對(duì)數(shù)正態(tài)分布下白光OLED恒定與步進(jìn)應(yīng)力加速壽命試驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 畢業(yè)論文

《對(duì)數(shù)正態(tài)分布下白光OLED恒定與步進(jìn)應(yīng)力加速壽命試驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 畢業(yè)論文》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《對(duì)數(shù)正態(tài)分布下白光OLED恒定與步進(jìn)應(yīng)力加速壽命試驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 畢業(yè)論文（28頁珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、目錄 摘要 ABSTRACT 第一章 緒論 1 第二章 OLED介紹 1 2.1 OLED根本背景 1 2.1.1 OLED原理 1 2.1.2 OLED特點(diǎn) 2 2.1.3 OLED顯示屏和其他材料的比較優(yōu)勢 2 2.2 OLED分類 3 2.3 OLED制造應(yīng)用 4 2.3.1 OLED制造方法 4 2.3.2 國內(nèi)主要OLED企業(yè)狀況分析 4 2.4 OLED開展概述 5 2.4.1 OLED市場開展 5 2.4.2 OLED技術(shù)現(xiàn)狀分析 5 2.5 國內(nèi)外對(duì)OLED壽命測試的研究 8 2.6 OLED應(yīng)用前景 9 2.6.1 OLED在平板顯示器中的

2、應(yīng)用 9 2.6.2 其它潛在應(yīng)用 10 第三章 加速壽命試驗(yàn)理論模型 10 3.1 加速壽命試驗(yàn) 10 3.1.1 加速壽命試驗(yàn)簡介 10 3.1.2 加速壽命試驗(yàn)方法 11 3.1.3 加速壽命試驗(yàn)類型 11 3.2 可靠性概述 11 可靠性簡介 11 可靠性要素 12 可靠性研究的重要性 12 3.3 加速壽命試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)分布及估算方法 13 3.3.1 對(duì)數(shù)正態(tài)分布 13 3.3.2 最小二乘法 14 第四章 試驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析及壽命估計(jì) 15 4.1 根本假定 15 4.2 恒定應(yīng)力加速壽命試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析 16 4.3 步進(jìn)應(yīng)力加速壽命試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

3、 17 4.4 試驗(yàn)數(shù)據(jù) 17 4.5 恒定應(yīng)力試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理 18 4.6 加速壽命方程 18 4.7 步進(jìn)應(yīng)力試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理 19 4.8 加速參數(shù)的修正 20 4.9 K-S檢驗(yàn) 20 4.10 OLED壽命預(yù)測 20 第五章 結(jié)論 21 參考文獻(xiàn) 22 致謝 24 對(duì)數(shù)正態(tài)分布下白光OLED恒定與步進(jìn)應(yīng)力加速壽命 試驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析 摘要 隨著OLED的研究和開展日益廣泛，如何快速準(zhǔn)確地獲得OLED 的壽命信息將變得至關(guān)重要。本文通過加大工作電流來建立加速壽命試驗(yàn)?zāi)Ｐ停?/p>

4、采用對(duì)數(shù)正態(tài)分布函數(shù)描述了OLED 的壽命分布，利用最小二乘法(LSM) 估計(jì)了對(duì)數(shù)均值和對(duì)數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差，完成了恒定及步進(jìn)應(yīng)力試驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)和分析，精確預(yù)測出了OLED的平均壽命和中位壽命。數(shù)值結(jié)果說明，OLED 的壽命服從對(duì)數(shù)正態(tài)分布，其加速模型符合逆冪定律，精確計(jì)算的加速參數(shù)使得快速估算OLED 壽命成為可能。 關(guān)鍵詞： OLED；壽命預(yù)測；對(duì)數(shù)正態(tài)分布；LSM STATISICAL ANALYSIS ON CONSTANT- STEP-STRESS ACCELERATED LIFE TEST DATA OF WHITE OLED UNDER LOG

5、NORMAL DISTRIBUTION ABSTRACT With the study and development of OLED becoming more and more extensive，how to acquire the life information of OLED accurately and rapidly is very important. Accelerated life test model was established with its working current increased, and the lognormal distribution

6、was applied to describe the life distribution. In addition, the least square method (LSM) was employed to estimate the mean value and the logarithm standard deviation, and the statistics and analysis on constant stress and step stress test data were achieved. Furthermore, the average life and the me

7、dian life can be predicted. The numerical results show that the OLED life is characterized by lognormal distribution, and the accelerated model meets the inverse power law. The acceleration parameters, which were accurately calculated, enable rapid estimation of OLED life. Key Words: OLED; Life pre

8、diction; Lognormal distribution; LSM 第一章 緒論 隨著信息時(shí)代的到來,顯示器在儀器儀表、計(jì)算機(jī)、通訊設(shè)備、家用電器等領(lǐng)域得到廣泛使用.當(dāng)前正在使用的顯示器件主要有陰極射線管(CRT)、液晶顯示屏(LCD)、等離子顯示器(PDP)、發(fā)光二極管(LED)等,它們已形成年產(chǎn)值數(shù)百億美元的產(chǎn)業(yè)群體.由于它們自身有不同程度的性能缺陷,如:CRT體積大、笨重,LCD視覺小,LED難以實(shí)現(xiàn)藍(lán)光,在信息社會(huì)中使用受到一定的限制.相反,有機(jī)發(fā)光器件或稱有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)是一種高亮度、寬視覺、全固

9、化的電致發(fā)光器件,大大克服了上述缺點(diǎn),顯示出無可比較的優(yōu)點(diǎn)：:1)OLED的發(fā)光效率高、亮度大;2)有機(jī)發(fā)光材料眾多、價(jià)廉,且易大規(guī)模、大面積生產(chǎn),實(shí)現(xiàn)超薄、大面積平板顯示;3)OLED的發(fā)光顏色從紅外到紫外,覆蓋整個(gè)可見光,這是方便實(shí)現(xiàn)全彩色顯示的前提;4)有機(jī)材料的機(jī)械性能良好,易加工成各種不同形狀;5)驅(qū)動(dòng)電壓低,能與半導(dǎo)體集成電路的電壓相匹配,使大屏幕平板顯示的驅(qū)動(dòng)電路容易實(shí)現(xiàn).因此OLED已成為當(dāng)今顯示器件研究的熱門,大量的有機(jī)發(fā)光材料被合成出來,各種結(jié)構(gòu)精巧的有機(jī)發(fā)光器件被世界各國科學(xué)家制備出來[1,2]。本文針對(duì)在較短時(shí)間內(nèi)掌握OLED的壽命信息,節(jié)省壽命試驗(yàn)時(shí)間,通過開展兩組恒

10、定應(yīng)力加速壽命試驗(yàn)和一組步進(jìn)應(yīng)力加速壽命試驗(yàn),采用對(duì)數(shù)正態(tài)分布函數(shù)描述OLED的壽命分布,基于MATLAB 軟件強(qiáng)大的計(jì)算和可視化繪圖功能,繪制了對(duì)數(shù)正態(tài)概率雙坐標(biāo)紙,估計(jì)了對(duì)數(shù)均值和對(duì)數(shù)標(biāo)準(zhǔn)方差,完成OLED恒定應(yīng)力和步進(jìn)應(yīng)力加速壽命試驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)和分析。 第二章 OLED介紹 2.1 OLED根本背景 OLED原理 OLED的原理:OLED組件系由n型有機(jī)材料、p型有機(jī)材料、陰極金屬及陽極金屬所構(gòu)成。電子(空穴)由陰極(陽極)注入，經(jīng)過n型(p型)有機(jī)材料傳導(dǎo)至發(fā)光層(一般為n型材料)，經(jīng)由再結(jié)合而放光。一般而言，OLED元件制作的玻璃基板上先濺鍍ITO作為陽

11、極，再以真空熱蒸鍍之方式，依序鍍上p型和n型有機(jī)材料，及低功函數(shù)之金屬陰極。由於有機(jī)材料易與水氣或氧氣作用，產(chǎn)生暗點(diǎn)(Dark spot)而使元件不發(fā)亮。因此此元件于真空鍍膜完畢后，必須于無水氣及氧氣之環(huán)境下進(jìn)行封裝工藝。 在陰極金屬與陽極ITO之間，目前廣為應(yīng)用的元件結(jié)構(gòu)一般而言可分為5層。從靠近ITO側(cè)依序?yàn)椋嚎昭ㄗ⑷雽?、空穴傳輸層、發(fā)光層、電子傳輸層、電子注入層。就OLED組件演進(jìn)歷史中，1987年Kodak首次發(fā)表之OLED組件，系由兩層有機(jī)材料所構(gòu)成，分別為空穴傳輸層及電子傳輸層。其中空穴傳輸層為p型之有機(jī)材料，其特性為具有較高之空穴遷移率，且其最高占據(jù)之分子軌域(Highest

12、occupied molecule orbital，HOMO)與ITO較接近，可使空穴由ITO注入有機(jī)層之能障降低。 其能量可以通過以下幾種方式釋放：( 1) 通過振動(dòng)馳豫、熱效應(yīng)等耗散途徑使體系能量衰減；( 2) 通過非輻射的躍遷耗散能量， 比方內(nèi)部轉(zhuǎn)換、系間竄躍等形式。在能量釋放時(shí)， 這些不同形式的能量耗散過程是一個(gè)相互競爭的過程。由于在常溫下， 有機(jī)分子的磷光非常弱， 所以只有其中空穴和電子復(fù)合成單重態(tài)激子的局部才能通過輻射躍遷發(fā)射熒光， 從而成為有效的有機(jī)電致發(fā)光。 OLED特點(diǎn) 自1987 年柯達(dá)公司宣稱發(fā)現(xiàn)了高效有機(jī)薄膜電致發(fā)光的現(xiàn)象，在平板顯示界引領(lǐng)了一場用有機(jī)材

13、料制作顯示器的熱潮。1996 年日本先鋒電子公司率先制造出的第一款無源OLED 顯示器產(chǎn)品，真正揭開了OLED 作為顯示器的一頁。此后各大公司都先后展示了各自的技術(shù)，在我國，清華大學(xué)和維信諾公司于2002 年底成功地共同開發(fā)國內(nèi)首個(gè)26萬色、4.8 英寸OLED 顯示屏幕。而投資4～5 億元的維信諾昆山工廠也將于2021 年下半年正式投產(chǎn)。2007 年電視行業(yè)的巨頭四川長虹宣布成立了一條OLED 生產(chǎn)線，總投資約22 億，已先期投資3.6 億。OLED 之所以成為平板顯示的新熱點(diǎn)，就在于其是主動(dòng)發(fā)光全固態(tài)平板顯示技術(shù)，且具有如下特點(diǎn)：超輕薄、工藝簡單、本錢低、寬視角〔160 度左右〕；自發(fā)光、

14、高發(fā)光效率、高亮度、顯示效果鮮艷、細(xì)膩；功耗低、低壓驅(qū)動(dòng)〔直流驅(qū)動(dòng)電壓低于10V〕；發(fā)光材料豐富、響應(yīng)速度快(比TFT- LCD 高幾個(gè)數(shù)量級(jí)，已達(dá)ns級(jí))；溫度范圍廣、溫度特性好(可在零下二十度正常工作)；主動(dòng)發(fā)光全固態(tài)、抗震能力強(qiáng)、可實(shí)現(xiàn)柔軟顯示等。 OLED顯示屏和其他材料的比較優(yōu)勢 〔1〕相較于LED或LCD的晶體層，OLED的有機(jī)塑料層更薄、更輕而且更富于柔韌性。 〔2〕OLED的發(fā)光層比較輕，因此它的基層可使用富于柔韌性的材料，而不會(huì)使用剛性材料。OLED基層為塑料材質(zhì)，而LED和LCD那么使用玻璃基層。 〔3〕OLED比LED更亮。OL

15、ED有機(jī)層要比LED中與之對(duì)應(yīng)的無機(jī)晶體層薄很多，因而OLED的導(dǎo)電層和發(fā)射層可以采用多層結(jié)構(gòu)。此外，LED和LCD需要用玻璃作為支撐物，而玻璃會(huì)吸收一局部光線。OLED那么無需使用玻璃。 〔4〕OLED并不需要采用LCD中的逆光系統(tǒng)(請(qǐng)查閱LCD(液晶顯示)工作原理)。LCD工作時(shí)會(huì)選擇性地阻擋某些逆光區(qū)域，從而讓圖像顯現(xiàn)出來，而OLED那么是靠自身發(fā)光。因?yàn)镺LED不需逆光系統(tǒng)，所以它們的耗電量小于LCD(LCD所耗電量中的大局部用于逆光系統(tǒng))。這一點(diǎn)對(duì)于靠電池供電的設(shè)備(例如移動(dòng) )來說，尤其重要。 〔5〕OLED制造起來更加容易，還可制成較大的尺寸。OLED為塑

16、膠材質(zhì)，因此可以將其制作成大面積薄片狀。而想要使用如此之多的晶體并把它們鋪平，那么要困難得多。 〔6〕OLED的視野范圍很廣，可達(dá)170度左右。而LCD工作時(shí)要阻擋光線，因而在某些角度上存在天然的觀測障礙。OLED自身能夠發(fā)光，所以視域范圍也要寬很多。 2.2 OLED分類 　 〔1〕被動(dòng)矩陣OLED結(jié)構(gòu) 　　PMOLED具有陰極帶、有機(jī)層以及陽極帶。陽極帶與陰極帶相互垂直。陰極與陽極的交叉點(diǎn)形成像素，也就是發(fā)光的部位。外部電路向選取的陰極帶與陽極帶施加電流，從而決定哪些像素發(fā)光，哪些不發(fā)光。此外，每個(gè)像素的亮度與施加電流的大小成正比。 　　PMOLED易于制造，但其耗電

17、量大于其他類型的OLED，這主要是因?yàn)樗枰獠侩娐返木壒省?PMOLED用來顯示文本和圖標(biāo)時(shí)效率最高，適于制作小屏幕(對(duì)角線2-3英寸)，例如人們?cè)谝苿?dòng) 、掌上型電腦 以及MP3播放器上經(jīng)常能見到的那種。即便存在一個(gè)外部電路，被動(dòng)矩陣OLED的耗電量還是要小于這些設(shè)備當(dāng)前采用的LCD。 〔2〕主動(dòng)矩陣OLED(AMOLED) 　 　　AMOLED具有完整的陰極層、有機(jī)分子層以及陽極層，但陽極層覆蓋著一個(gè)薄膜晶體管(TFT)陣列，形成一個(gè)矩陣。TFT陣列本身就是一個(gè)電路，能決定哪些像素發(fā)光，進(jìn)而決定圖像的構(gòu)成。 　　AMOLED的耗電量低于PMOLED，這是因?yàn)門FT陣列所需電

18、量要少于外部電路，因而AMOLED適合用于大型顯示屏。AMOLED還具有更高的刷新率，適于顯示視頻。AMOLED的最正確用途是電腦顯示器、大屏幕電視以及電子告示牌或看板。 〔3〕透明OLED　 　　透明OLED只具有透明的組件(基層、陽極、陰極)，并且在不發(fā)光時(shí)的透明度最高可達(dá)基層透明度的85%。當(dāng)透明OLED顯示器通電時(shí)，光線可以雙向通過。透明OLED顯示器既可采用被動(dòng)矩陣，也可采用主動(dòng)矩陣。這項(xiàng)技術(shù)可以用來制作多在飛機(jī)上使用的平視顯示器。 〔4〕頂部發(fā)光OLED 頂部發(fā)光OLED具有不透明或反射性的基層。它們最適于采用主動(dòng)矩陣設(shè)計(jì)。生產(chǎn)商可以利用頂部發(fā)光OLED顯示器制

19、作智能卡。 〔5〕可折疊OLED 　　可折疊OLED的基層由柔韌性很好的金屬箔或塑料制成?？烧郫BOLED重量很輕，非常耐用。它們可用于諸如移動(dòng) 和掌上型電腦等設(shè)備，能夠有效降低設(shè)備破損率，而設(shè)備破損是退貨和維修的一大誘因。將來，可折疊OLED有可能會(huì)被縫合到纖維中，制成一種很“智能〞的衣服，舉例來說，未來的野外生存服可將電腦芯片、移動(dòng) 、GPS接收器和OLED顯示器通通集成起來，縫合在衣物里面。 〔6〕白光OLED 　　白光OLED所發(fā)白光的亮度、均衡度和能效都要高于日光燈發(fā)出的白光。白光OLED同時(shí)具備白熾燈照明的真彩特性。我們可以將OLED制成大面積薄片狀，因此

20、OLED可以取代目前家庭和建筑物使用的日光燈。將來，使用OLED有望降低照明所需的能耗。 2.3 OLED制造應(yīng)用 OLED制造方法 OLED生產(chǎn)過程中最重要的一環(huán)是將有機(jī)層敷涂到基層上。完成這一工作，有三種方法： 〔1〕真空沉積或真空熱蒸發(fā)(VTE)位于真空腔體內(nèi)的有機(jī)物分子會(huì)被輕微加熱(蒸發(fā))，然后這些分子以薄膜的形式凝聚在溫度較低的基層上。這一方法本錢很高，但效率較低。 〔2〕有機(jī)氣相沉積(OVPD)在一個(gè)低壓熱壁反響腔內(nèi)，載氣將蒸發(fā)的有機(jī)物分子運(yùn)送到低溫基層上，然后有機(jī)物分子會(huì)凝聚成薄膜狀。使用載氣能提高效率，并降低OLED的造價(jià)。 〔3〕噴墨打

21、印利用噴墨技術(shù)可將OLED噴灑到基層上，就像打印時(shí)墨水被噴灑到紙張上那樣。噴墨技術(shù)大大降低了OLED的生產(chǎn)本錢，還能將OLED打印到外表積非常大的薄膜上，用以生產(chǎn)大型顯示器，例如80英寸大屏幕電視或電子看板。 國內(nèi)主要OLED企業(yè)狀況分析 OLED產(chǎn)業(yè)開展受到了中國政府的高度關(guān)注，在工業(yè)和信息化部支持下，中國內(nèi)地的OLED研發(fā)取得了突破性進(jìn)展。2021年10月，由清華大學(xué)組建的維信諾公司在昆山成功建成中國內(nèi)地第一條OLED大規(guī)模生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)了小尺寸OLED顯示屏的量產(chǎn)。 　　目前，中國內(nèi)地主要有昆山維信諾、汕尾信利、四川虹視、佛山彩虹等企業(yè)從事小尺寸OLED生產(chǎn)。而中國首條AM

22、OLED中試線已經(jīng)在昆山建成投產(chǎn)并于2021年底打通全部生產(chǎn)工藝，上海天馬和佛山彩虹都在建設(shè)代AMOLED生產(chǎn)線，京東方及四川虹視等也在積極進(jìn)行AMOLED工程研發(fā)工作。中國大陸的AMOLED面板生產(chǎn)線有京東方的代和代線，成都虹視的代線，長三角天馬的代線，維信諾的代線和代線，廈門天馬的代線，珠三角彩虹的2條代線，彩顯的代線，信利的代線等，我國AMOLED產(chǎn)業(yè)即將見到豐收的碩果。 2.4 OLED開展概述 OLED市場開展 從整體上看OLED的應(yīng)用大致可以分為3個(gè)階段。 〔1〕1997年～2001年，OLED的試驗(yàn)階段。在這段時(shí)期OLED開始逐漸走出實(shí)驗(yàn)室，主要應(yīng)用于

23、汽車音響面板，PDA及 方面。但產(chǎn)品很有限，產(chǎn)品規(guī)格少，均為無源驅(qū)動(dòng)，單色或區(qū)域彩色，很大程度上帶有試驗(yàn)和試銷的性質(zhì)，2001年OLED的全球銷售額僅約為億美元。 〔2〕2002年～2005年，OLED的成長階段。在這段時(shí)期人們開始逐漸接觸到更多帶有OLED的產(chǎn)品，例如車載顯示器，PDA， ，數(shù)碼相機(jī)，DC，頭戴顯示器等。但主要以10寸以下的小面板為主，10寸以上的面板也開始投入使用。 〔3〕2005年以后，OLED開始走向一個(gè)成熟化的階段。包括技術(shù)，市場，都將在市場的帶動(dòng)下突飛猛進(jìn)。大尺寸及使用壽命將成為今后OLED技術(shù)的主要突破方向。 我國也掀起了研制OLED的熱

24、潮，上海大學(xué)張志林、蔣學(xué)茵等[3,4]在多色有機(jī)薄膜電致發(fā)光器件或白色電致發(fā)光器件方面做出了一定的成績。吉林大學(xué)、中國科學(xué)院長春激發(fā)態(tài)物理研究所在有機(jī)/聚合物電致發(fā)光器件[5]及稀土摻雜的有機(jī)電致發(fā)光器件[6]方面做了很多有益的工作。最近清華大學(xué)[7]、浙江大學(xué)[8]等著名學(xué)府也參加了有機(jī)電致發(fā)光器件這一研究行列。 OLED技術(shù)現(xiàn)狀分析 〔1〕材料問題 對(duì)于采用不同的發(fā)光材料以發(fā)出R、G、B 三色光的全彩色OLED，由于三種材料的壽命不同，一直以來小分子材料以紅光、綠光和白光材料的壽命優(yōu)于藍(lán)光材料的壽命，各國研究和生產(chǎn)機(jī)構(gòu)一直致力于使材料的壽命更長和趨于一致。2007 年

25、美國DuPone 公司發(fā)表了其開發(fā)的小分子材料的壽命，去年美國推出了結(jié)合藍(lán)光的熒光材料和紅、綠磷光材料串聯(lián)結(jié)構(gòu)的OLED，當(dāng)電壓為，1000 nit 時(shí)，色坐標(biāo)為，，器件的量子輸出效率達(dá)22%，光強(qiáng)50cd/A，發(fā)光效率達(dá)25lm/W，壽命10000 小時(shí)；而當(dāng)藍(lán)光發(fā)射區(qū)域變?yōu)椋?，且電壓?.9V 和1000nit 時(shí)，器件的量子輸出效率達(dá)23%，光強(qiáng)57cd/A，發(fā)光效率達(dá)30lm/W，壽命30000 小時(shí)可以預(yù)料，隨著研究的深入，滿足大尺寸動(dòng)態(tài)畫面圖像質(zhì)量的材料終將被開發(fā)出來。 〔2〕基板技術(shù) OLED 要想突破現(xiàn)在的狀況，必須開發(fā)出大尺寸有源器件。目前制作TFT 基板主要有三種

26、類型：非晶硅〔α- si〕、多晶硅〔p- si〕和微晶硅〔mc- si〕。但三種TFT 基板沒有一種可以全面滿足大尺寸AM- OLED 的要求。采用α- si TFT 時(shí)，隨著工作時(shí)間的增長屏的溫度升高，閾值電壓會(huì)產(chǎn)生漂移。工作400h 以后，閾值漂移量△Vth=2.5V[3]。故α- si TFT 的穩(wěn)定性尚需解決。p- si TFT 有兩種工藝，一種是激光處理的p- si TFT，目前受限于激光尺寸和價(jià)格，另一種是非激光處理的p- si TFT，此法雖可降低制造本錢，但存在均勻性的問題。雖然低溫多晶硅〔LPTS〕可以制造出穩(wěn)定的TFT 但晶化工藝過于復(fù)雜，不適用大尺寸AMOLED。因此開發(fā)

27、新工藝和新技術(shù)是OLED 要解決的問題。 〔3〕彩色化技術(shù) 通常OLED 實(shí)現(xiàn)彩色化的方式有三種：采用R、G、B 發(fā)光材料作為三基色合成所需要的色彩，白光加濾色膜〔CF〕模式以及藍(lán)光材料加色轉(zhuǎn)換介質(zhì)〔CCM〕三種方式。第一種方式由于R、G、B 三種材料的壽命和發(fā)光效率不同，顯示屏的壽命受制于壽命最短的材料，造成發(fā)光效率的差異，而發(fā)光效率的差異使圖像的顯示質(zhì)量受到影響，出現(xiàn)所謂的Mura 現(xiàn)象，這有待進(jìn)一步改善材料的性能，或者開發(fā)出新型的發(fā)光材料，或者增加補(bǔ)償電路；第二種方法的優(yōu)點(diǎn)是可以利用LCD 成熟的制膜工藝，但濾色膜對(duì)光有強(qiáng)的吸收作用，大大降低了顯示屏的亮度，如果提高亮度那么必須

28、提高功耗，這也是人們所不愿看到的；第三種方法是藍(lán)光的發(fā)光效率問題，雖然這個(gè)問題已逐步解決，但其器件的穩(wěn)定性尚存在問題。另外，從制作工藝的角度來看，第一種方法需要制作掩膜版，此法不但本錢高而且掩模版的制作精度以及對(duì)位精度都有很高的要求，同時(shí)還要考慮到蒸發(fā)源輻射加熱時(shí)膜版的熱膨脹問題。雖然后兩種方法不需要掩模版，它是通過濾色膜陣列或顏色轉(zhuǎn)換介質(zhì)產(chǎn)生R、G、B 三色光，由于濾色膜的吸收或是顏色轉(zhuǎn)換介質(zhì)的吸收和反射，發(fā)光效率就會(huì)大打折扣。 〔4〕減少功耗 功耗通常是電子器件一個(gè)非常重要的指標(biāo)。降低 OLED 顯示器功耗， 可以從材料、器件結(jié)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)方法三方面著手。在材料方面， 高效熒光和磷光

29、材料一直是研究的熱點(diǎn)。其中短波長的藍(lán)色材料， 其發(fā)光層禁帶寬、電子注入效率和移動(dòng)速率低， 故一直是開發(fā)課題的重點(diǎn)。熒光摻雜材料和磷光摻雜材料也備受關(guān)注， 柯達(dá)公司用新型的熒光材料已開發(fā)出電流效率高達(dá) 11 cd/A，， 0.18) 的藍(lán)光 OLED 器件; 而藍(lán)色磷光摻雜材料目前主要以 Flrpic 為主， Tsai 等人開發(fā)出一種新型主體材料 CzSi， 以此為發(fā)光層， 器件流明效率高達(dá) 26.7 Im/W，是迄今為止研發(fā)出的較好器件。器件結(jié)構(gòu)方面， 改善電子輸送層和引入頂發(fā)射結(jié)構(gòu)成為當(dāng)今研發(fā)主題。其中通過改善電子傳輸層和注入 效率， 可以將驅(qū)動(dòng)電壓降至 2.0 V 以下。另外頂發(fā)射結(jié)構(gòu)器

30、件還可利用微腔效應(yīng)兼顧低功耗和高色純度兩方面性能。驅(qū)動(dòng)方面， 日立公司運(yùn)用 LTPS 技術(shù)， 結(jié)合鉗位反向轉(zhuǎn)流器， 將列驅(qū)動(dòng)和掃描驅(qū)動(dòng)集成一體化， 成功研制出 2.5 in AMOLED 顯示器。該顯示器在 100 cd/m2時(shí)， 功耗可降低至 350 mW( 該值是通過偏光器時(shí)值) ， 像素為△陣列排列， 其分辨率為 640×240， 開口率為 30%。 〔5〕降低本錢 OLED顯示技術(shù)的低本錢化方案大致有五個(gè):采用大型玻璃基板;削減工藝步驟;降低驅(qū)動(dòng)芯片(IC)本錢;降低初期投資;降低COO (Cost Of ownership)費(fèi)用。其中減少工藝步驟和驅(qū)動(dòng)芯片本錢是較可行的，以

31、下對(duì)這兩方面的技術(shù)開展做進(jìn)一步闡述。減少制作工藝首先是通過引入藍(lán)色共用層BCL〔Blue Common Laver)來實(shí)現(xiàn)。目前已經(jīng)開發(fā)出的工藝可以將有機(jī)發(fā)光層的掩膜減至原來的2/3。傳統(tǒng)掩膜技術(shù)制作過程中，有機(jī)發(fā)光層是通過三次掩膜將RGB三色分別涂上去。而新開發(fā)的技術(shù)只需制作紅綠發(fā)光層，從而省去藍(lán)色發(fā)光層制作，減少了一道制作工藝。所謂的共用層就是把藍(lán)色發(fā)光層和空穴阻擋層共通化，即該層既可作發(fā)光層也可作空穴阻擋層。通過優(yōu)化各發(fā)光層厚度就可以得到純粹的藍(lán)色光?，F(xiàn)今三星已經(jīng)報(bào)道運(yùn)用該技術(shù)制作了從(對(duì)角)到17in(對(duì)角43cm)的OLED顯示屏。與上述簡化工藝相結(jié)合，三星公司還開發(fā)了頂發(fā)射器件簡化

32、工藝。頂發(fā)射器件通過利用子像素的發(fā)光層膜厚形成的微腔效應(yīng)從而擴(kuò)大顯示色域范圍。例如索尼公司在2004年公布的優(yōu)化器件結(jié)構(gòu)，就是通過控制ITO膜厚擴(kuò)大顯示色域，然而該工藝中ITO膜厚控制困難，制作工藝略微復(fù)雜?；诖?，三星公司那么通過空穴注入層來控制子像素，可以用更簡便的方法得到微腔效應(yīng)，該技術(shù)也可與高精細(xì)化的LITI工藝結(jié)合使用。降低IC本錢可以通過低溫多晶硅(LTPS)LFT在玻璃基板上制成驅(qū)動(dòng)電路來實(shí)現(xiàn)。由此，驅(qū)動(dòng)電路全部集成在玻璃基板上，無須安裝外部IC，實(shí)現(xiàn)了本錢的降低。目前已有一些公司在玻璃基板上成功制作了LTPS-AMOLED顯示屏。該顯示屏可以將時(shí)序控制、掃描驅(qū)動(dòng)、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)、信號(hào)

33、別離、DC-DC轉(zhuǎn)換器等一體化。該技術(shù)除可降低驅(qū)動(dòng)IC的本錢外，還具有縮短市場投入時(shí)間、減少實(shí)際組裝部件等優(yōu)點(diǎn)。 〔6〕提高壽命 用的 2 in 有機(jī)平板的亮度半壽命， 在全白亮度 150 cd/m2的情況下可達(dá) 15 000 h( 該值是使用偏光鏡時(shí)的值) ， 可通過發(fā)光材料、電子傳輸層的改善、器件結(jié)構(gòu)最優(yōu)化和封裝技術(shù)的改善等來滿足壽命要求，圖總結(jié)了 2004 年和 2005 年報(bào)道的 OLED 壽命的一些開展，在之后幾年中 OLED 壽命翻了 4~5 倍， 已超過了 20 000 h，半壽命的平均初始亮度為 150 cd/m2。預(yù)計(jì)要到達(dá)電視機(jī)應(yīng)用的要求， OLED 的半壽

34、命需要到達(dá) 60 000 h 左右。OLED 在半壽命上的開展迅速。壽命問題也是制約和影響OLED市場化得關(guān)鍵問題。 圖2.1 OLED半壽命和亮度曲線圖 2.5 國內(nèi)外對(duì)OLED壽命測試的研究 以上說的都是有關(guān) OLED 的開展和前景，由此可以看到 OLED 的壽命研究是十分必要和必需的， 通過對(duì)O LED 壽命的精確預(yù)測可以提高 OLED的使用壽命和質(zhì)量，是衡量 OLED 的好壞的標(biāo)準(zhǔn)之一。當(dāng)長期以來困擾著 OLED 技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的三大難題(一是產(chǎn)品壽命，二是大屏幕化，三是高清晰度)得到有效解決后，其必定會(huì)有更加出色的開展。盡管OLED壽命已增加到數(shù)千小時(shí)，但距商業(yè)應(yīng)用的要求仍有較

35、大的差距，而且隨著器件的工作，其發(fā)光亮度和效率有明顯衰減的趨勢。商業(yè)上一般要求實(shí)用電子器件的貯存時(shí)間應(yīng)超過5年，工作壽命要長于104h，目前的OLED尚未到達(dá)實(shí)用要求，因此增加OLED器件的壽命，提高其穩(wěn)定性，仍然是目前研究的重要課題。影響OLED壽命的因素主要是有機(jī)發(fā)光材料本身不穩(wěn)定及制備OLED時(shí)有缺陷產(chǎn)生。有機(jī)發(fā)光小分子材料本身的晶化溫度較低，工作過程中易形成結(jié)晶體，同時(shí)有機(jī)材料在大氣中不穩(wěn)定，易老化。增加OLED器件的壽命，提高其穩(wěn)定性，可從以下3個(gè)方面加以考慮: 提高器件的發(fā)光效率。 OLED工作時(shí)，激子退激存在輻射、非輻射兩種復(fù)合方式，其中非輻射復(fù)合產(chǎn)生熱，使器件發(fā)熱升溫，有

36、機(jī)材料老化，小分子晶化，導(dǎo)致OLED的壽命降低。因此提高器件的發(fā)光效率，降低熱的產(chǎn)生，減少熱對(duì)有機(jī)薄膜結(jié)構(gòu)和性能的影響是增加其壽命的重要手段。 〔1〕增加OLED壽命的另一種方法是在空穴、電子傳導(dǎo)層和發(fā)光層中摻雜。 加拿大的等[9]在ITO與空穴傳導(dǎo)層之間插入緩沖層CuPc或在HTL中摻rubrene，可提高器件的壽命到4000h，在發(fā)光層Alq3中摻n，n-dimethyquluinacrdone可進(jìn)一步提高器件的壽命。日本的G. Sakamoto等人[10]在空穴傳導(dǎo)層和發(fā)光層中摻雜rubrene，使器件在保持初始發(fā)光率85%的情況下，壽命可達(dá)1 000 h。而等[11]用改良的共軛聚

37、苯乙烯(PPV)制成發(fā)光器件，在空氣中壽命可到達(dá)7 000 h，在80℃的空氣環(huán)境下，壽命可到達(dá)1 100 h。另外，幾種P型摻雜的共軛聚合物具有很好的環(huán)境穩(wěn)定性，包括聚吡咯(polypyrole)、聚噻吩(polythiophene)、聚苯胺(polyaniline)等。用這些聚合物摻雜，不但可以提高器件的效率，而且可以改善器件的發(fā)光均勻性及壽命。 〔2〕工藝改善。大氣中的不利成分特別是氧、水汽侵蝕器件中有機(jī)材料和電極材料，嚴(yán)重影響器件的壽命。在OLED的制備過程中不接觸大氣，整個(gè)過程都要在真空條件或在保護(hù)氣體下完成，這是改善穩(wěn)定性的必要措施。由于聚合物及有機(jī)小分子材料在有水和氧存在的條件

38、下，都會(huì)發(fā)生不可逆的光氧化反響，因此器件必須密封。 對(duì)基底材料的超凈處理對(duì)保證器件的穩(wěn)定性和增加壽命也能起到很大的作用。香港的等人[12]用接觸角儀和XPS等方法研究了不同外表清洗方法對(duì)器件性能和壽命的影響。除了常規(guī)的外表清洗外，英國的等人[13]發(fā)現(xiàn)用氧等離子體處理ITO外表，比用一般化學(xué)處理方法制成的器件壽命長5倍。在研究有機(jī)發(fā)光器件的壽命及影響壽命的因素方面，加拿大的等人[14]作了很細(xì)致的研究，發(fā)現(xiàn)環(huán)境、介面變化等因素都會(huì)影響器件的壽命。法國的G. Emmanuelle[15]用X射線衍射方法研究了OLED器件陽極ITO和有機(jī)膜的介面，發(fā)現(xiàn)當(dāng)器件工作一段時(shí)間后，有機(jī)薄膜與ITO之間產(chǎn)

39、生層間擴(kuò)散，會(huì)影響器件的壽命。 2.6 OLED應(yīng)用前景 OLED在平板顯示器中的應(yīng)用 在解決器件的壽命問題后，首先要考慮的是平板顯示。作為新一代顯示器件，OLED具有如下優(yōu)點(diǎn): 〔1〕可代替CRT、LCD、LED，實(shí)現(xiàn)器件輕型化、平板化和低本錢生產(chǎn)。與CRT相比大幅度節(jié)省空間，攜帶方便;克服LCD視覺小、響應(yīng)速度慢的缺點(diǎn);防止無機(jī)藍(lán)色LED難以實(shí)現(xiàn)，OLED可方便實(shí)現(xiàn)全彩色，且驅(qū)動(dòng)電路簡單。 〔2〕可實(shí)現(xiàn)大面積、高亮度的平板光源和平面激光光源，這正是當(dāng)前光通訊所急需的。 〔3〕與太陽能電池匹配，可用于航空、航天及多種儀器儀表顯示。如何實(shí)現(xiàn)全彩色、矩陣顯示那么將成為新的焦點(diǎn)。

40、顯示器件的目的是要產(chǎn)生全彩色圖象。最初OLED采用Alq3作發(fā)光層，發(fā)出波長為500~580 nm的綠光。現(xiàn)在研究采用不同的發(fā)光有機(jī)聚合物，制成能發(fā)出不同顏色光的OLED器件，用不同的組合方式建造包括紅、綠、藍(lán)3色的發(fā)光點(diǎn)，從而可以組成彩色圖形。另外一種方法是在OLED器件中摻雜少量的熒光染料，使之改變顏色[16]。同時(shí)摻雜熒光材料還可以改善器件的發(fā)光效率，使譜線變窄，這更有利于發(fā)光象素的飽和混色。最近，美國普林斯頓大學(xué)的研究小組F. Pschenitzha等人[17]采用一種圖形控制擴(kuò)散法，將紅、綠、藍(lán)3色的。 OLED集成在同一基底上。無源陣列驅(qū)動(dòng)顯示器(Passive matrix-a

41、ddressed)的應(yīng)用令人矚目，用小分子薄膜制成64×256陣列的顯示器，平均發(fā)光強(qiáng)度為100 cd/m2，大小為1/4VGA顯示屏，可滿足一般顯示器的要求[18]。此外，開展全彩色顯示器的前景也十分誘人。這是因?yàn)橛袡C(jī)發(fā)光二極管能夠在各個(gè)角度可視，而且和液晶相比發(fā)光反響時(shí)間更快。紅、綠、藍(lán)3種不同彩色的拼圖方案和尋址方式的研究工作，現(xiàn)已取得了一定的進(jìn)展[19]。另外一種方案是用墨水噴射印刷代替紅、綠、藍(lán)3種不同基底上的分立光象素，這種技術(shù)已有幾個(gè)研究小組進(jìn)行過報(bào)道[20]。還有一種活性基底三極管陣列可以提供足夠的電流驅(qū)動(dòng)來滿足有機(jī)發(fā)光二極管的需要，這也可能用性能改善的多晶硅代替非晶硅制做活性

42、基底聚合物發(fā)光顯示器。 其它潛在應(yīng)用 用OLED加上光學(xué)微腔，可以制備出無域值激光器(threshouleless laser)，尤其是無機(jī)領(lǐng)域較難實(shí)現(xiàn)藍(lán)色激光器，有機(jī)發(fā)光材料那么有這種可能性。另外，R J Curry和W P Gillin[21]用摻稀土Er元素制成長波長(1540 nm)的有機(jī)發(fā)光二極管，這就意味著有可能將有機(jī)發(fā)光器件應(yīng)用到長波長通訊領(lǐng)域之中。 第三章 加速壽命試驗(yàn)理論模型 3.1 加速壽命試驗(yàn) 由第二章對(duì)OLED的介紹不難發(fā)現(xiàn)可靠性壽命方面的研究，將對(duì)OLED系列產(chǎn)品的開展和更新起著至關(guān)重要的作用，然而如何快速、準(zhǔn)確的預(yù)測OLED壽命是一個(gè)技術(shù)難題

43、。鑒于此，本文進(jìn)行了恒定、步進(jìn)應(yīng)力相組合的加速壽命試驗(yàn)，并應(yīng)用對(duì)數(shù)正態(tài)分布和LSM完成了試驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)和分析，使得快速、便捷、精確地預(yù)測OLED壽命成為可能。 加速壽命試驗(yàn)簡介 加速壽命試驗(yàn)的統(tǒng)一定義最早由美羅姆航展中心于1967年提出，加速壽命試驗(yàn)是在進(jìn)行合理工程及統(tǒng)計(jì)假設(shè)的根底上，利用與物理失效規(guī)律相關(guān)的統(tǒng)計(jì)模型對(duì)在超出正常應(yīng)力水平的加速環(huán)境下獲得的信息進(jìn)行轉(zhuǎn)換，得到產(chǎn)品在額定應(yīng)力水平下的特征可復(fù)現(xiàn)的數(shù)值估計(jì)的一種試驗(yàn)方法。簡言之，加速壽命試驗(yàn)是在保持失效機(jī)理不變的條件下，通過加大試驗(yàn)應(yīng)力來縮短試驗(yàn)周期的一種壽命試驗(yàn)方法。加速壽命試驗(yàn)采用加速應(yīng)力水平來進(jìn)行產(chǎn)品的壽命試驗(yàn)，從而縮短了試

44、驗(yàn)時(shí)間，提高了試驗(yàn)效率，降低了試驗(yàn)本錢。 進(jìn)行加速壽命試驗(yàn)必須確定一系列的參數(shù)，包括(但不限于) : 試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間、樣本數(shù)量、試驗(yàn)?zāi)康摹⒁蟮闹眯哦?、需求的精度、費(fèi)用、加速因子、外場環(huán)境、試驗(yàn)環(huán)境、加速因子計(jì)算、威布爾分布斜率或β參數(shù)(β < 1表示早期故障， β > 1 表示耗損故障) 。 加速壽命試驗(yàn)方法 用加速壽命試驗(yàn)方法確定產(chǎn)品壽命，關(guān)鍵是確定加速因子，而有時(shí)這是最困難的。一般用以下兩種方法。 〔1〕現(xiàn)有模型。現(xiàn)有模型有: Arrhenius模型、Coffin2Manson模型和Norris2Lanzberg模型等。使用現(xiàn)有模型比用試驗(yàn)方法來確定加速因子節(jié)省時(shí)間，并且所需樣本

45、少，但不是很精確，且模型變量的賦值較復(fù)雜。 〔2〕通過試驗(yàn)確定的模型(需要大量試驗(yàn)樣本和時(shí)間) 。假設(shè)沒有適宜的加速模型，就需要通過試驗(yàn)導(dǎo)出加速因子。先將樣本分成3個(gè)應(yīng)力級(jí)別:高應(yīng)力、中應(yīng)力、低應(yīng)力。制定試驗(yàn)方案確保在每一個(gè)應(yīng)力級(jí)別上產(chǎn)生相同的失效機(jī)理。這是確定加速因子較精確的方法，但需要較長的時(shí)間和較多樣本。 加速壽命試驗(yàn)類型 按照試驗(yàn)應(yīng)力的加載方式，加速壽命試驗(yàn)通常分為恒定應(yīng)力試驗(yàn)、步進(jìn)應(yīng)力試驗(yàn)和序進(jìn)應(yīng)力試驗(yàn)三種根本類型。 〔1〕恒定應(yīng)力試驗(yàn)(Constant-Stress Testing: CST) 其特點(diǎn)是對(duì)產(chǎn)品施加的“負(fù)荷〞的水平保持不變，其水平高于產(chǎn)品在正常條件下所接受

46、的“負(fù)荷〞的水平。試驗(yàn)是將產(chǎn)品分成假設(shè)干個(gè)組后同時(shí)進(jìn)行，每一組可相應(yīng)的有不同的“負(fù)荷〞水平，直到各組產(chǎn)品都有一定數(shù)量的產(chǎn)品失效時(shí)為止。 〔2〕步進(jìn)應(yīng)力試驗(yàn)(Step-Up-Stress Testing: SUST) 此試驗(yàn)對(duì)產(chǎn)品所施加的“負(fù)荷〞是在不同的時(shí)間段施加不同水平的“負(fù)荷〞，其水平是階梯上升的。在每一時(shí)間段上的“負(fù)荷〞水平，都高于正常條件下的“負(fù)荷〞水平。因此，在每一時(shí)間段上都會(huì)有某些產(chǎn)品失效，未失效的產(chǎn)品那么繼續(xù)承受下一個(gè)時(shí)間段上更高一級(jí)水平下的試驗(yàn)，如此繼續(xù)下去，直到在最高應(yīng)力水平下也檢測到足夠失效數(shù)(或者到達(dá)一定的試驗(yàn)時(shí)間)時(shí)為止。 〔3〕序進(jìn)應(yīng)力加速壽命試驗(yàn)(Progre

47、ssive Stress Testing: PST) 序進(jìn)應(yīng)力試驗(yàn)方法與步進(jìn)應(yīng)力試驗(yàn)根本相似，區(qū)別在于序進(jìn)應(yīng)力試驗(yàn)加載的應(yīng)力水平隨時(shí)間連續(xù)上升。序進(jìn)應(yīng)力加載最簡單的情形，即試驗(yàn)應(yīng)力隨時(shí)間呈直線上升的加載歷程。 3.2 可靠性概述 可靠性簡介 根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB-6583的規(guī)定，可靠性是指：產(chǎn)品在規(guī)定的條件下、在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定的功能的能力。產(chǎn)品在設(shè)計(jì)、應(yīng)用過程中，不斷經(jīng)受自身及外界氣候環(huán)境及機(jī)械環(huán)境的影響，而仍需要能夠正常工作，這就需要以試驗(yàn)設(shè)備對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)證，這個(gè)驗(yàn)證根本分為研發(fā)試驗(yàn)、試產(chǎn)試驗(yàn)、量產(chǎn)抽檢三個(gè)局部。 　　一般所說的“可靠性〞指的是“可信賴的〞或“可信任的〞。一臺(tái)儀

48、器設(shè)備，當(dāng)人們要求它工作時(shí)，它就能工作，那么說它是可靠的；而當(dāng)人們要求它工作時(shí)，它有時(shí)工作，有時(shí)不工作，那么稱它是不可靠的。 　 對(duì)產(chǎn)品而言，可靠性越高就越好?？煽啃愿叩漠a(chǎn)品，可以長時(shí)間正常工作〔這正是所有消費(fèi)者需要得到的〕；從專業(yè)術(shù)語上來說，就是產(chǎn)品的可靠性越高，產(chǎn)品可以無故障工作的時(shí)間就越長?！? 　　簡單的說，狹義的“可靠性〞是產(chǎn)品在使用期間沒有發(fā)生故障的性質(zhì)。例如一次性注射器，在使用的時(shí)間內(nèi)沒有發(fā)生故障，就認(rèn)為是可靠的；再如某些一旦發(fā)生故障就不能再次使用的產(chǎn)品，日光燈管就是這類型的產(chǎn)品，一般損壞了只能更換新的。 　　從廣義上講，“可靠性〞是指使用者對(duì)產(chǎn)品的滿意程度或?qū)ζ髽I(yè)的信賴程

49、度。而這種滿意程度或信賴程度是從主觀上來判定的。為了對(duì)產(chǎn)品可靠性做出具體和定量的判斷，可將產(chǎn)品可靠性可以定義為在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，元器件〔產(chǎn)品〕、設(shè)備或者系統(tǒng)穩(wěn)定完成功能的程度或性質(zhì)。例如，汽車在使用過程中，當(dāng)某個(gè)零件發(fā)生了故障，經(jīng)過修理后仍然能夠繼續(xù)駕駛。 　　產(chǎn)品實(shí)際使用的可靠性叫做工作可靠性。工作可靠性又可分為固有可靠性和使用可靠性。固有可靠性是產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造者必須確立的可靠性，即按照可靠性規(guī)劃，從原材料和零部件的選用，經(jīng)過設(shè)計(jì)、制造、試驗(yàn)，直到產(chǎn)品出產(chǎn)的各個(gè)階段所確立的可靠性。使用可靠性是指已生產(chǎn)的產(chǎn)品，經(jīng)過包裝、運(yùn)輸、儲(chǔ)存、安裝、使用、維修等因素影響的可靠性。 可靠性要素

50、 可靠性包含了耐久性、可維修性、設(shè)計(jì)可靠性三大要素。 　　耐久性：產(chǎn)品使用無故障性或使用壽命長就是耐久性。例如，當(dāng)空間探測衛(wèi)星發(fā)射后，人們希望它能無故障的長時(shí)間工作，否那么，它的存在就沒有太多的意義了，但從某一個(gè)角度來說，任何產(chǎn)品不可能100%的不會(huì)發(fā)生故障。 　　可維修性：當(dāng)產(chǎn)品發(fā)生故障后，能夠很快很容易的通過維護(hù)或維修排除故障，就是可維修性。像自行車、電腦等都是容易維修的，而且維修本錢也不高，很快的能夠排除故障，這些都是事后維護(hù)或者維修。而像飛機(jī)、汽車都是價(jià)格很高而且非常注重平安可靠性的要求，這一般通過日常的維護(hù)和保養(yǎng)，來大大延長它的使用壽命，這是預(yù)防維修。產(chǎn)品的可維修性與產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)

51、有很大的關(guān)系，即與設(shè)計(jì)可靠性有關(guān)。 設(shè)計(jì)可靠性：這是決定產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵，由于人—機(jī)系統(tǒng)的復(fù)雜性，以及人在操作中可能存在的過失和操作使用環(huán)境的這種因素影響，發(fā)生錯(cuò)誤的可能性依然存在，所以設(shè)計(jì)的時(shí)候必須充分考慮產(chǎn)品的易使用性和易操作性，這就是設(shè)計(jì)可靠性。一般來說，產(chǎn)品的越容易操作，發(fā)生人為失誤或其他問題造成的故障和平安問題的可能性就越?。粡牧硪粋€(gè)角度來說，如果發(fā)生了故障或者平安性問題，采取必要的措施和預(yù)防措施就非常重要。例如汽車發(fā)生了碰撞后，有氣囊保護(hù)。 可靠性研究的重要性 可靠性是與電子工業(yè)的開展密切相關(guān)的，其重要性可從電子產(chǎn)品開展的三個(gè)特點(diǎn)來加以說明。 首先是電子產(chǎn)品的復(fù)雜程度在不

52、斷增加。人們最早使用的礦石收音機(jī)是非常簡單的，隨之先后出現(xiàn)了各種類型的收音機(jī)、錄音機(jī)、錄放相機(jī)、通訊機(jī)、雷達(dá)、制導(dǎo)系統(tǒng)、電子計(jì)算機(jī)以及宇航控制設(shè)備，復(fù)雜程度不斷地增長。電子設(shè)備復(fù)雜程度的顯著標(biāo)志是所需元器件數(shù)量的多少。而電子設(shè)備的可靠性決定于所用元器件的可靠性，因?yàn)殡娮釉O(shè)備中的任何一個(gè)元器件、任何一個(gè)焊點(diǎn)發(fā)生故障都將導(dǎo)致系統(tǒng)發(fā)生故障。一般說來，電子設(shè)備所用的元器件數(shù)量越多，其可靠性問題就越嚴(yán)重，為保證設(shè)備或系統(tǒng)能可靠地工作，對(duì)元器件可靠性的要求就非常高、非常苛刻。 其次，電子設(shè)備的使用環(huán)境日益嚴(yán)酷，現(xiàn)已從實(shí)驗(yàn)室到野外，從熱帶到寒帶，從陸地到深海，從高空到宇宙空間，經(jīng)受著不同的環(huán)境條件，除溫度

53、、濕度影響外，海水、鹽霧、沖擊、振動(dòng)、宇宙粒子、各種輻射等對(duì)電子元器件的影響，導(dǎo)致產(chǎn)品失效的可能性增大。 第三，電子設(shè)備的裝置密度不斷增加。從第一代電子管產(chǎn)品進(jìn)入第二代晶體管，現(xiàn)已從小、中規(guī)模集成電路進(jìn)入到大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路，電子產(chǎn)品正朝小型化、微型化方向開展，其結(jié)果導(dǎo)致裝置密度的不斷增加，從而使內(nèi)部溫升增高，散熱條件惡化。而電子元器件將隨環(huán)境溫度的增高，降低其可靠性，因而元器件的可靠性引起人們的極大重視。 可靠性已經(jīng)列為產(chǎn)品的重要質(zhì)量指標(biāo)加以考核和檢驗(yàn)。長期以來，人們只用產(chǎn)品的技術(shù)性能指標(biāo)作為衡量電子元器件質(zhì)量好壞的標(biāo)志，這只反映了產(chǎn)品質(zhì)量好壞的一個(gè)方面，還不能反映產(chǎn)品質(zhì)量的全貌。

54、因?yàn)?，如果產(chǎn)品不可靠，即使其技術(shù)性能再好也得不到發(fā)揮。從某種意義上說，可靠性可以綜合反映產(chǎn)品的質(zhì)量。 可靠性工程師一個(gè)綜合的學(xué)科，它的開展可以帶動(dòng)和促進(jìn)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造、使用、材料、工藝、設(shè)備和管理的開展，把電子元器件和其它電子產(chǎn)品提高到一個(gè)新的水平。正因?yàn)檫@樣，可靠性已形成一個(gè)專門的學(xué)科，作為一個(gè)專門的技術(shù)進(jìn)行研究。 3.3 加速壽命試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)分布及估算方法 對(duì)數(shù)正態(tài)分布 在概率論與統(tǒng)計(jì)學(xué)中，對(duì)數(shù)正態(tài)分布是對(duì)數(shù)為正態(tài)分布的任意隨機(jī)變量的概率分布。如果 X 是正態(tài)分布的隨機(jī)變量，那么 exp(X) 為對(duì)數(shù)分布；同樣，如果 Y 是對(duì)數(shù)正態(tài)分布，那么 ln(Y) 為正態(tài)分布。 如果一個(gè)變

55、量可以看作是許多很小獨(dú)立因子的乘積，那么這個(gè)變量可以看作是對(duì)數(shù)正態(tài)分布。一個(gè)典型的例子是股票投資的長期收益率，它可以看作是每天收益率的乘積。 對(duì)于 ，對(duì)數(shù)正態(tài)分布的概率分布函數(shù)為 〔〕 其中μ與σ分別是變量對(duì)數(shù)的平均值與標(biāo)準(zhǔn)差。它的期望值是 〔〕 方差為 〔〕 給定期望值與標(biāo)準(zhǔn)差，也可以

56、用這個(gè)關(guān)系求μ與σ2 〔〕 〔〕 最小二乘法 最小二乘法是它是一種點(diǎn)估計(jì)的方法，主要用來估計(jì)線性函數(shù)中的未知參數(shù)。它是高斯在1809 年首先提出來的，后來馬爾可夫在1900 年又進(jìn)了一步開展了它。我們使用這個(gè)方法來估計(jì)威布爾分布中的未知參數(shù)。首先了解一下最小二乘法的原理。 具體地說，設(shè)在某一個(gè)試驗(yàn)過程中有一個(gè)可控的變量，當(dāng)x 變化時(shí)，試驗(yàn)結(jié)果y 也隨著變化，但y 與x 之間沒有一個(gè)完全確定

57、的函數(shù)關(guān)系。這是因?yàn)樵谠囼?yàn)過程中還有其他一些隨機(jī)因素對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的干擾。即使對(duì)同一個(gè)x 值重復(fù)屢次試驗(yàn)，結(jié)果y 也有隨機(jī)波動(dòng)。因此試驗(yàn)結(jié)果y 就是一個(gè)隨機(jī)變量。但對(duì)這種隨機(jī)波動(dòng)取平均后，E(y)與x 之間的函數(shù)關(guān)系就呈現(xiàn)出某種穩(wěn)定性。假設(shè)這種函數(shù)關(guān)系是線性關(guān)系，那么E(y)即是x 的線性函數(shù)，即 〔〕 不少實(shí)際問題可以歸結(jié)到這個(gè)線性回歸模型中去。那么，如何確定這個(gè)線性函數(shù)，也就是如何估計(jì)其中的兩個(gè)未知參數(shù)呢？ 為了估計(jì)a 和b ，常設(shè)計(jì)n 個(gè)試驗(yàn)，在第i 次試驗(yàn)中讓x 取xi ，相應(yīng)的試驗(yàn)

58、結(jié)果記為yi，那么yi 與a + bxi 是有差異的。記其偏差為 i=1，2，…n 〔〕 這些偏差的平方和僅是a 和b 的函數(shù)，記為 〔〕 所謂確定a和b 的最小二乘法，就是選擇這樣的和，使得上述偏差平方和到達(dá)最小，即 〔〕 這樣的和分別稱為參數(shù)a和b的最小二乘估計(jì)。由于Q(a，b)是a 和 b二次函數(shù)，并且二次項(xiàng)的系數(shù)為正，故a 與b 的最小二乘估計(jì)一定存在，并且可以用微分法求得。為此，我

59、們分別求Q 對(duì)a 和b 的偏導(dǎo)數(shù)，并令其為零，即 〔〕 經(jīng)過化簡，上述方程組可以改寫為 〔〕 其中求和號(hào)是對(duì)i 從1~ n 求和。這里和下面都把“i 從1~ n 〞省略了。解這個(gè)二元一次方程組，可得 〔〕 記 ， ，經(jīng)過一些代數(shù)運(yùn)算，可以把上面的結(jié)果寫得更為簡單，即 〔〕 〔〕 這就是參數(shù)a 和b 的最小二乘估計(jì)。代入式〔〕 〔〕 第四章 試驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)

60、計(jì)分析及壽命估計(jì) 根本假定 假定1：在電流應(yīng)力Ｉ下，白光 OLED壽命服從對(duì)數(shù)正態(tài)分布，其分布函數(shù)為 (4.1) 式中， 為對(duì)數(shù)均值，σ 稱為對(duì)數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差。 假定2：在正常工作應(yīng)力I0和各加速應(yīng)力Ii〔i=1，2，3〕下，白光OLED的機(jī)理不變，取加權(quán)平均： (4.2) 假定3：對(duì)于白光OLED，加速模型符合逆冪定律，即均值μ與電應(yīng)力水平Ｉ滿足如下的關(guān)系式：

61、 (4.3) 式中：α，β為待估的加速參數(shù)。 假定4：失效概率符合Nelson定理[22]。Nelson于1980年提出了樣品的剩余貯存壽命僅與當(dāng)時(shí)已累積失效局部和當(dāng)時(shí)應(yīng)力水平有關(guān)，而與累積方式無關(guān)。即OLED在應(yīng)力Ii下，工作了時(shí)間ti積累的失效概率為Fi(ti)，相當(dāng)于此產(chǎn)品在應(yīng)力Ij下，工作了時(shí)間tj所積累的失效概率Fj(tj)，即為 (4.4) 4.2 恒定應(yīng)力加速壽命試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析 對(duì)分布函數(shù)式(4.1)作以下變換

62、 (4.5) 令 (4.6) (4.7) 那么得到如下線性關(guān)系式： (4.8) 將失效時(shí)間從小到大排序，每個(gè)ti對(duì)應(yīng)的累積失效概率F(ti)采用中位秩公式計(jì)算： (4.9) 這樣就得到一組試驗(yàn)數(shù)據(jù) (4.10) 采用最小二乘法估計(jì)出對(duì)數(shù)正態(tài)分布的參數(shù)。根據(jù)式〔4.7〕把式〔4.11〕轉(zhuǎn)化為

63、 (4.11) 對(duì)數(shù)正態(tài)分布線性模型采用最小二乘法回歸為直線，其系數(shù)表達(dá)式如下 (4.12) 由式〔4.8〕可得 (4.13) xj 與yj 的相關(guān)系數(shù)表達(dá)式為 (4.14) 這里，式〔4.13〕和〔4.14〕中的xj 和yj用試驗(yàn)數(shù)據(jù)和式〔4.12〕計(jì)算，R的絕對(duì)值越接近1，說明兩個(gè)變量之間線性相關(guān)的程度越高。 4.3 步進(jìn)應(yīng)力加速壽命試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析 為了對(duì)步進(jìn)應(yīng)力的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，需要將步進(jìn)應(yīng)力試驗(yàn)中樣品在電應(yīng)力Ii下的工作時(shí)間ti折算成Ij

64、應(yīng)力下的時(shí)間tj。由假定〔4.1〕和〔4.4〕可得 〔〕 由假定(4.3 )知：在試驗(yàn)中保證失效機(jī)理不變，即σi =σj 得 〔〕 其中，β為加速壽命方程中的加速參數(shù)。 4.4 試驗(yàn)數(shù)據(jù) 在保證加速效果到達(dá)最大而且失效機(jī)理不變的情形下開展兩組恒定和兩組組步進(jìn)應(yīng)力加速壽命試驗(yàn)，恒定電流應(yīng)力水平 I13=17.09mA的試驗(yàn)樣品的失效時(shí)間列于表4-1。 表4.1 I1和I3恒定應(yīng)力實(shí)驗(yàn)樣品的失效時(shí)間 電流應(yīng)力mA 實(shí)效時(shí)間h t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 t8 t9 t10

65、I1 I3 對(duì)于步進(jìn)應(yīng)力試驗(yàn)，具體的步進(jìn)應(yīng)力試驗(yàn)的應(yīng)力〔I1→I2→I3→I4〕施加模式如圖4.2，每步應(yīng)力的失效時(shí)間見表4.2。 圖4.2 步進(jìn)應(yīng)力試驗(yàn)的應(yīng)力施加模式 表4.2 步進(jìn)應(yīng)力試驗(yàn)的失效時(shí)間 樣品 實(shí)效時(shí)間h I1 I2 I3 I4 1 - - - 2 - - - 3 - - - 4 - - - 5 - - - 6 - - - 7 - - - 8 - - - 4.5 恒定應(yīng)力試驗(yàn)數(shù)

66、據(jù)處理 結(jié)合式〔〕、〕和〔〕可對(duì)表4.1中的兩組恒定應(yīng)力數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，具體數(shù)據(jù)列于表4.3，其統(tǒng)計(jì)曲線示于圖4.4，該圖中的直線采用最小二乘法來擬合。 表4.3 各應(yīng)力下的對(duì)數(shù)正態(tài)分布參數(shù) 應(yīng)力 I1 I2 I3 I4 μi σi R2i 加速壽命方程 將I1= 9.64mA I3=17.09mA 兩組恒定應(yīng)力下的μ1= 7.7840 和μ3= 6.7445 分別代入式(4.3)，聯(lián)合求解得到、，那么加速壽命方程為 (4.17) 4.7 步進(jìn)應(yīng)力試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理 為進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，需要將表4-2中步進(jìn)應(yīng)力試驗(yàn)中樣品的失效時(shí)間折算成恒定應(yīng)力I2 、I4 下的時(shí)間。先把步進(jìn)Ii(i= 1,2,3,4) 下各樣品的失效時(shí)間都折算成I1下的失效時(shí)間，利用圖4，并結(jié)合式(4.15)可得如下折算公式： (4.18) 式中：β=，t1*=2354h，t*2=2542h，t*3=2589h；ti為步進(jìn)應(yīng)力下的失效時(shí)間；τ12 、τ13、τ14分別為I1相對(duì)于I2