CN103149044A

CN103149044A - 一种柔性器件机械性能测试装置

Info

Publication number: CN103149044A
Application number: CN2013100560831A
Authority: CN
Inventors: 陈淑芬; 邬强; 黎若宇; 孔敏; 程凡; 黄维
Original assignee: Nanjing Post and Telecommunication University
Current assignee: Nanjing Post and Telecommunication University; Nanjing University of Posts and Telecommunications
Priority date: 2013-02-22
Filing date: 2013-02-22
Publication date: 2013-06-12
Anticipated expiration: 2033-02-22
Also published as: CN103149044B

Abstract

本发明公开了一种用于柔性有机发光二极管(FOLED)、柔性太阳能电池(FOPV)和柔性场效应晶体管(FTFT)等柔性器件机械性能测试的设备。包括固定底板，在所述固定底板的一侧固定有控制电路部分，另一侧设置有机械部分，所述机械部分包括动力装置、传动装置、直线位移装置及两个夹持部，所述动力装置、传动装置及直线位移装置依次传动连接，所述两个夹持部由固定连接在固定底板上的静夹头及固定连接在直线位移装置上的动夹头；所述控制电路部分与所述动力装置相连。本发明具有模拟手弯曲基片过程，不会损伤电极，性能稳定，方便有机柔性器件测试，成本低廉，易于制作的优点。

Description

一种柔性器件机械性能测试装置

技术领域

本发明用于柔性器件，如柔性有机发光二极管(FOLED)、柔性太阳能电池(FOPV)和柔性场效应晶体管(FTFT)、柔性有机电存储（FOTM）等机械性能的测试，也可以用于其他柔性基片的弯曲测试。

背景技术

OLED俗称有机发光二极管（Organic Light-Emitting Diode），又称为有机电致发光显示（Organic Electroluminesence Display, OELD）。因为具备轻薄、省电可视角宽、可实现柔性等特性，因此得到了广泛应用，并逐步走入实际应用的阶段。而其最引人注目的就是柔性显示FOLED，它是目前市场上所有显示器都不具备的一个显著的优点。FOLED是在柔性的PET（Polyethylene terephthalate）或者超薄玻璃、PI （polyimide）等柔性基底上制作的OLED，通常需要柔性基底耐高温（>120℃），柔韧性强，弯曲寿命长。一般实验室使用其表面溅射有氧化铟锡（ITO）透明电极的PET，刻蚀成需要的底电极形状，随后通过真空蒸镀生长各种有机材料夹层，最后蒸镀上电极，如Ag。近几年对FOLED的研究也非常热门，但与玻璃或者硅片基底相比，首先大部分柔性材料的表面平整性并不理想；其次柔性基底对水氧的阻隔性能相对较差；再次柔性材料本身受环境温度的影响也非常大；其中最重要的是制成器件后的机械性能并不太理想，不能长时间弯折。这些技术难点使得FOLED的发展相对滞后。其中机械性能包括材料本身的弯折寿命，更重要的是多次弯折后电极本身的损坏和与柔性基底之间出现接触不良。主要表现在当弯折次数较少的时候（<100次）时电极表面会出现逐渐增多的微裂缝，将导致电流密度增大；随着弯折次数增多，微裂缝数量不再变化，但微裂缝的深度和宽度将增加，将导致电流密度减小。

此外，近年发展起来的其它类柔性有机器件如FOPV和FTFT、FOTM等也有着同样的机械性能测试等问题。

所以对机械性能的研究一直是FOLED实验的一个热点，而通常我们对柔性器件的测试只是用人手或者一些简单的手动机械设备来做，这样使得测试结果存在很多人为因素，比如：人手上的油脂、汗液等污渍容易污染器件，也容易损伤薄膜器件的有几层和电极，不能保证均匀弯折，不能保证每次的弯折角度（即曲率）相同，并且一般的弯曲次数都在几千次上万次左右，所以这样的测试非常需要有全自动的设备来完成。

发明内容

本发明的目的是制作一种可以自动稳定测试柔性器件的装置，该装置可以实现对FOLED、FOPV和FTFT等器件机械性能的测试。

一种柔性器件机械性能测试装置，包括固定底板，在所述固定底板的一侧设有控制电路部分，另一侧设置有机械部分，所述机械部分包括动力装置、传动装置、直线位移装置及两个夹持部，所述动力装置、传动装置及直线位移装置依次传动连接，所述两个夹持部由固定连接在固定底板上的静夹头及固定连接在直线位移装置上的动夹头组成；所述控制电路部分与所述动力装置相连。

所述动力装置为步进电机，所述步进电机通过固定架固定在所述固定底板上。

所述传动装置为丝杠，所述丝杠的一端与所述步进电机相连，平行丝杠的一侧设置所述直线位移装置，所述直线位移装置包括第一滑杆及设置在所述第一滑杆两端的滑杆固定端，在所述第一滑杆上滑动连接有滑台，所述滑台与所述丝杠的螺纹槽之间固定连接有一横向支杆。

所述静夹头及动夹头均由两个平口夹子、轴承、三通部件以及支撑杆构成，所述平口夹子上嵌设有所述轴承，轴承内嵌设有三通部件，三通部件底端连接有所述支撑杆，所述静夹头通过所述支撑杆固定连接在所述固定底板上，所述动夹头通过所述支撑杆固定连接在滑台上。

所述的步进电机为5V-12V的五线步进电机。

还包括限位装置，所述限位装置设置在所述直线位移装置的一侧。

所述限位装置包括第二滑杆及滑杆固定端，所述第二滑杆及滑杆固定端平行布置在所述滑台另一侧，在所述第二滑杆上可拆卸的连接有两个行程开关。

进一步的，所述限位装置为红外光控开关。

所述滑台、固定底座均采用聚氯乙烯（PVC）或优质桃木材料制造。

有益效果：

第一、以同一弯曲角度自动匀速弯折柔性OLED，并能计数弯曲次数。

第二、可以很容易地调节行程开关的位置来调节弯曲角度。

第三、模拟手弯曲基片的过程，而且不会损伤电极。

第四、重新启动后，能维持在上一次停机前的弯曲速度。

第五、性能稳定，方便有机柔性器件测试，成本低廉，易于制作。

附图说明

图1为夹持部的结构示意图；

图2为柔性基片夹持示意图；

图3为机械部分俯视图；

图4 为滑台与丝杠接触结构局部放大图；

图5为本发明装置的结构总图；

其中1、夹持部；2、轴；3、轴承；4、三通杆件；5、柔性基片；6、滑台；7、丝杠；8、两个行程开关；9、第二滑杆；10、第一滑杆；11、滑台上的横向支杆；12、控制电路部分；13、固定底板；14、步进电机；15、第一夹持部；16、第二夹持部；17、铝合金固定架；S1、转速加开关；S2、转速减开关；S3、行程开关。

具体实施方式

如图1所示，在一个普通塑料平口夹离轴约5 mm 处钻一个直径为2 mm 的通孔，在通孔中***一根直径2 mm 长20 mm 的金属轴，将一根直径为2 mm 长20 mm 的金属轴***一个塑料三通杆件4，并将内径2mm轴承装入三通杆件的通孔中。

如图2所示，柔性基片的固定部件，将两个改装完成后的夹子一只装在固定底板上的固定端上，另一只装在可以自动来回运动的滑台6上。

本发明柔性测试设备整体效果如图5所示，滑台6、固定底板13等机械部分材料采用聚氯乙烯（PVC）、优质桃木等材料制成，这些材料价格低廉、易于切割加工、不易变形。丝杠、第一滑杆10、第二滑杆9、电机固定架17均为金属材料。整套设备价格低廉，易于加工，步进电机采用5V~12 V四相五线的减速步进电机，减速比为1/16，控制电路部分使用的芯片有STC 11F04E、ULN2003APG；

如图4所示，控制电路部分，电子电路部分由性能相当稳定可靠的汽车车库门电路修改而成，电路板上有两个按键，一个转速加S1，一个转速减S2。每次调节转速后，几秒内自动存储转速参数，下次开机仍按上次的调节转速运转；驱动电流：0－0.5°。正反转功能：板上有并联的两个行程开关S3，每触控一次可以实现反转，这样就可以实现自动正反转功能；印刷电路板（PCB）尺寸约为：4.5*3.5 CM。

如图3所示，将开关S3处并联两个行程开关到第二滑杆上，滑台6运动过程中将触碰到行程开关，每触控一次开关S3将实现步进电机正反转。步进电机14通过轴连器与丝杠7相连接，丝杠7则通过横向支杆11带动滑台6运动，所以通过开关S3就实现了滑台6的往复运动，控制滑台6的尺寸以便其运动过程中可以触碰到置于第二滑杆9上的两个行程开关。通过以上方法，当装入20 mm * 20mm 的FOLED、OPV、FOTM等柔性器件后，在滑台运动过程中夹子能在柔性器件本身的韧性下自动转动，这样就模拟了基片弯折过程，分别安装在滑台6和固定端上的两个夹子便可以实现柔性器件的自动弯折。

此外考虑到本设备用于其他柔性器件的测试或调节柔性器件的弯曲曲率，故将行程开关设计为可调节位置的结构，拧松螺钉，调节到需要的位置拧紧。

在电路上也设计有调节步进电机速度的转速加开关开关S1、转速减开关S2，配合形成开关完成弯曲量和弯曲速度的设置，由于步进电机转速相当固定，所以对于长时间测试，我们只要记下起止时间便可以很容易计算其弯折次数，所以基本可以满足柔性器件的测试。由于电路有转速记忆功能，所以在对多块柔性器件做柔性性能分析时不会造成因为中途更换器件而造成弯曲速率不一致问题。

本实施例中采用的电机为5V-12V四相五线无刷步进电机（减速比为1/16），而丝杠是由自台式电脑的光驱中的丝杠稍加改造而成，很大程度地节省了制作成本。

本设备还有较强的扩展性，比如可以在开关S3处并联一个计数器的开关，这样可以准确地记下弯曲次数；另外可以将柔性基片的固定部件替换成其它部件，实现具有均匀往复过程的自动化控制。如果不考虑成本的情况下可以将行程开关换成红外光控开关，这将使得测试更加精确也可以避免对开关的机械磨损。

Claims

1.一种柔性器件机械性能测试装置，其特征在于，包括固定底板，在所述固定底板的一侧设有控制电路部分，另一侧设置有机械部分，所述机械部分包括动力装置、传动装置、直线位移装置及两个夹持部，所述动力装置、传动装置及直线位移装置依次传动连接，所述两个夹持部由固定连接在固定底板上的静夹头及固定连接在直线位移装置上的动夹头组成；所述控制电路部分与所述动力装置相连。

2.根据权利要求1所述的一种柔性器件机械性能测试装置，其特征在于，所述动力装置为步进电机，所述步进电机通过固定架固定在所述固定底板上。

3.根据权利要求2所述的一种柔性器件机械性能测试装置，其特征在于，所述传动装置为丝杠，所述丝杠的一端与所述步进电机相连，平行丝杠的一侧设置所述直线位移装置，所述直线位移装置包括第一滑杆及设置在所述第一滑杆两端的滑杆固定端，在所述第一滑杆上滑动连接有滑台，所述滑台与所述丝杠的螺纹槽之间固定连接有一横向支杆。

4.根据权利要求1所述的一种柔性器件机械性能测试装置，其特征在于，所述静夹头及动夹头均由两个平口夹子、轴承、三通部件以及支撑杆构成，所述平口夹子上嵌设有所述轴承，轴承内嵌设有三通部件，三通部件底端连接有所述支撑杆，所述静夹头通过所述支撑杆固定连接在所述固定底板上，所述动夹头通过所述支撑杆固定连接在滑台上。

5. 根据权利要求2所述的一种柔性器件机械性能测试装置，其特征在于，所述的步进电机为5V-12V的五线步进电机。

6.根据权利要求1所述的一种柔性器件机械性能测试装置，其特征在于，还包括限位装置，所述限位装置设置在所述直线位移装置的一侧。

7.根据权利要求6所述的一种柔性器件机械性能测试装置，其特征在于，所述限位装置包括第二滑杆及滑杆固定端，所述第二滑杆及滑杆固定端平行布置在所述滑台另一侧，在所述第二滑杆上可拆卸的连接有两个行程开关。

8.根据权利要求6所述的一种柔性器件机械性能测试装置，其特征在于，所述限位装置为红外光控开关。

9.根据权利要求1~8所述的一种柔性器件机械性能测试装置，其特征在于，所述滑台、固定底座均采用聚氯乙烯（PVC）或优质桃木材料制造。