毕业设计（论文）-Weibull 分布下基于MLE的白光OLED寿命预测-有程序.doc

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1、毕业（设计）论文目 录摘要ABSTRACT第一章 绪 论11.1 OLED介绍及特点11.2 OLED的结构与原理21.2.1 有机电致发光器件的结构21.2.2 有机电致发光器件的原理31.3 OLED应用41.4 OLED发展历史以及国内外现状分析51.4.1 OLED发展历史51.4.2 OLED国内外现状分析61.5 OLED寿命预测的研究目的及意义7第二章 可靠性介绍92.1 可靠性概念92.2 可靠性研究的意义92.3 可靠性的特征量102.3.1 可靠度112.3.2 失效率112.3.3 寿命特征122.4 电子产品可靠性的现状与展望13第三章 加速寿命试验的理论模型153.1

2、 加速寿命试验概念153.2 寿命试验意义及其用途153.3 加速寿命试验的类型153.4 加速寿命试验的分布条件及方法163.4.1 Weibull分布163.4.2 极大似然估计法17第四章 试验数据的统计分析及寿命估计184.1 基本假定184.2 试验数据184.3 恒定应力加速寿命试验数据统计分析184.4 数据分析处理204.4.1 恒定应力试验数据处理204.4.2 加速寿命方程及其参数204.4.3 分布拟合的检验214.4.4 寿命估计21第五章 结 论23参考文献24致谢26Weibull 分布下基于MLE的白光OLED寿命预测摘 要当今社会OLED的使用日益广泛，并在人们

3、的生活中扮演越来越重要的角色，如汽车，手机，电视等，因此准确地对其进行估计是十分必要的。本文从极大似然估计方法入手来进行数据分析，采用威布尔分布对白光OLED寿命分布进行描述，试图提高分布参数估计的精度。此外，利用MATLAB软件进行编程，完成了白光OLED寿命的预测。数值结果表明，白光OLED的寿命服从威布尔分布，其加速模型符合逆幂定律。精确地计算出加速参数使得快速估算白光OLED寿命成为可能。关键词：OLED；Weibull分布；极大似然估计法；寿命预测LIFE PREDICTION OF WHITE OLED BASED ON MLE UNDER WEIBULL DISTRIBUTION

4、ABSTRACTOLED is becoming more and more useful in modern society, and playing more and more important role in our life, such as, Automobile, Mobile phone and Display and so on. Therefore, it is necessary to estimate its life. In this thesis, maximum likelihood method was introduced to do data analysi

5、s, and Weibull distribution was employed to describe the life distribution of white OLED to improve the accuracy of estimated distribution parameters. Furthermore, MATLAB software programming was used to achieve life prediction of white OLED. The numerical results indicate that white OLED life meets

6、 Weibull distribution, and that the accelerated model satisfies the inverse power law. The acceleration parameters, which were accurately calculated, enable rapid estimation of white OLED life.Key Words: OLED; Weibull distribution; MLE; Life prediction25第一章 绪 论OLED，即有机发光二极管（Organic Light-Emitting Di

7、ode），又称为有机电激光显示（Organic Electroluminesence Display, OELD），是自液晶显示技术（LCD）、发光二极管（LED）、等离子显示技术（PDP）后崛起的新一代平板显示技术，具有视角宽广、响应快速和主动发光无需背光源等优点。由于其具备轻薄、省电等特性，因此从2003年开始，这种显示设备在MP3播放器以及手机副屏上得到了广泛应用，而对于同属数码类产品的DC与手机，在最近几年也已经逐渐走入了实际应用的阶段，各大厂商生产出了很多具备OLED主屏的机器。OLED屏幕具备了许多LCD不可比拟的优势，OLED技术具备极其广阔的市场前景，有望成为未来平板显示的主流

8、技术。1.1 OLED介绍及特点随着现代化信息时代的到来，显示器在仪器仪表、计算机、通讯设备、家用电器等领域得到广泛使用。当前正在使用的显示器件主要有阴极射线管(CRT)、液晶显示屏(LCD)、等离子显示器(PDP)、发光二极管(LED)等，它们已形成年产值数百亿美元的产业群体。由于它们自身有不同程度的性能缺陷，如：CRT体积大、笨重，LCD视觉小，LED难以实现蓝光，在信息社会中使用受到一定的限制。相反，有机发光器件或称有机发光二极管(OLED)，是一种高亮度、宽视觉、全固化的电致发光器件，大大克服了上述缺点。OLED与其他平板显示显示技术相比，显示出无可比拟的优点1-2：（1） 核心层厚度

9、很薄，厚度可以小于lmm，为液晶的13，OLED器件单个像素尺寸可以相当小，并且重量也更轻；（2） 固态机构，没有液体物质，因此抗震性能更好，不怕摔；（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） OLED显示屏的响应时间快，响应时间是LCD的千分之一，显示运动画面绝对不有拖影的现象，显示运动图像的质量要好于常规的TFT-LCD液晶屏；（5） OLED低温特性好，低温特性好，在零下40度时仍能正常显示，而LCD则无法做到；（6） 制造工艺简单，比液晶显示屏的工序少，所需材料很少，成本更低；（7） 主动发光，更轻更薄更省电。OLED材料自身可以发出红、绿、蓝等颜色

10、的光，因此不需要LCD必备的背光源和彩色滤光板，发光效率更高，能耗比LCD要低。OLED是通电后自发光，能够做到超轻超薄，其显示效果比液晶显示器更清晰、柔和；（8） OLED能够在不同材质的基板上制造，厂家甚至可将电路印刷在弹性材料上做成能弯曲的柔软显示器，未来的显示器可以像百叶窗一样卷起，甚至可以卷起来带着走，还可以根据客户的需求加以设计；（9） 低电压直流驱动，10V以下。用电池即可驱动；（10） 显示能力，OLED发光颜色丰富，其发光颜色可覆盖整个可见光区，近紫外区及红外波段。而且由于没有背光灯的影响，所以当像素在显示黑色时，也可以达到全黑画面，在对比度上有优势。综上所述，OLED技术远

11、远优越于现有的LCD技术，因此OLED已成为当今显示器件研究的热门，大量的有机发光材料被合成出来，各种结构精巧的有机发光器件被世界各国科学家制备出来3-4，并已有产品投放市场，我国也有多所大学和研究所加入了这一行列，并取得了一定的成绩。目前，这一领域的热点仍集中在降低驱动电压、增加器件的发光效率、延长使用寿命5、实现全色显示等方面。1.2 OLED的结构与原理1.2.1 有机电致发光器件的结构6-7有机电致发光器件多采用夹层式结构，即有机层被两侧电极像三明治一样夹在中间，空穴和电子分别从阳极和阴极注入，并在有机层中传输，相遇之后形成激子，激子复合发光，辐射光经透明电极一侧出射。根据有机膜的功能

12、，器件结构大致可以分为以下几类：（1） 单层器件结构如图1.1所示，在器件的正极和负极间，制作由一种或数种发光材料组成的发光层，这一层既作发光层又兼作电子传输层和空穴传输层。单层器件具有制备方法简单、工艺简便等优点但容易发光淬灭和载流子注入不平衡，所以单层器件仅用于测量有机材料的电学和光学性质。图1.1单层结构器件结构示意图（2） 双层器件结构1987年，Kodak公司引入了具有高空穴传输性能的一种芳香族二胺TPD作空穴传输层，制成了新一代双层OLEDs，这种双层的有机膜结构有效地解决了电子和空穴的复合区远离电极和平衡载流子注入速率问题，提高了OLEDs器件的效率。图1.2中显示了双层结构器件

13、的结构。图1.2 双层结构器件结构示意图（3） 三层结构器件三层器件结构的有机电致发光器件由空穴传输层(HTL)、电子传输层(ETL)和发光层(EML)组成，这种器件结构是目前有机电致发光器件中最常用的器件结构，如图1.3所示。 图1.3 三层结构器件结构示意图 图1.4 多层器件结构示意图（4） 多层器件结构实际设计中，为优化和平衡OLEDs器件的各项性能，充分到发挥各个功能层的作用，通常采用如图1.4所示的多层器件结构。这种器件结构不但保证了OLEDs功能层与玻璃间的良好附着性，而且还使得来自阳极和金属阴极的载流子更容易注入到有机功能薄膜中。1.2.2 有机电致发光器件的原理有机电致发光，

14、即发光材料在外加直电场作用下，受到电流和电场的激发而发光的现象，它是一个将电能直接转化为光能的一种发光过程。有机电致发光器件是载流子双注入型器件，由正极和负极产生的空穴和电子在发光材料中复合形成激子，激子的能量传递到发光分子，将发光分子中的电子激发到激发态，由于激发态是一个不稳定的状态，去激过程就会产生可见光，如图1.5所示。 图1.5 有机电致发光器件的工作原理图 图1.6 单层有机电致发光器件的能级图如图1.6，和指载流子由阴极注入和从阳极注入到有机材料要克服的势垒，是有机材料电子亲合势；和指费米能级到真空能级的距离：EML(Emitting material layer)为有机发光层。有

15、机电致发光过程通常由以下5个阶段完成。（1） 载流子的注入：在外加电场的作用下，电子和空穴分别从阴极和阳极向夹在电极之间的有机功能薄膜注入。载流子由电极向有机材料注入需要克服有机层与电极之间的势垒，因此有机分子和电极间的势垒是影响载流子注入和有机器件光电特性的重要因素。（2） 载流子的输运：电子和空穴分别从电子传输层和空穴传输层向发光层传输。载流子注入到有机材料中后，电子和空穴在外电场作用下分别向正极和负极移动，这个动态过程就是载流子传输。电场作用下两种载流子相遇后就有可能复合而发光。（3） 载流子复合与激子形成：在有机层中运动的带相反电荷的载流子相遇，通过电子的转移而形成中性的激发态-激子。

16、（4） 激子的迁移：空穴和电子在发光层中形成激子，外加电场的作用下，激子发生迁移，它会将能量转移到发光材料，并激发发光材料中的电子从基态跃迁到激发态。（5） 电致发光：激发态能量通过辐射失活，产生光子，释放出光能。激子通过辐射衰减跃迁到基态，释放出能量，即观察到发光。有机材料的电致发光器件通过外电场作用，使电子和空穴分别注入到有机层的导带和价带，然后复合发光。一般来说，能量转移、浓度淬灭、杂质淬灭等，直接造成激子非辐射跃迁，导致发光效率降低。1.3 OLED应用OLED有无源矩阵和有源矩阵两种。无源矩阵的OLED显示器件结构简单、价格低廉，适用于字符和数字显示器等小信息量显示应用。有源矩阵OL

17、ED显示器件是在显示面板上增加了一层电子底板，每个像素通过在电子底板上相应的薄膜晶体管和电容可进行独立寻址，可采用改进的多晶硅工艺制作，并减少了众多昂贵的高密集IC及与外围设备相连的接口电路。有源矩阵OLED主要用于高分辨率、大信息量的显示器，如视频和图像显示等。 OLED显示有十分广泛的应用市场，已用于各种单色字符图形和数字、识别标签、彩色平板显示、数码相机、手机、个人数字电子助理（PDA）平板显示的背光源、移动通信、壁挂电视及军用领域。还可用于低温环境、高速动态显示等领域，并将在全球卫星定位系统（GPS）、智能传输系统（ITS）中有应用前景。目前已批量化应用的产品主要是单色显示板、多色车载

18、音响及表盘指示显示、多色手机显示屏等。已有多家公司推出了全彩色显示的OLED样品，北京维信诺也有了全彩色OLED样机。全彩色的OLED器件开始进入平面显示、发光、通信等领域，并在IT领域发挥重要作用。未来应用将是手提电脑、家用电视、柔性和可弯曲显示屏等高端产品。（1） 通信已用于移动通信，正在进入3G通信，已有用掺稀土Er元素制成1.54m长波长OLED，在长波长通信领域有应用潜力。（2） 车载显示由于OLED显示器所需的工作电压低、功耗小，可有效减少汽车驾驶室内热量与噪音，OLED在汽车中的应用已十分成熟。日本先锋已将OLED产品用于车载显示系统，日本先锋和Toyota合资生产了采用OLED

19、显示的汽车立体声音响。日本精工也将OLED显示技术用于汽车、摩托车等各种车辆仪表的显示屏。未来的汽车挡风玻璃也将采用OLED图像显示。（3） 便携式电子设备OLED在便携式电子设备应用中可大大减轻设备重量，并可大幅度提高电子设备的显示容量，使移动电话实现多媒体功能。摩托罗拉、三星等手机厂商已有OLED手机产品投放市场。采用OLED的手持式视频摄像机、便携式DVD播放机也将有产品。（4） 高清晰度电视OLED的高清晰度特性特别适合于高清晰度电视、壁挂电视、柔性电视。（5）大屏幕显示OLED可用于大屏幕显示领域，成为等离子体显示器（PDP）的强劲竞争对手。美国柯达公司已有全彩色15英寸显示屏样机，

20、索尼的24英寸显示屏开始大量生产。（6） 报纸类显示报纸类显示也称为电子报纸（e-paper），是一种新应用，虽然现在还未广泛应用，但报纸类显示已用于便携式电子书籍阅读装置、时钟和其它新产品中。电子书籍阅读装置已普及，还可望应用在信号、彩色报纸类、完全可弯曲的低成本报纸类、显示信息储放、显示定价和指南显示方面。在信号应用中，显示器不仅可变化，也可改变字符，此外，诸如超市和旅馆也将成为潜在用户。（7） 军事应用OLED的可弯曲性和可折叠性有巨大军事应用，可用于飞机、坦克的数子与图像处理，还可用于军用移动通信装置的显示、夜视发光地图等。（8） 其它侧面板显示器、打标、建筑物玻璃窗户图像显示。1.4

21、 OLED发展历史以及国内外现状分析1.4.1 OLED发展历史在上个世纪五十年代，Bernanose A8等人就开始了有机电致发光器件的研究，最初是在葸单晶片的两侧加直流电压(400V)时观测到了发光现象，这是最早的有机EL现象。1963年Pope M9等人也获得了葸单晶的直流电致发光。但当时的单层结构器件需要制备单晶蒽，成本高，制造难度大，而且做出来的器件亮度太低，驱动电压太高(大于100伏)，且量子效率也很低，所以并未引起人们的重视。随后的二十多年中，有机电致发光器件的研究有一定进展，但是其工作电压高，亮度低，效率低，仍未受到大家的关注10。1987年可以说是有机电致发光显示技术划时代的

22、一年。美国柯达公司的C W Tang11研制成功了以有机小分子为基的二层发光二极管(OLED)。这是研究OLED的一个重要里程碑，至此它吸引了世界各国科学家的广泛注意。1988年，日本的Adachi12等人又提出了夹层式多层结构的有机电致发光器件的模式，大大扩展了有机功能材料的选择，也使器件在结构方面取得了很大进展。1990年，英国剑桥大学的D.D.C.Bradley13等人用简单的旋转涂膜法将聚苯撑乙烯(PPV)的前驱体制成薄膜，在真空干燥下转化成PPV薄膜，成功地制成了单层结构的聚合物电致发光器件。至此，有机薄膜电致发光的研究进入了一个新阶段。1996年，柯达(Kodak)公司的Tang和

23、同事们制备的器件，在20mAcm2的电流驱动下，初始亮度达到1400cdm2，寿命超过7500h。根据这个结果，若器件初始亮度为100cdm2的话，寿命估计可达50000h。这个结果将有机EL的研究推向了一个前所未有的高度。1997年，剑桥显示技术(CDT)中心的Carter和他的同事们报道了用改良PPV制各的器件，在50mAcm2的电流驱动下，初始亮度为10cdm2，效率约为O011mW。在室温条件下寿命超过7000h，在80度条件下寿命也大于1100h。1998年4月，剑桥显示技术(CDT)中心制备的高聚物EL器件，在3.4V的电压驱动下，初始亮度可达100 cd/m2，效率约为8.6 l

24、m/W。目前，有机小分子和共轭高聚物薄膜电致发光器件的研究均已经取得了突破性的进展，相关的各项性能指标都达到并超过了无机LED的指标。目前研究的重点为器件寿命、稳定性以及相关机理，再进一步的研究就是继续降低OLED器件的功耗。1.4.2 OLED国内外现状分析上世纪90年代以后，OLED技术获得了迅速发展，小分子和高分子有机材料的发光效率和寿命已得到极大提高，显示器件结构也有很多技术突破。2000年9月，Motorola推出第一部采用OLED显示屏的手机。2001年2月，SONY公司率先研制成功13英寸有源有机EL全彩色显示屏样品，具有高亮度和高分辨率的特点。2002年9月，三洋公司和柯达公司

25、连手推出了15英寸有源有机EL全彩色显示屏样品，具有高亮度和高分辨率的特点。2005年，韩国三星电子推出了一款40英寸的OLED显示屏幕，可以支持1280800的超高分辨率，同时具有600流明的亮度，对比度达到了5000：l，画面效果令人瞠目结舌，更让人乍舌的是，它的厚度仅有3cm。2006年1月英国Cambridge Display Technology宣布了其在聚合物OLED研究上的突破。该公司成果开发了14英寸聚合物OLED全彩色显示器，由非晶硅主动矩阵底板驱动。该显示器采用了喷墨打印技术，其分辨率达到了1280768。2007年5月。日本的索尼公司发布了一款可在弯曲状态下正常显示图像的

26、FOLED产品。这块2.5英寸大OLED可完全弯曲的屏幕具有1670万色，厚度仅为0.3mm，对比度超过1000：1。通过TFT绝缘膜由传统的无机材料改为有机材料的变化，可以在弯曲的状态下显示。同年该公司推出了11英寸的基于OLEDs技术的高分辨率平板电视。2009年9月，韩国厂商LG展示了一款超薄15英寸OLED电视，它的参数有0.88的厚度、1366768 的分辨率、超过30000小时的寿命以及100万比1的对比度，好歹过了高清的门槛。这款小小的15英寸OLED电视要价竟高达2500美元左右，折合人民币达1.7万元14。全球各国的企业和研究机构在进行OLED技术开发的同时，也加快了专利布局

27、15。相关数据显示，截至2007年7月，公开OLED技术相关专利约16万件，其中，日本约占63，韩国约占128，美国约占122，中国约占77，德国约占2。韩国、中国具有较强增长后劲，2003年以后专利申请量大幅增加。这一切都充分表明，有机电致发光平板显示的研究和开发正在快速的奔向产业化。我国对OLED技术的研究起步并不晚，1991年国内已经开始研究OLED，目前国内OLED产业已初具规模并具备一定产业基础。截至目前，中国内地主要有昆山维信诺、汕尾信利、四川虹视等企业从事小尺寸PM-OLED生产。而中国第一个AM-OLED产业化项目已于2008年11月7日在广东佛山南海正式启动。此外，以清华大学

28、、上海大学、华南理工大学、电子科技大学、长春应化所等为代表的高校及科研机构也长期开展了OLED器件及有机材料方面的研究并取得了较大成果。在LCD时代产业发展处于落后水平，而在发展第三代显示技术OLED产业方面中国最有机会摆脱国外大公司的技术垄断，占领中国这一世界平板显示产业的巨大市场，从而实现显示产业强国的梦想。我国显示产业突出重围的机会已经来临，但是要抓住良机，推动我国OLED产业快速发展，还需解决一些问题，比如：对于OLED产业链的资金支持，产业链的建设以及基础研究。在有机电致发光器件的研究和应用方面，我国并没有落于西方国家之后，是具有一定的发展潜力的行业。从产业化进程看，国内OLED产业

29、与国外企业差距并不太大，尚有可追赶的机会。当前需要整合国内资源，构建开放的技术研发平台，集中优势力量攻克关键技术难点。1.5 OLED寿命预测的研究目的及意义目前，OLED亟需在减少能耗，改善画质，提高寿命等方面进行技术改进，尤其寿命特性已成为制约OLED发展的关键因素之一16。最近几年OLED在技术方面的突破主要有以下几个方面：首先，OLED寿命问题。OLED的寿命问题是目前最为严峻的技术难点。目前，精工爱普生公司发布了最新研发成果“终极之黑(the ultimate black)”OLED显示系统，解决了长期困扰OLED的使用寿命难题，成功将产品使用寿命延长至5万多个小时，突破业界2万3万

30、小时的技术瓶颈，极大扩展了OLED显示系统的应用前景。标志着OLED将可以成熟应用于电视等产品。其次，有源驱动OLED(AM-OLED)。构成OLED像素阵列的方法基本上有两种，即无源矩阵OLED 显示器(PM-OLED)和有源矩阵OLED显示器(AM-OLED)。这两种方法所用OLED结构相同，但对每个单元的寻址方式各异。随着前期PM-OLED技术的积累，AM-OLED逐渐成为研究和发展的重点。在SID2006上，三星电子推出了14.1英寸的WXGA的AM-OLED显示器，证明利用有源驱动技术可以实现大面积显示。第三，OLED柔软显示器(FOLED)。柔性显示器成为近年来的研究热点，OLED

31、以其独有的特性为这个目标的实现带来了极大希望，这也被认为是OLED的最大优势所在。由于OLED对于水、氧非常敏感，寻找适合 FOLED要求的封装方法是其发展的首要因素。第四，OLED照明光源。预计白光OLED的能量效率将在200年超过60lm/W，到2015年则要超过100lm/W，并同时拥有很高的亮度和寿命，可以用于取代室内和室外的传统光源。因而成为OLED研究的热点之一，并得到了迅速的发展。在改善OLED寿命特性方面，国内外学者均进行了深入的研究。王忆锋等17介绍了OLED器件寿命衰退模型的MATLAB分析计算方法，为探讨OLED寿命提供了新途径。张方晖等18在高真空条件下利用硫系玻璃薄膜

32、封装材料对有机电致发光器件进行原位封装，有效避免了传统封装方法难以避免的水、氧危害，达到了延长器件寿命的目的。F.Eisenbrand等19考虑了OLED显示器件控制器设计中的一个最优化问题，提出了以降低器件电流的方法来达到提升OLED寿命的目的，并为此设计了一种最优化算法来实现OLED寿命的改善。W.Chang等20提出了一种采用嵌入滤色装置的双层板式显示结构，并由SiNx钝化膜保护，试验表明该种结构显著地改善了白光OLED的寿命特性。当长期以来困扰着OLED技术产业化的三大难题（一是产品寿命，二是大屏幕化，三是高清晰度）得到有效解决后，OLED将带来许多富有创意的应用和产品。OLED寿命近

33、几年有了显著提高，可以达到五万多个小时，企业对其研发OLED产品如果仍然按照常规方法进行寿命测试，不仅耗费大量时间，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。因此，迫切需要开发一种OLED加速寿命测试方法，来帮助企业测试人员加快产品的测试进程。目前主要采用的电子产品加速寿命测试方法有恒定应力、步进应力和序进应力加速寿命测试，比较而言，恒定应力加速寿命测试具有理论成熟、测试方法较简单、结果较精确的优点21-22。因此，本文针对白光OLED通过三组恒定电流应力下的加速寿命可靠性试验得到的白光OLED失效时间数据，结合利用威布尔（Weibull）分布理论描述其寿命分布，结合极大似然法

34、（MLE）和MATLAB编程完成对数据的统计分析和寿命特征图的绘制，得到了寿命信息。从而使快速预测白光OLED寿命成为可能，为OLED生产厂家提供有益的技术参考。第二章 可靠性介绍随着科学技术的发展，电子元器件的寿命和可靠性都得到很大提高，广泛应用于航空航天、仪器仪表、电子电气等领域，其可靠性直接影响着整个系统的可靠运行23。传统的可靠性试验通常会需要很多试验样本或者较长的试验时间，为了快速有效的评定产品的可靠性水平就需要进行加速寿命试验。加速寿命试验即采用人工方法加大试验应力(如温度、湿度、机械应力等)加快产品老化，在较短的时间周期内，根据加速寿命试验的数据推出产品在正常应力下的可靠性特征量

35、。2.1 可靠性概念产品、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。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”。“规定条件”包括使用时的环境条件和工作条件。“规定时间”是指产品规定了的任务时间；随着产品任务时间的增加，产品出现故障的概率将增加，而产品的可靠性将是下降的。因此，谈论产品的可靠性离不开规定的任务时间。“规定功能”是指产品规定了的必须具备的功能及其技术指标。所要求产品功能的多少和其技术指标的高低，直接影响到产品可靠性指标的高低。一般所说的“可靠性”指的是“可信赖的”或“可信任的”。我们说

36、一个人是可靠的，就是说这个人是说得到做得到的人，而一个不可靠的人是一个不一定能说得到做得到的人，是否能做到要取决于这个人的意志、才能和机会。同样，一台仪器设备，当人们要求它工作时，它就能工作，则说它是可靠的；而当人们要求它工作时，它有时工作，有时不工作，则称它是不可靠的。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。可靠性理论是以产品的寿命特征作为主要研究对象的一门综合性和边缘性科学，它涉及到数学、力学、电子、物理和计算机等多学科领域。可靠性试验可分为寿命试验和环境试验等，

37、OLED寿命试验是OLED可靠性试验的一项重要内容。“可靠性”是衡量产品质量的一个重要的时间性特征。最早的可靠性定义由美国国防部电子设备可靠性咨询组（AGREE）在1957年的报告中提出，1966年美国的MILSTD-721B又较正规地给出了传统的或经典的可靠性定义：产品在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的能力。所谓规定的条件，主要是指环境条件。它为世界各国的标准所引用，我国的GB3187-82给出的可靠性定义也与此相同。2.2 可靠性研究的意义“可靠性”作为衡量产品质量的一个重要指标，早已不是一个新的概念，长期以来，一切讲究产品信誉的厂家，为了争取顾客都在追求其产品的可靠性。因为只有那

38、些可靠性好的产品，才能长期发挥其使用性能而受到用户的欢迎。当今，提高产品的可靠性，已经成为提高产品质量的关键。例如，美国的宇宙飞船阿波罗工程有700万只元器件和零件，参加人数达42万人，参与制造的厂家达1万5千多家，生产周期达数年之久。象这样庞大的复杂系统，一旦某一个元件或某一个部件出现故障，就会造成整个工程失败，造成巨大损失。而前苏联切尔若贝利核电站等事件更加突出可靠性研究的重要性。（1） 高可靠性产品才能满足现代技术和生产的需要现代生产技术的发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，则会导致整条线停产，这就要求组成线上的产品要有高可靠性

39、，上边提到的阿波罗宇宙飞船正是由于高可靠性，才一举顺利完成登月计划。现代生产技术发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。（2） 高可靠性产品可获得高的经济效益产品或设备的故障都会影响生产和造成巨大经济损失。特别是大型流程企业，有时因一台关键设备的故障导致工厂停产，其损失都是每天几十万元甚至几百万元。故从经济效益的来看，提高产品可靠性是非常有意义的。产品的可靠性水平提高

40、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，在产品寿命期内下列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。（3） 高可靠性产品，才有高的竞争能力只有产品可靠性提高了，才能提高产品的信誉，增强日益激烈的市场竞争能力。我们中国面临的是世界发达国家的竞争，如果我们的产品有高的可靠性，那就能打入激烈竞争的世界市场，从而获得巨大经济效益，促进民族工业的发展；相反，则会被别的国家挤出市场，甚至失去部分国内市场，由此可见生产高可靠性的产品的重要性。总

41、之，无论是人民群众的生活，国民经济建设的需要出发，还是从国防、科研的需要出发，研究可靠性问题具有深远的现实意义。研究与提高产品的可靠性是要付出一定代价的。从纯经济的观点来讲，为了减少维修费用，提高产品的利用率，高可靠性是非常必要的，但也不是可靠性最好时总的消耗费用一定最低因为还有产品的制造成本问题，需要综合考虑，优化选择，以投出使总费用最低的最佳可靠度24。20世纪70年代初，可靠性的加速寿命试验技术进入我国，一直处于边研究边应用的状态，由于其巨大的应用价值，引起相关领域的广泛兴趣。特别是近十几年，恒加试验方法已在我国电子、机械等行业中获得大量应用，取得了很大成效，并于81年颁布了恒加试验的国

42、家标准(GB2689.181,GB2689.281,GB2689.381,GB2689.481)25。2.3 可靠性的特征量为了评价产品的可靠性，制定一些评定产品可靠性的数值指标是非常必要的，可靠性的数值指标就是可靠性的尺度。主要的可靠性尺度有：可靠度、失效率、平均寿命、寿命方差、可靠寿命与中位寿命及特征寿命、更换寿命等等。有了统一的可靠性尺度或评价产品可行的数值指标，就可在设计产品时用数学方法来计算和预测其可靠性，在产品生产出来后用试验方法等来考核和评定其可靠性。2.3.1 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

43、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 (2-1) (2-2)对失效概率函数求导，则得失效密度函数，即 (2-3)2.3.2 失效率失效率又称为故障率，定义为工作到某时刻t尚未失效（故障）的产品，在该时刻t以后的下一个单位时间内发生失效（故障）的概率，其观测值即为在某时刻t以后的下一个单位时间内失效的产品数与工作到该时刻尚未失效的产品数之比。联系到可靠度函数，失效率应该定义为，失效率时产品一直到某一时刻t为止尚未发生故障的可靠度在下一单位时间内可能发生故障的条件概率，即，表示

44、在某段时间t内圆满地工作的百分率在下一个瞬间将以何种比率发生失效或故障，因此，失效率的表达式为 (2-4)另外，平均失效率也用积分式表达为 (2-5)对于许多不可修复的产品，其失效率曲线的典型形态为浴盆曲线，如图2.1所示，它反映了产品在其全部工作过程中的早期失效（DFR型）、偶然失效（CFR型）以及耗损失效（IFR型）这三个不同阶段或时期：失效时间/h失效率(r) （人的死亡率）(A)早期 失 效 期（幼 儿期）DFR(C)耗损 失 效 期（老 年期）IFR有效寿命(B) 偶然 失 效 率 （青壮期）CFR通过预防维修来降低失效率图2.1 失效率的时间过程和失效模式（失效率曲线）（1） 早期

45、失效段，也称早期故障阶段。早期失效出现在产品寿命的较早时期，产品装配完成即进入早期失效期，其特点是故障率较高，且随工作时间的增加迅速下降。早期故障主要是由于制造工艺缺陷和设计缺陷暴露产生，例如原材料缺陷引起绝缘不良，焊接缺陷引起虚焊，装配和调整不当引起参数漂移，元器件缺陷引起性能失效等。早期失效可通过加强原材料和元器件的检验、工艺检验、不同级别的环境应力筛选等严格的质量管理措施加以暴露和排除。（2） 偶然失效段，也称恒定失效段，其故障由装备内部元器件、零部件的随机性失效引起，其特点是故障率低，比较稳定，因此是装备主要工作时段。（3） 耗损失效段，其特点是故障率迅速上升，导致维修费用剧增，因而报

46、废。其故障原因主要是结构件、元器件的磨损、疲劳、老化、损耗等引起。若能预计到耗损失效期到来的时间，并在这个时间稍前一点将要损坏的零件更换下来，就可以把本来将会上升的失效率拉下来，延长可维护系统的使用寿命。2.3.3 寿命特征寿命是定量表征产品可靠性的一类物理量，由于可靠性是一种统计的概念，在明确了某一批产品的失效率特征后，就可以得到表征其可靠性的若干寿命特征量，如平均寿命、寿命方差、可靠寿命、中位寿命及特征寿命等。（1） 平均寿命平均寿命是最常用的一种寿命特征量，是指一批产品寿命的平均值，从数理统计的观点来看，它是寿命的数学期望值。设产品寿命T 的失效概率密度函数为，那么它的数学期望： (2-

47、6)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。在我们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。例如电子元器件这类产品则属于不可修复新产品，他们的平均寿命就是指产品失效前的工作或存储时间的平均值，记为MTTF(Mean Time to Failure)。而对可修复的产品，平均寿命指的是平均无故障工作时间，记为MTBF(Mean Time Between Failure)。假如我们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是通过寿命试验，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n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n个数的算术平均值： (2-7)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n个数据