对数正态分布下基于MLE的白光OLED寿命预测 机械设计制造及自动化专业毕业设计 毕业论.doc

上海电力学院毕业（设计）论文目 录摘要iiiABSTRACTiv第一章 绪论1第二章OLED介绍12.1 OLED组成及原理12.2 OLED材料选用22.3 OLED优点22.4 OLED技术分类22.5 OLED显示器的现状分析32.5.1材料问题32.5.2 基板技术32.5.3 彩色化技术32.6 OLED显示技术最新突破42.7 OLED应用62.7.1OLED当前的应用62.7.2潜在的应用72.8 OLED市场前景7第三章 加速寿命试验的理论模型83.1寿命试验介绍83.1.1寿命试验83.1.2寿命试验类别及用途83.2加速寿命试验93.2.1加速寿命试验概念93.2.2加速寿命试验分类93.3 可靠性简述113.3.1 可靠性的概念113.3.2 可靠性指标123.3.3 电子产品可靠性的现状与展望153.4 对数正态分布173.5 极大似然估计法18第四章 试验数据的统计分析及寿命估计194.1 基本假定194.2 恒定应力加速寿命试验数据统计分析194.3 试验数据204.4数据处理204.4.1恒定应力试验数据处理204.4.2加速寿命方程214.4.3分布拟合检验214.4.4寿命估算22第五章 结论23参考文献23致谢25对数正态分布下基于MLE的白光OLED寿命预测摘要 OLED作为一种最新科技，已经慢慢步入人们的生活。为了获得 OLED的寿命信息，采用对数正态分布函数描述了OLED 的寿命分布，利用极大似然法(MLE) 估计了对数均值和对数标准差，并利用MATLAB完成了恒定电流应力试验数据的统计和分析。数值结果表明，OLED的寿命服从对数正态分布，其加速模型符合逆幂定律。精确计算的加速参数使得快速估算OLED 寿命成为可能。关键词：OLED；寿命预测；MLE；对数正态分布LIFE PREDICTION FOR OLED BASED ON MLE UNDER LOGNORMAL DISTRIBUTIONABSTRACTAs a latest technology，OLED has come into peoples life. In order to acquire the life information of OLED, the lognormal distribution function was applied to describe the life distribution, and the maximum likelihood estimation (MLE) was employed to estimate the mean value and the standard deviation of logarithm. Furthermore, MATLAB was used to achieve the statistical analysis on constant current stress test data. 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 prediction; MLE; Lognormal distribution25第一章 绪论 随着科技的发展以及生活水平的提高，OLED已经开始被人们知晓，甚至有的OLED产品已经进入了我们的生活，为我们带来了比白炽灯、LCD等更加优越的性能。例如，它具有质量轻、厚度薄、可视角度大、响应快、抗震性、节能环保等特点。所以据此估计，OLED即将成为21世纪最具有发展潜力的事物！它的到来一定会给我们带来更加美好的、优质的生活！因此大力发展OLED成为了现在社会的一个主题。 本次寿命预测基于极大似然法。矩估计法虽然常用，但是有时候其估计量不是很理想。英国数学家费歇尔利用在试验中发生概率较大的事件推断为最有可能发生的直观思想，提出了极大似然估计法法。由样本统计量的观测值去估计总体的未知参数，总希望找到估计量，使得总体接近或取到观测值的概率达到或接近其最大值，这正是极大似然估计法的基本出发点 1。因此，极大似然法具有较高的准确性与优越性，对本次寿命预测有很大的帮助。第二章OLED介绍2.1 OLED组成及原理 OLED的基本结构是由一种薄而透明具半导体特性之铟锡氧化物(ITO)，与电力的正极相连，再加上另一个金属阴极。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)。当电力供应至适当的电压时，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，构成基本色彩。 不像TFTLCD需要背光，OLED的特性是自己发光，所以可视度和亮度均很高，其次是电压需求低且省电效率高，加上反应快、质量轻、厚度薄，构造简单，成本低等优越性，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（Direct Current；DC）所衍生的顺向偏压时，外加之电压能量将驱动电子（Electron）与空穴（Hole）分别由阴极和阳极注入元件，当两者在传导中相遇、结合，即形成所谓的电子-空穴复（Electron-Hole Capture）。而当化学分子受到外来能量激发后，若电子自旋（Electron Spin）和基态电子成对，则为单重态（Singlet），其所释放的光即为所谓的荧光（Fluorescence）；反之，若激发态电子和基态电子自旋不成对且平行，则称为三重态（Triplet），其所释放的光为所谓的磷光（Phosphorescence）。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（Light Emission）或热能（Heat Dissipation）的方式放出，其中光子的部分可被利用当作显示功能；然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应均在数十纳秒内，故PM-OLED的应答速度非常快2。2.2 OLED材料选用有机材料的特性对元件的光电特性表现影响很深。在阳极材料的选择上，材料本身必需是具高功函数（High work function）与可透光性，所以具有4.5eV-5.3eV的高功函数、性质稳定且透光的ITO透明导电膜，便被广泛应用于阳极。而在阴极部分，为增加元件的发光的效率，电子与电洞的注入通常需要低功函数（Low work function）的Ag、Ca、In、Li、Al、与Mg等金属，或低功函数的复合金属来制作阴极。 有机发光层的材料须具备固态下有载子传输性能好、热稳定性和化学稳定性佳、较强萤光、量子效率高且能够真空蒸镀的特性，才能满足使用要求。一般有机发光层的材料使用通常与电子传输层或电洞传输层所采用的材料相同，例如Alq被广泛用于绿光，Balq和DPVBi则被广泛应用于蓝光等。适合传递电子的有机材料不一定适合传递空穴，所以有机发光二极体的电子传输层和空穴传输层必须选用不同的有机材料。目前最常被用来制作电子传输层的材料必须具有制膜安定性高、热稳定且电子传输性佳的特性。一般通常采用萤光染料化合物，如Alq、Znq、Gaq、Bebq、Balq、ZnSPB、OXD、BBOT等。而空穴传输层的材料属于一种芳香胺萤光化合物，如TPD、TDATA等有机材料。一般而言，OLED可按发光材料分为两种：小分子OLED3和高分子OLED。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，材料厂商主要有：Eastman、Kodak、出光兴产、东洋INK制造、三菱化学等；而高分子器件则采用旋转涂覆或喷涂印刷工艺，材料厂商主要有：CDT、Covin、Dow Chemical、住友化学等。目前国际上与OLED有关的专利已经超过1400份，其中最基本的专利有三项。小分子OLED的基本专利由美国Kodak公司拥有，高分子OLED的专利由英国的Cambridge DisPlay Technology和美国的Uniax公司拥有。2.3 OLED优点（1）、厚度可以小于1毫米，仅为LCD屏幕的1/3，并且重量也更轻； （2）、响应时间是LCD的千分之一，显示运动画面绝对不会有拖影的现象； （3）、几乎没有可视角度的问题，即使在很大的视角下观看，画面仍然不失真； （4）、固态机构，没有液体物质，因此抗震性能更好，不怕摔；（5）、发光效率更高，能耗比LCD要低、更加节约能源； （6）、制造工艺简单，成本更低，经济利益更高。 2.4 OLED技术分类 从OLED使用的有机发光材料来看，一是以染料及颜料为材料的小分子器件系统，另一则以共轭性高分子为材料的高分子器件系统。 同时由于有机电致发光器件具有发光二极管整流与发光的特性，因此小分子有机电致发光器件亦被称为OLED(Organic Light Emitting Diode)，高分子有机电致发光器件则被称为PLED (Polymer Light-emitting Diode)。 小分子OLED、高分子OLED在材料的特性上可以说是各有所长，各具特点，但以现有技术发展来看，如作为监视器以及电气特性、生产安定性上来看，小分子OLED现在还是处于领先地位的，所以当前投入量产的OLED组件，全是使用小分子有机发光材料。高分子OLED还需进行更加深入的研究，达到更加优良的使用性能。 2.5 OLED显示器的现状分析 从无源到有源，经历了30余年的发展，OLED 产品已经占据了一定的市场，如手机屏幕、MP3、MP4、数码相机屏以及汽车、船舶、仪表显示等方面。然而这些市场毕竟是有限的，要与LCD竞争，若想使产品遍及各个尺寸显示器的领域，OLED 的研究机构和生产厂商还要在这方面做各种努力。目前 OLED 仍存在几方面的问题需要去解决。2.5.1材料问题对于采用不同的发光材料以发出 R、G、B 三色光的全彩色OLED， 由于三种材料的寿命不同，一直以来小分子材料以绿光、红光和白光材料的寿命优于蓝光材料的寿命，各国研究和生产机构一直致力于使材料的寿命更长和趋于一致。目前研究成功的OLED材料还存在效率、寿命、工艺操作性和成本等几方面的不足，但是商业化的彩色显示器和白光照明样品已经出现，并不断升级。微电子与光电行业的密切关注和大力投入，必将不断提升技术和降低成本 4。可以预料，随着研究的深入，满足高效、节能、寿命长、大尺寸动态画面图像质量的材料终将被开发出来。2.5.2 基板技术 OLED 要想突破现在的状况，必须开发出大尺寸有源器件。目前制作 TFT基板主要有三种类型：多晶硅（p- si）非晶硅（- si）、和微晶硅（mc- si）。但三种TFT基板没有一种可以全面满足大尺寸 AM- OLED的要求。采-siTFT时，随着工作时间的增长，显示屏温度升高，阀值电压会产生漂移。工作400h以后，阈值漂移量Vth=2.5V5。故 - si TFT 的稳定性尚需解决。p- si TFT 有两种工艺，一种是激光处理的 p- si TFT，目前受限于激光尺寸和价格，另一种是非激光处理的 p- si TFT，此法虽可降低制造成本，但存在均匀性的问题。虽然低温多晶硅（LPTS）可以制造出稳定的TFT，但晶化工艺过于复杂，不适用大尺寸 AMOLED。因此开发新工艺和新技术是OLED要解决的问题。2.5.3 彩色化技术通常OLED实现彩色化的方式有三种：白光加滤色膜（CF）模式，采用 R、G、B发光材料作为三基色合成所需要的色彩，以及蓝光材料加色转换介质（CCM）三种方式。第一种方法的优点是可以利用 LCD 成熟的制膜工艺，但滤色膜对光有强的吸收作用，大大降低了显示屏的亮度，如果提高亮度则必须提高功耗，造成浪费，这也是人们所不愿看到的；第二种方式由于 R、G、B 三种材料的寿命和发光效率不同，显示屏的寿命受制于寿命最短的材料，造成发光效率存在差异，而发光效率的差异又会使图像的显示质量受到影响，出现所谓的Mura 现象，这有待进一步改善材料的性能，或者增加补偿电路，或者开发出新型的发光材料；第三种方法是蓝光的发光效率问题，虽然这个问题已逐步解决，但其器件的稳定性尚存在问题。另外，从制作工艺的角度来看，第二种方法需要制作掩膜版，此法不但成本高而且掩模版的制作精度以及对位精度都有很高的要求，同时还要考虑到蒸发源辐射加热时膜版的热膨胀问题。虽然一、三两种方法不需要掩模版，它是通过滤色膜阵列或颜色转换介质产生 R、G、B 三色光，但是由于滤色膜的吸收或是颜色转换介质的吸收和反射，发光效率就会大打折扣6。2.6 OLED显示技术最新突破 （1）彩色OLED“电子纸”取得新突破LG. Philips LCD 借助非晶硅(a-Si)技术研发成功全球首款全彩色、可变形、主动矩阵(AM)、有机致电发光二极管(OLED)显示设备。 这款新的OLED“电子纸”长4英寸，分辨率为 320 240QVGA，可显示16 770 000 种色彩，其 150 m 的厚 度与人的头发丝相差无几，并采用了一层不锈金属基板，以保证其可用性和抗热性，再结合新的生产工艺a-Si，整体稳定性大为提高。 LG. Philips LCD 是与美国环宇显示技术公司(UDC)合作开发这种新型显 示设备的，而后者握有磷光OLED技术的原始专利权。 2006年5月，LG. Philips LCD 率先研发出14.1英寸(A4 纸大小)的单色 电子纸显示设备，后又推出了其彩色版本。全彩色可变形AM OLED显示设备。2007年，显示技术又有新突破：索尼公司开发出了其自称为业界首款采用可折叠塑料底层的全彩色有源矩阵有机LED显示器，并在国际信息显示学会的会议上展示了这一产品的原型。（2） 位于英国剑桥的OLED显示屏开发商Cambridge Display Technology公司提出了一种能使OLED功耗更低、寿命更长的技术TMA(Total Matrix Addressing,全矩阵寻址)。这一技术扩展了无源矩阵(PM)的可行性,以使OLED能与有源矩阵(AM)驱动的设备竞争。以往，大尺寸OLED显示屏只能采用AM技术结合昂贵的TFT层。而经过测量，采用PM结合TAM技术的OLED显示屏功耗能够降低50%。 TAM技术适用于聚合物和小分子OLED显示屏，使得能够采用PM驱动的OLED显示屏的尺寸范围更广了7。（3） 喷墨打印技术：在聚合物OLED器件的制备中，通常采用旋涂法制备聚合物薄膜。旋涂法虽能大面积成膜，但无法控制成膜区域，只能制备单色器件，而且溶液利用率只有1%。采用喷墨打印技术，不仅可以制备彩色器件，而且溶液的利用率可提高到98%，被认为是最适合制备大面积OLED显示面板的技术。 与旋涂法不同，喷墨打印技术要求选用与之相匹配的聚合物溶液，在选择高性能聚合物材料的同时，还必须对溶剂进行优化。溶剂的选择非常重要，不仅影响打印后形成膜层的形貌，还会影响器件的效率和寿命等性能。用于喷墨打印的聚合物溶液必须不堵塞喷嘴，有适当的粘度和表面能，保证喷出的“墨滴”方向、体积可以重复，而且还要“墨滴”能浸润基片表面，保证烘干后成膜均一、平整。因此旋涂常用的易挥发的甲苯、二甲苯等溶剂不能满足喷墨打印的要求，需要采用高沸点的溶剂，如三甲苯、四甲苯，或采用混合溶剂。采用PI隔离柱限位，结合适当的表面处理工艺，使得“墨水”对基片和隔离柱表面能有很大的差异实现定位，以提高喷墨打印的精度8。（4） 硅基OLED显示技术：微显示器具有更好的色彩品质和更大的视角，其应用领域正在不断扩展。目前用于微显示器的新技术有硅基液晶和硅基有机发光二极管等。 OLED是主动发光型器件，不需要背光源，能耗低，视角广，响应速度仅数十微秒，适用于刷新视频图像，且具有低成本及低压驱动等特性，是理想的微显示技术。（5） 日本Rohm公司于CEATEC JAPAN2007上展示了一款可发出蓝色、绿色和红色三波长型白光OLED面板背光源，其亮度为每平方米5000cd，平均演色性Ra为80，厚度1mm。此材料做的面板除了应用在广告、公共布告栏等用途之外，亦可应用于LCD面板9。 日本Tohoku Device已于2006年底，开始正式量产橙色、蓝色两层发光材料来发出白光的1.5英寸OLED背光源，亮度为每平米1000cd，发光寿命超过10000h，厚度为1.5英寸。应用于STN-LCD面板用背光源的手机，同时将开始向BRICS供货。因OLED背光源则不需要使用导光板和扩散膜，其价格能与LCD背光模块接近10。（6）柔性OLED显示一直是显示技术领域的最热门的研究课题之一。OLED相比其他柔性显示器具有更多优点：它是自发光显示、响应速度快、视角宽，由有机材料制备，弯曲能力强等。因此对显示效果要求高的便携产品和军事等特殊领域有非常广泛的应用。柔性显示需要解决的主要问题是电极层以及有机层的附着性能、基板的气密性、封装和驱动技术。目前，已有CDT、UDC、Samsung、Pioneer、SONY和我国清华大学等试制了高分子和小分子OLED软屏样品，有源驱动技术和薄膜封装技术的应用也极大地丰富了柔性显示的色彩和延长了OLED的寿命。 由于OLED 对于水、氧非常敏感，如何避免这两种气氛对器件的影响是柔性OLED 发展的首要因素。研究表明，OLED 要求水汽的渗透能力在 10 5g/m 2/day以下，但传统的金属或玻璃封装不适合柔性器件的封装，如何避免水、氧对器件的影响是柔性 OLED 发展的主要课题。Vitex 公司利用聚合物无机材料交替复合薄膜(PML)阻隔水氧，其开发的软屏基板产品具有与玻璃相媲 美的阻隔效果。日本先锋公司计算，利用这种技术封装的器件，在1000cd/m2的起始亮度下，最长寿命可超过5000小时。不过现阶段由于OLED软屏的封装 技术还远未成熟，因此柔性OLED 显示技术还处于基础研究阶段11。2.7 OLED应用2.7.1OLED当前的应用（1）OLED在头戴显示器领域的应用 以视屏眼镜和随身影院为重要载体的头戴式显示器得到了越来越广泛的应用和发展。其在数字士兵、虚拟现实、虚拟现实游戏、3G与视频眼镜融合、超便携多媒体设备与视频眼镜融合方面有卓越的优势。与LCD和LCOS相比，OLED在头戴显示器的应用有非常大的优势：清晰鲜亮的全彩显示、超低的功耗等，是头戴式显示器发展的一大推动力。 率先把OLED应用在视频眼镜上的是美国的eMagin. 无论是对于民用消费领域还是工业应用乃至军事用途都提供了一个极佳的近眼应用解决途径。随之，采用欧洲的超微OLED显示屏的视频眼镜被推上市场。在国内，iTheater（爱视代）凭雄厚的研发实力率先推出世界首款高分子超微OLED显示屏的视频眼镜；凭借其全知识产权的背景顺利打入国内军事领域，为中国数字士兵的建设出一份力。 （2） OLED在MP3领域的应用 MP3作为一款数字随身听已经在市场上日益成为时尚娱乐的主角，对于它的功能、容量、价格等等都得到了人们广泛的关注，也是各厂家目光的焦点所在，可是对于MP3的屏幕却很少有人涉及。除了影音随身看产品之外，不论Flash型还是HDD型的MP3，大多采用黑白单色LCD面板，仅仅停留在能够聆听音乐的简单要求上，没有新颖、时尚之处可言。但现如今的MP3除了这种最基本的功能外，更多的考虑到人们对于个性、时尚追求的心理，表达的是一种生活的观念。所以在面板的设计上，出现了多彩背光设计，就是经常听到的“7色背光”的产品。在此基础上进一步发展，已经有用到区域彩色OLED面板的产品，有代表性的有BenQ的Joybee180、iRiver N10等。 OLED（Organic Light Emitting Display），即有机发光显示器，在MP3 屏幕的应用领域属于新崛起的种类，被誉为“梦幻显示屏”。它无需背光灯，而是自主发光。以BenQ Joybee180的OLED液晶屏为例，它摒弃了传统LCD的缺点，每个像素都可自行发光，不管在什么角度什么光线下都可以比传统LCD显示更加清晰的画面，而且环境越黑屏幕越亮，犹如夜间的莹彩精灵。 除了带来全新的视觉感受之外，OLED还有很多LCD面板无法比拟的优点。比如可以使MP3做得更轻更薄，不但体积减小了，可视角度更大，并且能够显著节省电能。不过OLED的应用还要搭配MP3的整体设计，才能展现出它的魅力。目前刚刚上市的BenQ Joybee180可以说是液晶屏的应用与整体设计相结合的典范。Joybee180的造型时尚、简约、大方，整款机器呈正方形，看上去像一个精致小巧的手提袋，精华部分又好似一款华丽精美的手表。而且，运用表带的流行元素取代传统的佩戴方法，提供一系列不同的面板，可依服饰的不同进行替换，改变以往一成不变的搭配方案，秀出你的时尚搭配，秀出你的独特心情。OLED应用于MP3产品上不仅增加了产品绚丽的美感，而且也为图文资讯的表达锦上添花，无疑将成为MP3显示面板的主流。2.7.2潜在的应用 OLED技术的主要优点是主动发光。实现用于照明的白光OLED，主要有两种方法12：波长转换法和颜色混合法。现在，发红、绿、蓝光的OLED都可以得到。在过去的几年中，研究者们一直致力于开发OLED在从背光源、低容量显示器到高容量显示器领域的应用。下面，将对OLED的潜在应用进行讨论，并将其与其它显示技术进行对比。 1999年首度商业化，技术仍然非常新。现在用在一些黑白/简单色彩的汽车收音机、移动电话、掌上型电动游乐器等。都属于高阶机种。在中国企业方面，早在2005年，清华大学和维信诺公司决定开始OLED大规模生产线建设，并最终在昆山建设了OLED大规模生产线；广东省也积极上马OLED专案，截至2009年12月，广东已建、在建和筹建的OLED生产线项目有5个，分别是汕尾信利小尺寸OLED生产线、佛山中显科技的低温多晶硅TFT AMOLED生产线专案、东莞宏威的OLED显示幕示范生产线项目、惠州茂勤光电公司AM(主动式)OLED光电项目、彩虹在佛山建设的OLED生产线项目。根据调研公司DisplaySearch的报告，全球OLED产业2009年的产值为8.26亿美元，比2008年增长 35%。中国成为全球OLED应用最大的市场，中国的手机、移动显示设备及其他消费电子产品的产量都超过全球产量的一半。目前从事OLED的商业开发全世界约100多家厂商， OLED 目前的技术发展方向分成两大类，日、韩和台湾倾向Kodak 的低分子OLED技术，欧洲厂商则以PLED为主。两大集团中除了KODAK 联盟之外，另一个以高分子聚合物为主的飞利浦公司现在也联合了EPSON、DuPont、东芝等公司全力开发自己的产品。2007年第二季全球OLED市场的产值已达到1亿2340万美元。2.8 OLED市场前景（1）P-OLED微显示器即将投入商用 研发暨生产金氏记录最小P-OLED屏幕MicroEmissive Displays（MED）公司，将于今年中由日本数位相机厂NHJ推出首宗消费电子产品，结合录音拨放MP3和高解析度数位相机，MED的ME3203为低耗电1/4 VGA解析度（3 20 x RGB x 240）P-OLED微显示器（Micro display），将用在新产品的电子观景窗和目镜上。据了解，这种全球新产品是由台湾某数位相机厂设计研发出来。MED策略长安德伍（Ian Underwood）表示，针对微显示器的技术商业化，MED已投入五年的时间，目前已臻成熟，且做到世界级的独特技术层级。（2）2013年全球OLED电视机市场将达14亿美元 据市场研究公司iSuppli最新发表的研究报告称，2013年全球OLED（有机发光二极管）电视机出货量将从2007年的3000台增长到280万台，复合年增长率为212.3%。从全球销售收入看，2013年全球OLED电视机的销售收入将从2007年的200万美元增长到14亿美元，复合年增长率为206.8%。 1997年Pioneer发表了配备解析度为256x64的单色PM-OLED面板的车用音响； 1999年Tohoku Pioneer成功，开发出5.2吋、解析度为320x240 pixels、256色的全彩（Full color）PM-OLED面板；2000年Motorola移动电话Timeport采用Tohoku Pioneer之1.8吋多彩（Area color）PM-OLED面板；2001年Samsung推出搭载全彩PM-OLED面板之行动电话；2002年Fujitsu行动电话F505i次屏幕搭配Tohoku Pioneer之1.0吋全彩PM-OLED面板，自此PM-OLED在行动电话次萤幕的应用随之大量兴起。据称，OLED显示技术要对市场产生真正的影响还需要克服一些挑战。首先，AMOLED显示屏制造工艺还不充分。随着显示屏尺寸的加大，成品率损失和制造损失也越来越大。此外，OLED显示屏材料的使用寿命仍需要提高。AMOLED供应商不能保证产量。不过，OLED电视机也有许多优点：OLED电视不需要背光，因此比其它技术更省电和更多做的更薄。此外，OLED电视比其它技术的色彩更丰富，OLED电视响应时间非常快，在观看电视的时候没有移动模糊的现象。索尼在2007年12月在日本市场推出了售价1800美元的11英寸OLED电视机，首先进入了这个市场。包括东芝和松下在内的一些厂商预计将在2009年进入这个市场。综上的介绍，OLED不管是在性能、使用、能耗还是应用前景上都有很大的发展空间，因此，对OLED深入研究就是十分必要的，尤其是对它的使用寿命的预测，这也是本课题的目的所在。第三章 加速寿命试验的理论模型3.1寿命试验介绍3.1.1寿命试验 为了评价产品寿命特征的试验，叫做寿命试验。寿命试验是在生产过程比较稳定的条件下，剔除了早期失效产品后进行的试验，通过寿命试验可以了解产品寿命分布的统计规律。寿命试验可以分为贮存寿命试验、工作寿命试验、加速寿命试验。3.1.2寿命试验类别及用途贮存寿命试验：产品可靠性测试在规定的环境条件下进行非工作状态的存放试验，叫贮存试验。贮存试验条件通常为室内、棚下、露天等，因此贮存的环境试验方法又称天然暴露试验。贮存试验的样品处于非工作状态。贮存试验需要较多的试验样品和长期的观察测量，才能对产品作出较好的预计和评价。为缩短试验时间可以进行贮存的加速试验，加速贮存试验常用高温贮存来实现。工作寿命试验：产品在规定的条件下作加负荷的试验，叫工作寿命试验。寿命试验分为连续工作寿命和间断工作寿命试验。连续工作试验还分为静态连续工作和动态连续工作试验两种。间断工作寿命试验的特点是周期性的工作和停止工作，动态连续工作是不间断的连续工作。加速寿命试验：为缩短试验时间节省样品与试验费用，快速的评价产品的可靠性，就需要作加速寿命试验；另外由于当前工艺水平的提高，常规试验方法以很难判定产品杜可靠性水平，因此也需要采用加速寿命试验方法；第三点产品的更新速度太快，常规试验时间赶不上产品淘汰速度，只能采用加速寿命试验方法或其他的方法判定产品的可靠性水平。加速寿命试验方法有恒定应力加速寿命试验、步进应力加速寿命试验、序进应力加速寿命试验。寿命试验作为一种分析技术，它有如下用途： 探索产品在使用环境条件下可靠性的变化规律，通过产品的寿命试验可以确定产品的寿命分布，给出产品的各种可靠性数量指标，如平均寿命、可靠寿命等。 通过产品的寿命试验，可以确认产品是否符合可靠性定理要求，以作出产品接受或拒收、合格或不合格等结论。 通过产品的寿命试验可以弄清产品的失效机理，发展产品在设计、材料和工艺方面的各种缺陷，为产品的改进提供依据13。3.2加速寿命试验3.2.1加速寿命试验概念 加速寿命试验是指，在超过使用环境条件的应力水平下对样品进行的寿命试验。这种实验的特点是：选择一些比正常使用环境恶劣的应力水平，又称为加速应力水平，在这些加速应力水平下进行寿命试验。由于产品的实验环境变得恶劣，从而加速了产品失效，缩短了试验时间。在获得的失效数据基础上，运用加速寿命试验模型，对产品在正常应力水平下的各种可靠性特征进行统计推断。3.2.2加速寿命试验分类（1） 步进应力加速寿命试验它是先选定一组应力水平，譬如是，它们都高于正常工作条件下的应力水平。试验开始时把一定数量的样品在应力水平下进行试验，经过一段时间，如小时后，把应力水平提高到，未失效的产品在应力水平继续进行试验，如此继续下去，直到一定数量的产品发生失效为止。示意如图3.1。图3.1 步进应力加速试验示意图 （2） 恒定应力加速寿命试验其特点是对产品施加的“负荷”的水平保持不变，其水平高于产品在正常条件下所接受的“负荷”的水平。试验是将产品分成若干个组后同时进行，每一组可相应的有不同的“负荷”水平，直到各组产品都有一定数量的产品失效时为止。恒定应力试验的应力加载时间历程见图3.2。图3.2 恒定应力加速试验示意图 （3） 序进应力加速寿命试验序进应力试验方法与步进应力试验基本相似，不同点在于：序进应力试验加载的应力水平随时间连续上升。示意如图3.3。图3.3 序进应力加速试验示意图 上述三种加速寿命试验中，以恒定应力加速寿命试验最为成熟，因此，本次就是使用恒定应力加速寿命试验来进行研究的。尽管这种试验所需的时间不是最短，但比一般的寿命试验的试验时间还是缩短了不少。因此它还是经常被采用的试验方法。目前国内外许多单位以采用恒定应力加速寿命试验的方法来估计产品的各种可靠性特征14-15。3.3 可靠性简述产品的质量指标有很多种，这些质量指标都从各个侧面反映产品的质量，这类质量指标通常称为性能指标，即产品完成规定功能所需要的指标。除此以外，产品还有另一类质量指标可靠性指标，它反映产品保持的其性能指标的能力。以电脑为例，出厂时（时间为零）电视机的各项性能指标经检验都符合标准。3000小时后，电脑是否仍保持其性能指标的能力，就要通过试验提出自己产品的可靠性指标，如平均寿命、可靠度、失效率等。这二类质量指标的差别主要体现在时间上。性能指标是不涉及时间因素的，而可靠性指标是与时间（产品的使用寿命）紧密相联的。它是时间性的质量，是经得起时间考验的质量。通常说某产品“经久耐用”就含有可靠性的意思，可靠性工程师的职责就在于设法提高产品的可靠性指标。产品的性能指标是应该充分重视的，但随着科学技术的发展，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。有些产品（如通讯设备、电子产品等）通常要求能长时间工作，假如这种产品老出故障就失去了使用价值，这种产品生产愈多，浪费就愈大。至于一个低可靠性产品对工作的影响有时是很难评估的，一个电子元件的实效会导致一个人造地球卫星的试验失败，一部通讯设备在战时发生故障会造成多少人伤亡，以致失去战机。所以产品的可靠性指标不能不讲，随着科学技术的发展，许多产品已把可靠性提到质量问题的首位。不认识可靠性重要这一客观存在的事实，在工作中就要受到惩罚。有人把可靠性发展成为一个学科的历史称为“教训史”，这说明不重视可靠性给人们的教训实在太大了16。3.3.1 可靠性的概念产品、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。对可靠性定义中的三个规定和一个能力需要作一些解释：（1）“规定的条件”，常指的是使用条件、维护条件、环境条件和操作技术，这些条件对产品可靠性都会有直接的影响，在不同的条件下，同一产品的可靠性也不一样。例如一部车子在平直的公路上行驶和在凹凸不平、扭曲的公路上行驶，它的可靠性的表现是不一样的。所以要规定产品的可靠性，还要看条件是什么样的。（2）“规定的时间”，是指产品规定了的任务时间。因为不谈时间就无可靠性可言，一般来说，产品的可靠性是随着产品使用时间的延长而逐渐降低的，也就是说，工作时间越长，失效概率就越大。所以，一定的可靠性是对一定时间而言的。例如同一个机床工作一小时和工作一年的可靠性是不一样的。（3）“规定的功能”，是指产品必须达到的功能和技术指标。功能和技术指标的高低会直接决定产品的可靠性。我们把产品丧失规定功能的状态叫做产品发生“故障”或“失效”，相应的各项性能指标就叫做“故障判据”或“失效判据”。例如，一部轿车的抗震性能对于不同的凹凸程度的公路，是否满足要求，直接影响到它的可靠性，（4）“能力”，光是定性地理解是不够的，必须对它有定量的刻划，以便说明产品可靠性的程度。这对提高产品可靠性、比较同类产品的可靠性都是重要的依据。由于产品在工作中发生故障带有偶然性，所以不能仅看到一个产品的工作情况，而是应该在观察大量的同类产品之后，方能确定其可靠性的高低。故在可靠性定义中的“能力”就具有统计学的意义。譬如，产品在规定的时间内和规定的条件下，失效数与产品总量之比愈小，其可靠性就愈高；或者产品在规定的条件下，平均无故障工作时间愈长，其可靠性也就愈高。由于可靠性所研究的产品是相当广泛的，各种各样的，因此用来度量产品可靠性的“能力”也是多种多样的。这里的“能力”通常指的就是各种可靠性指标，常用的可靠性指标有“可靠度”、“平均寿命”、“失效率”等。这些可靠性能指标构成了可靠性中的基本概念。从以上对可靠性概念所作的解释可以看出：可靠性就是在上述三个规定下，研究产品发生失效的统计规律性，从而为排除故障，提高可靠性提供数量上的依据4。3.3.2 可靠性指标（1）可靠度可靠度又称可靠度函数或可靠度分布函数，它表示在规定的使用条件下和规定的时间内，无故障地发挥规定功能而工作的产品占全部工作产品的百分率。与可靠度相对应的有不可靠度，它表示在规定的使用条件下和规定的时间内不能完成规定功能的概率，又称为失效概率函数，记为。显然，有以下关系，即： （3.1） （3.2）对失效概率函数求导，则得到失效密度函数，即： （3.3）从上述结论可以看出，可靠度函数可以被失效概率函数或失效密度函数完全确定。反之，由也可唯一确定相应的和，所以这三个函数一样可以用来描述寿命的统计规律性。（2）平均寿命设产品寿命的失效概率密度函数为，那么它的数学期望： （3.4）成为产品的平均寿命。平均寿命是一个标志产品平均能工作多长时间的量。不少产品，如显象管、电视机、计算机等常用平均寿命作为可靠性指标。因为人们可以从这个指标直观地了解一种产品的可靠性水平，也容易比较二种产品在可靠性水平上的高低。譬如，一种显象管的平均寿命是8000小时，另一种显象管的平均寿命是10000小时，那么后者比前者的可靠性水平高。但这并不意味着后者每一个显象管的寿命都比前者高2000小时。可见，平均寿命这个可靠性指标不是对单个产品而言的，而是对整批产品而言的一个概念，而实际需要的正是对整批产品而言的可靠性指标。其他的可靠性指标也都是这样。在遇到的产品中可分为二类，一类是不可修复的产品，如灯泡，晶体管，轴承等；另一类是可修复的产品，如电视机，计算机，海底电缆用的增音机等。对不可修复的产品，平均寿命就是平均寿终时间，记为MTTF(Mean Time to Failure)。对可修复的产品，平均寿命指的是平均无故障工作时间，记为MTBF(Mean Time Between Failure)。假如仅考虑首次失效前的一段工作时间，那么两者就没有什么区别了。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，故只能抽取部分进行寿命试验。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： （3.5）就可用来估计该产品的平均寿命。如果n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k足，设第i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n件样品总的工作时间可作如下近似计算： （3.6）于是这批产品的平均寿命的估计公式为： （3.7）（3）失效率已知工作到时刻t的产品，在时刻t后单位时间内发生失效的概率称为该产品在时刻t的失效率函数，简称失效率，记为。设是在规定条件下产品的寿命，其失效分布函数为，失效密度为，此时，时间“产品工作到时刻后”可表示为“”。事件“产品在内失效”可表示为“”。于是产品工作到时刻后，在内产品失效的概率可以表示为条件概率，把此条件概率除以时间间隔以后，就得到在时间内的平均失效率，当时，就得到在时刻t的失效率： （3.8）由条件概率性质和事件包含关系，可知： （3.9）于是： （3.10）还进一步还可推得： （3.11）这些都是失效率的数学表达式。 人们在各种产品的使用和试验中得到大量数据，对它进行统计分析之后，发现一般产品的失效率和时间的关系有如图3.4所示的曲线形式，这条曲线通常称为浴盆曲线。这条曲线明显地分为三段，对应着产品的三个时期。 早期失效期 早期失效期的特点是失效率非常高，但随着产品工作时间的增加，失效率迅速降低。这一阶段产品失效的原因大多是由于设计、原谅和制造过程中的缺陷造成的。譬如电阻器由于刻槽不均匀而烧毁；电容器由于介质混入导电微粒引起电击穿；电子管的部件因点焊不牢而造成开路失效；电视机由于对元器件筛选不严而在开始使用时频繁出故障等。如果在生产过程中加强对原材料的检验，加强质量管理，不断提高操作人员技术水平和责任心，那就可以大大地减少早起失效的产品。使产品的失效率达到偶然失效期的失效率水平的时间称为交付使用点。厂方为了尽快达到交付使用点，常常采用合理的筛选技术和加负荷试验，或者用其它方法将这些有缺陷、不可靠产品尽早的暴露出来，使剩余下来的产品有较低的失效率，一旦达到交付使用点的失效率水平，产品就可以出厂，交付使用。 偶然失效期偶然失效期也称随机失效期或稳定工作阶段。这是产品（特别是整机）的最良好的工作时期。这一阶段的特点是失效率较低，且比较稳定，往往可以看作是常数。在这阶段内，产品失效常常是由于多种因素造成的，而每一种因素都不太严重，因此失效纯属偶然。在这一阶段要尽力做好产品的维护和保养工作，使这一阶段尽量延长。假如不注意这一点，就会使更新点提前到来。 损耗失效期它是从材料的老化或机械磨损而引伸到可靠性领域来的。耗损失效期的特征是失效率随时间延长而急速增加，到了这一阶段，大部分产品都要开始失效，这时可针对不同情况采取一些补救措施。譬如由于元器件老化引起整机失效，那就更换这部分元器件；对寿命较短的产品（电子管，化学电源）可以采取预防性检修措施和替换办法等等10。图 3.4 失效率曲线3.3.3 电子产品可靠性的现状与展望随着电子技术的发展，对电子产品也提出了更高的要求。由于产品技术性能和结构要求等方面的提高，可靠性问题愈显突出。如果没有可靠性保证，高性能指标是没有任何意义的，现代用户买电子产品就是买可靠性，对生产厂家来说，可靠性就是信誉，就是市场，就是经济效益。从整机来讲，可靠性贯穿于设计、生产、管理中。从部件、元器件的角度来讲，电子元器件的可靠性水平决定了整机的可靠性程度。可靠性属于质量的范畴，是产品质量的时间函数。从基本概念上讲，可靠性指标与质量的性能指标所强调的内容是不同的，可靠性的基本概念与时间有关，这些基本概念的具体化，就是产品故障或寿命特征的数学模型化。只有通过可靠性试验才能确定产品故障或寿命特征符合哪一种数学分布，才可以决定产品的可靠性指标，进而推算产品的可靠程度。在可靠性工程中，最常见的寿命分布函数有指数分布、威布尔分布、对数正态分布和正态分布。（1）国外电子产品可靠性发展概况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基础性或共性的标准：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维修性导则IEC605是关于设备可靠性试验方面一套较为完整的基础性标准，它规定了设备可靠性验证试验和可靠性测定试验的总原则、具体程序及试验方案。美国于1964年发布了军用标准MIL-R-39016有可靠性指标的电磁继电器总规范；日本于1980年发布了日本工业标准JISC5440有可靠性要求的控制用小型继电器通则；前苏联于1983年发布的低压开关电器通用技术条件中规定了产品的可靠性要求和