流电所衍生的顺向偏压时，外加之电压能量将驱动电子与空穴分别由阴极与阳极注入元件，当两者在传导中相遇、结合，即形成所谓的电子空穴复合。而当化学分子受到外来能量激发后，假设电子自旋和基态电子成对，那么为单重态，其所释放的光为所谓的荧光；反之，假设激发态电子和基态电子自旋不成对且平行，那么称为三重态，其所释放的光为所谓的磷光。OLED的一般结构如图1.1所示。图1.1 OLED的一般结构当电子的状态位置由激态高能阶回到稳态低能阶时，其能量将分别以光子或热能的方式放出，其中光子的局部可被利用当作显示功能；有机荧光材料在室温下并无法观测到三重态的磷光，故PM-OLED元件发光效率之理论极限值仅25%。PM-OLED发光原理是利用材料能阶差，将释放出来的能量转换成光子，所以我们可以选择适当的材料当作发光层或是在发光层中掺杂染料以得到我们所需要的发光颜色。此外，一般电子与电洞的结合反响均在数十纳秒ns内，故PM-OLED的应答速度非常快6。1.2.2 单一聚合物白光OLED7研究组在单一聚合物白光OLED方面取得了突破，他们用分子掺杂的物理思想，在发光分子的主链或侧链上引入高效率发光基团，通过控制主链分子与发光基团之间的能量传递，合成出了一系列可发白光的单一聚合物，并用这些聚合物制备出了高效率白光OLED。目前最好的结果是亮度12680cd/m2，效率8.99cd/A和5.75lm/W，CIE色度坐标(0.35，0.34)，重要的是由于不存在分子掺杂型的相别离问题，这种单一聚合物白光OLED显示了非常好的光谱稳定性，图1.2给出了两个单一聚合物白光器件在不同电压下的电致发光光谱。可以看到，光谱并不随电压发生变化，这在实际应用中非常重要8。 两个单一聚合物白光器件在不同电压下的电致发光光谱1.2.3 OLED材料及其对寿命的影响一般而言，OLED可按发光材料分为两种：小分子OLED和高分子OLED也可称为PLED。小分子OLED和高分子OLED的差异主要表现在器件的制备工艺不同：小分子器件主要采用真空热蒸发工艺，高分子器件那么采用旋转涂覆或喷涂印刷工艺。导致照明显示产品寿命问题的主要在于发光材料本身，即其对水份和氧气的固有敏感性。而无论这些照明显示设备多么令人印象深刻，或是看起来有多优雅，消费者都不会愿意购置产品寿命过短的产品。对有机太阳能光伏(organicphotovoltaics，OPV)材料而言也是如此尽管与结晶硅相比，这种新兴材料拥有潜在的低本钱加工法等优势，但即使对一些不大要求长寿命的应用来说，它的寿命仍然不够长。而材料也就和寿命有着密切的关系，影响OLED寿命衰退的因素，可将其区分为内在和外在两种。所谓的外在因素，就是指OLED寿命衰退并非与OLED本身组件结构或是所使用的有机材料有关。而造成外在因素的最大来源就是环境中的水氧，由于OLED内有机材料与高活性金属阴极对于环境中的水氧皆相当敏感，受侵蚀的位置当OLED通电时即呈现不发光的黑点，而黑点将会随着时间的增长而慢慢变大，使得真正发光的区域越来越小，造成OLED亮度衰退的现象。当能够完全抑制OLED组件黑点的生长来源后，却仍可以发现OLED的亮度还是随着操作时间增长而产生衰退现象。而这样的衰退机制，就要归咎于OLED本身组件结构或是所使用的有机材料上，因此，这些就称之为内在因素。有机材料有以下性质对寿命有直接影响：(1)热稳定性：热稳定性是指有机材料本身需具有高的玻璃转移温度、和高的热裂解温度。这是因为在OLED制作过程中，有机膜层是以热蒸镀的方式形成，所以刚蒸镀于基板上的有机膜层多属于非结晶型态；然而，对于一些低玻璃转移温度的有机材料来说，其易受到操作环境的温度或是OLED组件内部产生的焦耳热(JouleHeating)，诱使膜层产生结晶型态，如此将会改变有机材料原本的物理性质，进而造成OLED亮度衰退的现象。(2)电和光激发(氧化复原)稳定性：在多层式OLED组件中，理论上，空穴传输层中就只有空穴载子在其中传递，而电子传输层中就只有电子载子在其中传递；然而，对于发光层来说，就同时存在着电子与空穴载子于其中。因此，作为发光层的有机材料，其对电和光激发的稳定性、或是其带正电或带负电的离子物质是否稳定就格外重要。(3)有机材料纯度：有机材料的纯度，被视为最根底来评断有机材料是否能用于OLED的首要条件之一，然而，却又是最容易被轻视的问题之一。磷光材料开发的领导厂商UniversalDisplayCorporation(UDC)，针对其产品红色磷光客发光体材料(RD07)的不同纯度对于OLED寿命进行测量，发现不同纯度的有机材料对于寿命有着相当程度的影响9。1.3 白光OLED器件的性能指标白光OLED器件的性能指标主要包括寿命、效率、显色指数、色温等，下面就来简要介绍一下这几个重要参数。1.3.1 寿命OLED器件寿命的评估最早是由柯达提出的，它是指当器件亮度为初始亮度的一半时器件的发光时间。影响OLED寿命的因素主要有以下几点：1OLED的阴电极大多为电离能较小的活泼金属(如钙、镁、铝等)，它们在含氧的环境中极易被氧化，从而导致器件性能的下降；2有机发光材料对杂质、氧、水都非常敏感，极易被污染，从而降低发光效率；3OLED工作时产生的焦耳热会进一步加剧OLED器件中各种材料，如衬底材料、发光材料、辅助材料和电极在空气中的老化，进而影响器件的使用寿命。此外如果器件的效率低，那么意味着有更多的光以热的形式辐射掉了，也会影响器件的稳定性。因此，提高效率除了省电，也有助于提高寿命。而对小型显示器件而言，OLED的寿命(在100cd/m2条件下大于5,000小时)是足够的，但用于照明，这是远远不够的，必须在目前的根底上提高2050倍，即寿命至少要在1000cd/m2亮度下超过20000小时。根据之前分析的影响寿命的因素，提高器件寿命可从以下方面加以考虑：（1） 提高器件的发光效率OLED工作时，激子退激存在辐射、非辐射两种复合方式，辐射复合产生光，而非辐射复合产生热，使器件发热升温、有机材料老化、小分子晶化，导致OLED的寿命降低。因此，提高器件的发光效率，降低热的产生，减少热对有机薄膜结构和性能的影响是延长其寿命的重要手段。（2） 减少器件的老化尽量防止短路现象的发生，此现象的发生主要是因为有机薄膜不均匀致密，从而有贯穿有机层的微型导电通路形成。因此，制备高质量的有机薄膜是解决此问题的关键，消除杂质的影响，使有机材料通过升华等方法到达高纯或超高纯的目的。要延长器件的寿命，封装技术的研究与开发更显得尤为紧迫和重要。如以下图所示，下面就几种封装方法的优缺点进行讨论。 图1.3 封装图1物理法封装技术OLED封装的一个简单方法就是将金属背电极包埋在一层厚的金属涂层中，这种方法加工简便、价格低廉。但在金属蒸镀过程中不可防止地会有针孔缺陷形成，这一缺陷是目前已有技术很难克服的。由于针孔为氧气和水分的侵入提供了足够的空间，所以这种方法对于延长OLED的使用寿命并不是十分有效的方法。2化学法封装技术利用气相沉积聚合法对OLED器件进行封装，具体运用何种气相沉积技术以及何种材料进行封装需视情况而定。3复合封装法复合封装法也就是所谓的多层包覆密封，它弥补了靠单一无机物或有机物封装带来的缺陷，被认为是最具开展前景的一类封装方法。2021年维信诺Visionox公司宣布，该公司与清华大学合作，在白光OLED器件寿命方面取得新突破。采用低本钱荧光材料制备的白光OLED器件，在1000cd/m2初始亮度下，寿命超过100000小时，超过了业界之前公布的最好记录。此次在白光OLED寿命方面取得的重大突破，是由于清华大学和维信诺的研究人员采用了新型复合发光层结构，同时也解决了OLED光源屏体发光均匀性问题。寿命对OLED器件的重要性不言而喻，国内在寿命方面能取得突破也让人十分欣喜。本文也着重研究了OLED的寿命试验数据的统计分析。1.3.2 效率由于OLED发光属于电流驱动，因此量子效率可以比拟准确地描述OLED内发光机制的优劣。量子效率定义为放出光子数目与注入电子数目的比率，而量子效率又可分为外部量子效率和内部量子效率。外部量子效率是指在观测方向，射出器件外表的光子数目与注入电子数目的比率，由于OLED器件是多层结构，发光层所发出的光会经由波导效应或再吸收而损失，因此内部量子效率是排除此效应后发光层实际的发光效率，而出光率即为外部量子效率与内部量子效率之比。如果应用在显示技术上，发光效率又称电流效率。它和发光效率是较常被使用的，前者注重发光材料特性的考虑，为材料与化学家常引用，而后者那么注重面板耗电和能量系统设计的考量，为光电工程师常用。1.3.3 显色指数、色温光源的色温是通过比照它的色彩和理论的热黑体辐射体来确定的。热黑体辐射体与光源的色彩相匹配时的开尔文温度就是那个光源的色温，它直接和普朗克黑体辐射定律相联系。显色指数是通过与同色温的参考或基准光源(白炽灯或日光)下物体外观颜色的比拟。光所发射的光谱内容决定光源的光色，但同样光色可由许多、少数甚至仅仅两个单色的光波混合而成，对各个颜色的显色性亦大不相同。相同光色的光源会有相异的光谱组成，光谱组成较广的光源较有可能提供较佳的显色品质。当光源光谱中很少或缺乏物体在基准光源下所反射的主波时，会使颜色产生明显的色差。色差程度愈大，光源对该色的显色性愈差。一般来说，色温在30006000K之间的高质量光源显色指数要在80以上。2007年，柯尼卡美能达公司宣布了其白光器件在效率上取得的进展，采用蓝色、黄绿色和红色磷光材料而制备的白光器件在亮度1000cd/m2下效率可以到达64lm/W，此效率远远超过了白炽灯的效率，为白光OLED进入照明市场提供了可能。2021年，美国UDC宣布其开发出了在亮度1000cd/m2下发光效率可到达1021m/W的白光OLED，发出的白光显色指数(CRI)为70，色温为3900K，寿命为8000小时。此款白光技术除了使用UDC自己开发的磷光材料外，还使用了与南韩LG化学和新日铁化学合作开发的材料，这是当初白光技术方面宣布的最高效率10。1.4 国内外OLED应用与开展作为未来的商业领域的重头戏，自1999年首度商业化以来，OLED已成功的应用在多个领域中。在商业领域OLED显示屏可以适用于POS机和ATM机、复印机、游戏机等；在通讯领域那么可适用于 、移动网络终端等领域；在计算机领域那么可大量应用在PDA、商用PC和家用PC、笔记本电脑上；消费类电子产品领域，那么可适用于音响设备、数码相机、便携式DVD；在工业应用领域那么适用于仪器仪表等；在交通领域那么用在GPS、飞机仪表上等。因此，OLED在国内外都有很高的受重视程度。1国外OLED开展概况美国越来越重视OLED照明，在美国国家方案中有固态照明的工程，其中OLED照明工程的目标为“到达75150lmPW，且使用寿命为10000h。在美国能源部推进的固体照明开发工程中，柯达公司开发的是发光效率和寿命等符合国际标准“EnergyStar的OLED照明。柯达现已开发出了发光效率符合EnergyStar标准的OLED照明器具，其发光效率为561mPW，寿命为10000h。美国UDC公司针对困扰OLED照明的商业化的寿命问题，一直在不断改良OLED器件的效率、颜色和寿命，2021年其研发成功寿命为80000h的OLED器件(在1000cdPm2效率到达501mPW)，这项成就增强了OLED照明取代传统照明的可行性。2021年5月，UDC公司研制成功了在1000cdPm2到达1021mPW的OLED器件，这项成果对OLED技术来说具有里程碑意义，这一效率已经超过了目前的白炽灯和荧光灯。这些技术均来自于该公司独有的磷光OLED技术。国外的电气公司与各种国际机构(如IEE、IEEE等)中，可靠性工作都很受重视，IEC在1965年成立了可靠性与维修性技术委员会，至今已发布了不少关于可靠性与维修性方面根底性或共性的标准：如IEC300?可靠性与维修性管理?，它为产品在制订可靠性与维修性时提供参考，还有IS09000系列标准的补充文件提供有关可靠性方面的内容；还有IEC605?设备可靠性试验?与IEC706?维修性导那么?IEC605是关于设备可靠性试验方面一套较为完整的根底性标准，它规定了设备可靠性验证试验和可靠性测定试验的总原那么、具体程序及试验方案。日本对于OLED照明的兴趣也在迅速增长中，日本政府参与的New Energyand Industrial Technology Development Organization正在推广一些方案，其中一个方案中，松下电工、出光兴产与Tazmo这3家企业将协作开发OLED照明技术。另外，日本钢铁化学(Nippon Steel Chemical)已开始就此供给相关材料。日本的Konica Minolta公司在2006年1月30号宣布已经成功开发了1000cdPm2到达64lmPW的白光OLED亮度适用于照明应用。2021年5月Lumiotec新公司成立时，其发布的OLED面板亮度为5000cdPm2，发光效率为201mPW，寿命为6000h，2021年3月在东京有明国际会展上展出了该公司用研发装置制作的厚度119mm的面板11。2国内OLED开展概况我国OLED技术研究经过10余年的开展，取得了一系列重大技术成果，并成功实现了产业化，为我国实现显示产业的弯道赶超带来了希望。国内许多知名企业如维信诺、上海天马、京东方、彩虹、虹视等都在大力推进OLED特别是AMOLED开展的步伐。其中北京维信诺科技，清华大学技术入股，建有中国大陆第一条OLED试生产线，与清华一起申请了30多项国内外OLED专利。开发了128*64、132*64、16*1等OLED产品。并研制成功了64(RGB)*64、96(RGB)*64、160(RGB)*128彩色OLED，96*64多色及240单色OLED样品，并在2021年进入规模化生产。2005年11月开始在昆山筹备建立中国大陆第一条OLED大规模生产线。上海航天欧德(上海大学)，与杭州士兰微电子合作，最近成功开发出具有自主知识产权的国内第一款OLED专用驱动IC芯片。其包括一颗80行驱动(SC1680)和一颗80列驱动(SC16805)采用QFP封装，用于 屏的TAB和COF用驱动IC也已开发出样品。汕尾信利半导体技术：韩国Viatron，设备：日本Evatach，该公司的OLED生产线是中国大陆第一条具有规模生产能力的生产线。尽管如此，我国境内的融资环境还不完善，与平板显示产业的“高投入、长周期的投资组织模式有差距，研发投入缺乏，缺少核心专利技术。加强政策财政支持力度，政府部门要加大对各种平板显示核心技术研发的支持力度，强化自主创新能力，着重突破技术开展瓶颈，大力开展拥有自主知识产权的技术，提高低一代显示技术的自主创新能力。产业链不完善，国内产业链奉献价值不突出，大局部关键根底材料和核心关键设备依赖进口。形成自主生产平板显示器件的能力。中国企业在专利领域的积累仍处于最初阶段，仍需在相对较长的一段时间内投入更多精力做好OLED产业根底研发工作，同时应注重全球范围专利布局研究，并慎重考虑中国自身在该领域内的专利布局情况，以取得长足开展。中国大陆还没有一家能够提供稳定量产供货OLED材料的厂商，所以目前OLED材料需要全面进口。国家各级政府对包括OLED在内的新型平板显示器等一批重大高技术产业化的研究的越来越重视,支持力度越来越集中，而且采取了加大政府采购对自主创新产品的支持等鼓励企业研发的有力措施。光电显示产业及其相关产业是国民经济的支柱产业之一。基于自主技术的中国大陆OLED产业的兴起对提升我国显示产业的国际竞争力具有重要意义。新兴的OLED技术为中国大陆显示器行业实现跨越式开展提供了一个难得的历史机遇。我国大陆很多地方和企业加大对OLED产业的投入，加快了OLED技术的开展和产业规模的扩大，将会快速培养起一批能够尽早参与国际竞争的企业，形成突破点和带动效应，大大缩短“中国创造屹立于世界先进行列的进程，使中国成为国际光电显示产业强国12。1.5 研究白光OLED寿命的意义OLED具备极其广阔的市场前景，其应用领域的广泛无疑推动了OLED产业的开展。有望成为未来平板显示的主流技术，其寿命特性已成为制约OLED开展的关键因素之一。尽管OLED寿命近几年有了显著提高，企业开展的常规寿命试验方法不仅消耗大量时间，而且极易落后于产品更新换代的速度，这样寿命测试失去了意义。而显示技术的更新换代也是其开展的必然，OLED显示技术与传统的LCD显示方式不同，无需背光灯，采用非常薄的有机材料涂层和玻璃基板，当有电流通过时，这些有机材料就会发光。而且OLED显示屏幕可以做得更轻更薄，无可视角度限制，能够显著节省电能，但有机发光显示技术还存在使用寿命短、屏幕大型化难等缺陷。虽然将来技术更优秀的OLED将会取代LCD，如何攻克技术难题，将成为中外企业的重中之重。同时也决定了OLED在平板电视上广泛应用的进程。OLED由于具有高效率、高亮度、宽视角、低功耗、响应速度快等优点，得到国际社会特别是产业界和学术界的重视，已经逐渐拥有电视、MP3播放器、 、可弯曲标价牌的市场。从整体来看，OLED照明的优势在于具备高发光效率，适用于大面积面光源，而且针对不同地区的用户，能调整其颜色符合各种色温需求。其次，OLED照明可以做到材质柔软、易于裁切、造型轻薄，及低驱动电压等特性，相当符合当前流行的绿色环保要求。而白光OLED技术的全彩色像素点只有白色发光二极管。在三个白色发光OLED二极管的上部涂覆有红绿蓝三原色的滤光膜，进而形成视觉上的三原色发光。这种技术只涉及到白色一种OLED反光材料的制备，但是却需要采用三种滤光膜：不过滤光膜技术已经在LCD液晶面板产业中广泛应用，非常成熟。就目前OLED领域白光和三原色两大技术而言，在当前OLED快速普及的背景下，在保存三原色OLED高端产品的同时，推出低端白色OLED产品几乎是必然的趋势。相对RGB OLED显示来说，白光OLED技术难度与本钱较低，因此量产化的难度就更低，市场普及的可能性也高于RGB OLED。相比RGB OLED而言，白光OLED更值得我们研究的意义，但是唯有在寿命上给予保障，才会有效推动白光OLED的开展。因此，OLED产品的可靠性问题也日益受到关注，如果使用几年之后发现亮度减半，和现在的灯管LCD一样，OLED会更惨，LCD的灯管不行可以换灯管，OLED只有换屏了。售价5000美元更是会让顾客望而却步，只有在OLED的寿命可靠性得到证实，才是量产面市的时机。对于投入市场的有机EL器件要求在连续操作下使用寿命到达10000小时以上，储存寿命要求5年。一般的寿命试验在正常工作条件下需一年以上的时间，在时间和经费上来说已成为企业的沉重负担，因此，迫切需要开展加速寿命试验以期在较短的时间内评估白光OLED的使用寿命。我国是世界上用电量较大的国家之一，电量的12%被用于照明，目前照明光源主要有白炽灯和荧光灯。白炽灯的效率很低，只有1215lm/W，大局部能量以热的形式被浪费掉，荧光灯的效率约为白炽灯的4倍，但是荧光灯含有汞，会造成环境污染。因此，迫切需要一种新型的光源技术，于是有机发光二极管应运而生。OLED是平面固态光源，发光均匀，不闪烁，不仅效率高，有效节省了资源，而且环保无污染，还可以制备在柔性衬底上，是一种新型的具有无限应用潜力的绿色光源技术。所以，开发一种OLED加速寿命测试方法来加快产品的寿命测试进程是有必要的。由于白光OLED在使用上的广泛，这也就是我们研究白光OLED寿命的意义所在。本课题利用威布尔分布函数、双线性回归法(BRM)的理论建立白光OLED寿命估计的理论模型。通过已经实现的加大白光OLED的驱动电流开展的三组恒定应力加速寿命试验，利用威布尔函数来描述其寿命分布，并对已得到数据利用双线性回归法(BRM)完成了白光OLED加速寿命试验数据的统计分析13。第二章 可靠性概述2.1 可靠性介绍根据国家标准GB-6583的规定，环境可靠性是指：产品在规定的条件下、在规定的时间内完成规定的功能的能力。产品在设计、应用过程中，不断经受自身及外界气候环境及机械环境的影响，而仍需要能够正常工作，这就需要以试验设备对其进行验证，这个验证根本分为研发试验、试产试验、量产抽检三个局部。对产品而言，可靠性越高就越好。可靠性高的产品，可以长时间正常工作这正是所有消费者需要得到的；从专业术语上来说，就是产品的可靠性越高，产品可以无故障工作的时间就越长。2.1.1 可靠性和故障简单的说，狭义的“可靠性是产品在使用期间没有发生故障的性质。例如一次性注射器，在使用的时间内没有发生故障，就认为是可靠的；再如某些一旦发生故障就不能再次使用的产品，日光灯管就是这类型的产品，一般损坏了只能更换新的。从广义上讲，“可靠性是指使用者对产品的满意程度或对企业的信赖程度。而这种满意程度或信赖程度是从主观上来判定的。为了对产品可靠性做出具体和定量的判断，可将产品可靠性可以定义为在规定的条件下和规定的时间内，元器件产品、设备或者系统稳定完成功能的程度或性质。例如，汽车在使用过程中，当某个零件发生了故障，经过修理后仍然能够继续驾驶。产品实际使用的可靠性叫做工作可靠性。工作可靠性又可分为固有可靠性和使用可靠性。固有可靠性是产品设计制造者必须确立的可靠性，即按照可靠性规划，从原材料和零部件的选用，经过设计、制造、试验，直到产品出产的各个阶段所确立的可靠性。使用可靠性是指已生产的产品，经过包装、运输、储存、安装、使用、维修等因素影响的可靠性。产品、系统在规定的条件下，规定的时间内，完成规定功能的能力称为可靠性。这里的产品可以泛指任何系统、设备和元器件。产品可靠性定义的要素是三个“规定：“规定条件、“规定时间和“规定功能。提到可靠性，自然也会谈到故障。产品或产品的一局部不能或将不能完成预定功能的事件或状态，称之为故障。故障的表现形式，叫做故障模式。引起故障的物理化学变化等内在原因，叫做故障机理。不可修产品如电子元器件，失效产品的故障按其故障的规律可以分为两大类：偶然故障与渐变故障。2.1.2 可靠性三要素可靠性包含了耐久性、可维修性、设计可靠性三大要素。耐久性：产品使用无故障性或使用寿命长就是耐久性。例如，当空间探测卫星发射后，人们希望它能无故障的长时间工作，否那么，它的存在就没有太多的意义了，但从某一个角度来说，任何产品不可能100%的不会发生故障。可维修性：当产品发生故障后，能够很快很容易的通过维护或维修排除故障，就是可维修性。像自行车、电脑等都是容易维修的，而且维修本钱也不高，很快的能够排除故障，这些都是事后维护或者维修。而像飞机、汽车都是价格很高而且非常注重平安可靠性的要求，这一般通过日常的维护和保养，来大大延长它的使用寿命，这是预防维修。产品的可维修性与产品的结构有很大的关系，即与设计可靠性有关。设计可靠性：这是决定产品质量的关键，由于人机系统的复杂性，以及人在操作中可能存在的过失和操作使用环境的这种因素影响，发生错误的可能性依然存在，所以设计的时候必须充分考虑产品的易使用性和易操作性，这就是设计可靠性。一般来说，产品的越容易操作，发生人为失误或其他问题造成的故障和平安问题的可能性就越小；从另一个角度来说，如果发生了故障或者平安性问题，采取必要的措施和预防措施就非常重要。例如汽车发生了碰撞后，有气囊保护。2.1.3 可靠性评价可靠性的评价可以使用概率指标或时间指标，这些指标有：可靠度、失效率、平均无故障工作时间、平均失效前时间、有效度等。典型的失效率曲线是浴盆曲线，其分为三个阶段：早期失效区、偶然失效区、耗损失效区。早期失效区的失效率为递减形式，即新产品失效率很高，但经过磨合期，失效率会迅速下降。偶然失效区的失效率为一个平稳值，意味着产品进入了一个稳定的使用期。耗损失效区的失效率为递增形式，即产品进入老年期，失效率呈递增状态，产品需要更新。提高可靠性的措施可以是：对元器件进行筛选；对元器件降额使用，使用容错法设计使用冗余技术，使用故障诊断技术等。可靠性主要包括电路可靠性及元器件的选型有必要时用一定仪器检测14。产品的性能指标是应该充分重视的，但随着科学技术的开展，产品的可靠性也愈来愈被人们所重视，因为许多产品的使用价值是与其使用寿命的长短紧密相联的。一个生产高可靠性产品的工厂可以抵三、四个同类工厂，一个生产低可靠性产品的工厂往往因为失去在市场上的竞争能力而倒闭。所以，可靠性的研究是很有意义的。1可靠性研究的重要性首先是电子产品的复杂程度在不断增加。人们最早使用的矿石收音机是非常简单的，随之先后出现了各种类型的收音机、录音机、录放相机、通讯机、雷达、制导系统、电子计算机以及宇航控制设备，复杂程度不断地增长。电子设备复杂程度的显著标志是所需元器件数量的多少。而电子设备的可靠性决定于所用元器件的可靠性，因为电子设备中的任何一个元器件、任何一个焊点发生故障都将导致系统发生故障。一般说来，电子设备所用的元器件数量越多，其可靠性问题就越严重，为保证设备或系统能可靠地工作，对元器件可靠性的要求就非常高、非常苛刻。其次，电子设备的使用环境日益严酷，现已从实验室到野外，从热带到寒带，从陆地到深海，从高空到宇宙空间，经受着不同的环境条件，除温度、湿度影响外，海水、盐雾、冲击、振动、宇宙粒子、各种辐射等对电子元器件的影响，导致产品失效的可能性增大。第三，电子设备的装置密度不断增加。从第一代电子管产品进入第二代晶体管，现已从小、中规模集成电路进入到大规模和超大规模集成电路，电子产品正朝小型化、微型化方向开展，其结果导致装置密度的不断增加，从而使内部温升增高，散热条件恶化。而电子元器件将随环境温度的增高，降低其可靠性，因而元器件的可靠性引起人们的极大重视。可靠性已经列为产品的重要质量指标加以考核和检验。长期以来，人们只用产品的技术性能指标作为衡量电子元器件质量好坏的标志，这只反映了产品质量好坏的一个方面，还不能反映产品质量的全貌。因为，如果产品不可靠，即使其技术性能再好也得不到发挥。从某种意义上说，可靠性可以综合反映产品的质量。可靠性工程是一个综合的学科，它的开展可以带动和促进产品的设计、制造、使用、材料、工艺、设备和管理的开展，把电子元器件和其它电子产品提高到一个新的水平。正因为这样，可靠性已形成一个专门的学科，作为一个专门的技术进行研究15。2可靠性高的优势可靠性高的产品才能满足现代技术和生产的需要。现代生产技术的开展特点之一是自动化水平不断提高。一条自动化生产线是由许多零部件组成，生产线上一台设备出了故障，那么会导致整条线停产，这就要求组成线上的产品要有高可靠性，Appolo宇宙飞船正是由于高可靠性，才一举顺利完成登月方案。现代生产技术开展的另一特点设备结构复杂化，组成设备的零件多，其中一个零件发生故障会导致整机失效。如1986年美国“挑战者号航天飞机就是因为火箭助推器内橡胶密封圈因温度低而失效，导致航天飞机爆炸和七名宇航员遇难及重大经济损失。由此可见，只有高可靠性产品才能满足现代技术和生产的需要。可靠性高的产品可获得高的经济效益。提高产品可靠性可获得很高的经济效益。如美国西屋公司为提高某产品的可靠性，曾作了一次全面审查，结果是所得经济效益是为提高可靠性所花费用的100倍。另外，产品的可靠性水平提高了还可大大减少设备的维修费用。1961年美国国防部预算中至少有25%用于维修费用。苏联过去有资料统计，在产品寿命期内以下产品的维修费用与购置费用之比为：飞机为5倍，汽车为6倍，机床为8倍，军事装置为10倍，可见提高产品可靠性水平会大大降低维修费用，从而提高经济效益。可靠性高的产品，才有高的竞争能力。只有产品可靠性提高，才能提高产品的信誉，增强日益剧烈的市场竞争能力。日本的汽车曾一度因可靠性差，在美国造成大量退货，几乎失去了美国市场。日本总结了经验，提高了汽车可靠性水平，因此使日本汽车在世界市场上竞争力很强。中国实行改革、开放的国策，现又面临参加WTO，挑战是严峻的。我们面临的是世界兴旺国家的竞争，如果我们的产品有高的可靠性，那就能打入剧烈竞争的世界市场，从而获得巨大经济效益，促进民族工业的开展；相反，那么会被别国挤出市场，甚至失去局部国内市场，由此可见生产高可靠性的产品的重要性。这也研究可靠性的重要意义所在，白光OLED需要可靠性的支持16。2.3 可靠性根本参数1可靠度或可靠度函数产品的可靠度是指产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的概率。假设规定的时间为t，产品的寿命为T，在一批产品中的寿命有的Tt，也有的Tt，从概率论角度可以将可靠度表示为Tt的概率，即 2.1在数值上，某个时间的概率可用试验中该事件发生的频率来估计。2失效概率或积累失效概率失效概率是表征产品在规定条件下和规定时间内，丧失规定功能的概率，也成为不可靠度。它也是时间t的函数，记作，显然 2.2它在数值上等于1减可靠度，也就是说，产品从0开始试验或工作到时刻t，失效总数与初始试验或工作产品总数之比，积累失效概率与可靠度的关系式为 2.33平均寿命平均寿命对不可修复或不值得修复的产品和可修复的产品有不同的含义。对于不可修复的产品，其寿命是指产品发生失效前的工作时间或工作次数。因此，平均寿命是指寿命的平均值，即产品在丧失规定功能前的平均工作时间，通常记作MTTFmean time to failure。对可修复的产品，寿命是指两次相邻故障间的工作时间，而不是指产品的报废时间。因此，对这类产品的平均寿命是指平均无故障工作时间，或称平均故障间隔时间，记作MTBFmean time between failures。但是，不管哪类产品，平均寿命在理论上的意义是类似的，其数学表达式也是一致的。设产品寿命的失效概率密度函数为，那么它的数学期望： 2.4产品的平均寿命一般都是未知的，特别是在产品的失效分布未知的情况下，所以一批产品的平均寿命一般式通过寿命试验，用获得的数据来估算的。由于可靠性寿命试验往往是破坏性的，故只能抽取局部进行寿命试验。如果从中抽取了个样品，经过寿命试验获得各样品发生故障的时刻分别为， ， ， ，那么这个数的算术平均值： 2.5就可用来估计该产品的平均寿命。如果较大，那么可按一定时间间隔对寿命试验进行分组。譬如把个数据分为组，设第个组中有个数据，表示第组的时间中值，并用表示组内每一个数据的近似值，于是件样品总的工作时间可作如下近似计算： 2.6于是这批产品的平均寿命的估计公式为： 2.7一般说来，电子元器件的平均寿命愈长，在短时间内工作的可靠性愈高。但是，可靠性与寿命虽然密切相关，又不是同一概念，不能混为一谈。不能认为可靠性高，寿命就长；也不能认为寿命长的可靠性就必然高，这与使用要求有关。通常所指的高可靠，是指产品完成要求任务的把握性特别高；而长寿命，是指产品可以用很长时间工作而性能良好。如海、地缆线通讯设备所用元器件要求使用20年而性能良好，表达了长寿命；导弹工作时间不一定长，但工作时间内几秒、几分或半小时要求高度可靠，万无一失，这就表达为高可靠17。2.4 OLED与LED电子产品的可靠性电子产品的可靠性是指产品在规定的条件下及规定的时间内完成规定功能的能力，它是电子产品质量的一个重要组成局部。一个电子产品尽管其技术性能指标很高，但如果它的可靠性不高，它的质量就不能算是好的。产品的可靠性不高将会给生产带来很大损失，随着控制系统的大型化，一个系统所用的电子元件越来越多，只要其中一个元件发生故障，一般都会导致整个系统发生故障，由此产生的经济损失将远远超过一个元件本身的价值，所以元件的可靠性越来越重要。电子产品是否适应预定的环境和满足可靠性指标，必须通过可靠性试验进行鉴定或考核；有时还需通过试验来暴露产品在设计和工艺中存在的问题，通过故障分析确定主要的故障模式和发生的原因，进而采取改良措施。所以可靠性试验不仅是可靠性活动的重要环节，也是进一步提高产品可靠性的有效措施。OLED的发光原理类似发光二极管，可参考传统的发光二极管LED评价方法。一般来说，LED的可靠性是以半衰期即光输出量减少到最初值一半的时间来表征，大概在1万到10万小时之间LED的可靠性测试包括静电敏感度特性、寿命、环境特性等指针的测试。静电敏感度特性是指LED能承受的静电放电电压。某些LED由于电阻率较高，且正负电极距离很短，假设两端的静电电荷积累到一定值时，这一静电电压会击穿PN结，严重时可将PN结击穿导致LED失效，因此必须对LED的静电敏感度特性进行测试，获得LED的静电放电故障临界电压。目前一般采用人体方式、机器方式、器件充电方式来模拟现实生活中的静电放电现象18。现在，在剧烈的市场经济竞争中，以优取胜、以质量与可靠性取胜，必将成为共识。为了进一步开展电器产品的可靠性工作，以提高我国电器产品的可靠性水平，我们应该尽快制定其他主要电器产品如低压断路器、热继电器等可靠性试验方法的行业标准；电子产品生产企业应加强可靠性管理工作。为了开展可靠性设计、可靠性生产、可靠性实验和失效分析工作，必须要有健全的可靠性管理组织；为了收集现场使用中的失效产品或现场失效信息，也需要健全的可靠性管理组织；为了把失效分析得到的信息反响给设计部门、生产部门和试验部门，更需要健全的可靠性管理组织。因此，加强可靠性管理工作是十分必需和重要的。第三章OLED加速寿命试验理论模型3.1 威布尔寿命分布威布尔分布是瑞典物理学家W.Weibull在分析材料强度及链条强度时推导出的一种分布函数，具有使用范围广、数据拟合能力强等特点。由于对OLED产品的寿命预测中，除了关心平均寿命、可靠寿命等外，还关心其可能的最小寿命，因此，在OLED寿命分析中引入三参数威布尔分布。设OLED的寿命服从三参数威布尔分布，其分布函数为： (3.1)式中：。m为形状参数，其值的大小决定密度曲线的几何形状；为尺度参数，它决定着F(t)曲线的陡度
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