WO2018203546A1 - 配向指数の導出方法、コンピュータープログラムおよび装置 - Google Patents

配向指数の導出方法、コンピュータープログラムおよび装置 Download PDF

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film
orientation index
orientation
deriving
host
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剛 小簑
雄司 興
安達　千波矢
Original Assignee
国立大学法人九州大学
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence

Definitions

  • the present invention relates to an orientation index deriving method for deriving an orientation index of a luminescent guest molecule, and a computer program and apparatus using the method.
  • organic light-emitting devices such as organic electroluminescence devices (organic EL devices)
  • organic EL devices organic electroluminescence devices
  • the state of molecular orientation of the light emitter with respect to the substrate surface greatly affects the performance of the device, and the molecular orientation of the light emitter is controlled. Therefore, many studies have been conducted to improve the performance of the device.
  • the luminescent guest film for an organic EL element having a thin film in which a luminescent guest is dispersed in a host (hereinafter referred to as “host guest film”) on the substrate, the luminescent guest is molecularly oriented in the horizontal direction with respect to the substrate surface, It has been reported that the light extraction efficiency and the external quantum efficiency are remarkably improved as compared with the case where the molecular orientation of the luminescent guest is random.
  • Angle-dependent PL measurement refers to the observation of light emission by irradiating the host guest film with TM-mode (Transverse-Magnetic Mode) excitation light while changing the incident angle, and the incident angle dependence (radiation pattern) of the emitted light intensity. Measure.
  • radiation patterns are obtained by performing angle-dependent PL measurement on a film to be investigated, and radiation is performed by changing the orientation of transition dipoles that are models of luminescent guest molecules in various ways.
  • the pattern is simulated, optical mode analysis is performed, and a simulation pattern that best reproduces the radiation pattern obtained by angle-dependent PL measurement is searched.
  • the molecular orientation of the luminescent guest in the film to be investigated is determined from the orientation condition of the transition dipole in the searched simulation pattern.
  • optical mode analysis is performed for each specific investigation object to reproduce the radiation pattern obtained by angle-dependent PL measurement. Search the simulation pattern to determine the molecular orientation of the luminescent guest.
  • optical mode analysis it is necessary to have specialized knowledge, and the procedure is complicated and difficult to understand, and it is necessary to rely on know-how and experience. Therefore, the conventional method has a problem that only a limited number of personnel can investigate the molecular orientation of the luminescent guest in the film, and the investigation cannot be performed efficiently.
  • the present inventors can easily investigate the molecular orientation of the luminescent guest from the data obtained by angle-dependent PL measurement of the host guest film.
  • the study was advanced with the aim of providing a method for deriving the index. Furthermore, the study was advanced for the purpose of providing a computer program and an apparatus capable of calculating the orientation index of the luminescent guest from the data obtained by the angle-dependent PL measurement of the host guest film in a simple calculation step. .
  • orientation index derivation method (1], wherein the orientation index is an alignment order parameter S.
  • the film used in the first step is a film as a model in which a transition dipole is regarded as a luminescent guest molecule.
  • the orientation index derivation method according to any one of [1] to [5], wherein the relational expression is a sigmoid function.
  • n org represents the refractive index of the film containing the host and the luminescent guest dispersed in the host
  • n air represents the refractive index of air.
  • [14] A computer program for deriving an orientation index from the peak intensity of the observed emission spectrum by the method according to [1].
  • [15] An apparatus having an angle-dependent photoluminescence measuring instrument and software for deriving an orientation index from the emission spectrum peak intensity observed by the measuring instrument by the method described in [1].
  • the peak intensity I SP at 40 ⁇ 60 ° obtained by the angle-dependent PL measurements host-guest films by substituting the I SP of the created relational expression, luminescent
  • the orientation index of the guest can be easily derived, and the molecular orientation state of the light-emitting guest in the host guest film can be accurately known from the orientation index.
  • the apparatus of the present invention it is possible to perform the angular dependence PL measurements host-guest films, the derivation of orientation index from the acquired peak intensity I SP by its angle-dependent PL measurements by one, the orientation index
  • the operation for derivation can be simplified, and the orientation index of the host guest film can be efficiently investigated.
  • FIG. 4 It is a schematic diagram for demonstrating angle-dependent PL measurement. It is a graph which shows the simulation result of the radiation pattern observed by angle dependent PL measurement. Is a perspective view showing an S sim -I SP - ⁇ 1 space created between the peak intensity I SP orientational order parameter S sim and functions xi] 1 and. Is a perspective view showing an S sim -I SP - ⁇ 2 space created between the peak intensity I SP with orientational order parameter S sim and functions xi] 2. Is S sim -I SP scatter plot the S sim -I SP - ⁇ 2 space created as viewed from the S sim -I SP coordinate plane side shown in FIG. 4 (correlation diagrams). FIG.
  • S sim -I SP - ⁇ 2 space shown in FIG. 4 is a scatter diagram (correlation diagram) created by viewing the S sim -I SP - ⁇ 2 space shown in FIG. 4 from the I SP - ⁇ 2 coordinate plane side, where (a) is a b- ⁇ 2 correlation diagram and (b). Is an m- ⁇ 2 correlation diagram, (c) is an h- ⁇ 2 correlation diagram, and (d) is an r- ⁇ 2 correlation diagram.
  • the S calc -I SP - ⁇ 2 plane formed using the SI SP relational expression expressed by the expression (10) and the respective relational expressions expressed by the expressions (11) to (15) is represented by S sim shown in FIG. -I SP - ⁇ is a perspective view created by being overlaid on two spaces. It is a block diagram which shows an example of the angle dependent photoluminescence measuring apparatus with which the apparatus of this invention is provided.
  • a numerical range represented by using “to” means a range including numerical values described before and after “to” as a lower limit value and an upper limit value.
  • the orientation index is derived from the orientation index of the luminescent guest contained in the film including the host and the luminescent guest dispersed in the host.
  • a film containing a host and a luminescent guest dispersed in the host is referred to as a “host guest film”.
  • the host guest film from which the orientation index is derived will be described.
  • the film from which the orientation index is derived in the present invention is a host guest film containing a host and a luminescent guest dispersed in the host.
  • the “luminescent guest” in the present invention is a material that emits light when irradiated with excitation light, and exists in a dispersed state in a host.
  • the luminescent guest may be any of a fluorescent material, a delayed fluorescent material, and a phosphorescent material, and may be a material in which two or more of them are combined.
  • the luminescent guest may be comprised with any of an organic compound and a metal complex, and may be comprised combining them.
  • the “host” in the present invention functions as a matrix material that supports the luminescent guest in a dispersed state, and is preferably composed of an organic compound, and is an organic compound having a glass transition temperature of 100 ° C. or higher. It is more preferable.
  • the glass transition temperature of the host can be measured by thermogravimetric differential thermal analysis.
  • the content of the luminescent guest in the host guest film is not particularly limited, but is preferably 0.1% by weight or more, more preferably 1% by weight or more based on the total amount of the host guest film, and 50 It is preferably no greater than wt%, more preferably no greater than 20 wt%, and even more preferably no greater than 10 wt%.
  • the host guest film may be composed of only the light emitting guest and the host, or may contain other materials. Examples of other materials include assist dopants that promote light emission of the light-emitting guest.
  • the thickness of the host guest film is preferably 20 nm or less, and more preferably 10 to 20 nm. Moreover, it is preferable to set it as 1/20 or less of the measurement wavelength of the measuring instrument which measures light emission.
  • the host guest film is preferably supported by the substrate.
  • the substrate is not particularly limited and may be any substrate that has been conventionally used for organic light-emitting elements and the like. For example, a substrate made of glass, fused silica, transparent plastic, quartz (fused silica), silicon, or the like is used. be able to.
  • each step of the orientation index derivation method Next, each step of the method for deriving the orientation index of the present invention will be described.
  • the incident angle of a film containing a host and a luminescent guest dispersed in the host is continuously changed within a range where the angle with respect to the normal of the film interface is 40 to 60 °.
  • the first step of creating a relational expression between the peak intensity ISP and the orientation index using the function ⁇ , and the normal of the film interface to the film containing the host and the luminescent guest dispersed in the host range angle is 40 ⁇ 60 ° with respect to the incident angle by irradiating continuously varied while the excitation light is observed emission spectrum, light emission property by substituting the peak intensity of the emission spectrum I SP relation
  • the guests A second step of deriving the orientation index.
  • the host guest film used in the first step of the present invention is a film as a model used to create a relational expression between the peak intensity ISP and the orientation index, and may be an actual host guest film or a transition
  • a pseudo model in which a dipole is regarded as a luminescent guest molecule may be used.
  • the emission spectrum of the pseudo model (the “radiation pattern” described later) can be obtained by photonic mode density simulation (angle-dependent PL measurement by simulation), and the photonic mode density simulation can be obtained by using commercially available software (for example, Fraxime). Made by: setfos 3.4).
  • the emission spectrum that is observed by irradiating excitation light to the film interface of the host guest film while continuously changing the incident angle is an emission spectrum that represents the incident angle dependence of the emission intensity.
  • observing the emission spectrum by irradiating excitation light while continuously changing the incident angle to the film interface of the host guest film is called angle-dependent PL measurement, and is obtained by angle-dependent PL measurement.
  • the emission spectrum is called “radiation pattern”.
  • an emission spectrum observed when excitation light is irradiated while continuously changing the incident angle in a range where the angle with respect to the normal of the film interface is 40 to 60 ° and “film In the range where the angle with respect to the normal of the interface is 40 to 60 °, the emission spectrum is observed by irradiating the excitation light while continuously changing the incident angle. Is the emission spectrum in the range of 40 to 60 °, and the “peak intensity of the emission spectrum” refers to the maximum value of the emission intensity of the emission spectrum in the range of the incident angle of 40 to 60 °.
  • the peak intensity of an emission spectrum having an incident angle in the range of 40 to 60 ° may be referred to as “peak intensity I sp ” or “peak intensity at 40 to 60 °”.
  • the “excitation light” irradiated to the film interface of the host guest film is light that causes the host guest film to emit light when irradiated to the host guest film, and is excited in TM mode (Transverse-Magnetic Mode). It is preferably light.
  • the excitation light for example, light in a wavelength range corresponding to the emission peak in the excitation spectrum observed for the host guest film can be used, and light having a wavelength with the maximum emission intensity in the excitation spectrum should be used. More preferred.
  • a normal line z is set at an arbitrary position on the interface 1a of the host guest film 1
  • the excitation light is irradiated while changing the incident direction of the excitation light on the xz coordinate with the location (contact point of the normal line z) as the incident position, and the “incident angle” here is the normal line Lz And the incident direction of the excitation light.
  • the interface 1a of the host guest film 1 on which the excitation light is incident may be an interface with air or an interface with the substrate supporting the host guest film, but is an interface with the substrate 2. Is preferred.
  • the “orientation index” in the present invention is a numerical value that serves as an index of the molecular orientation of the luminescent guest, and any value can be used as long as the molecular orientation state of the luminescent guest can be grasped from the numerical value.
  • a numerical value defined by the existence probability of a transition dipole for each orientation direction can be used as an orientation index.
  • Specific examples include orientation order parameter S and ⁇ v defined by the following equations (2) and (3), mention may be made of the ⁇ h and the like.
  • the orientation order parameter S is defined by the following formula (1).
  • p is the symbol representing the existence probability of the transition dipole
  • p x represent the existence probability of the transition dipole oriented in the plane direction of the film interface
  • p z are orthogonal film interface It represents the existence probability of a transition dipole oriented in the direction
  • the orientation order parameter S is a numerical value having a range of ⁇ 0.5 to 1.0, and when it is ⁇ 0.5, it means that the orientation of the transition dipole is a complete horizontal orientation and is 0. Sometimes the orientation of the transition dipole is random, and when it is 1, it means that the orientation of the transition dipole is a perfect vertical orientation.
  • a preferable range of the orientation order parameter S of the host guest film is ⁇ 0.50 to 0.05, more preferably ⁇ 0.50 to ⁇ 0.30, and further preferably ⁇ 0.50 to ⁇ 0. 40.
  • the host guest film having the alignment order parameter S in the above range can obtain high light extraction efficiency when the light emitting layer of the organic light emitting device is formed due to the high degree of horizontal alignment of the light emitting guest.
  • ⁇ v and ⁇ h are defined by the following formulas (2) and (3).
  • Equation (2) in (3), p x, p y, for the definition and description of p z can see the definition and description of p x, p y, p z in the formula (1).
  • Theta v, of all transition dipole represents the percentage of those oriented in the direction perpendicular to the film surface, theta h, out of all the dipole, but are oriented in the plane direction of the film interface Represents a percentage.
  • Orientational order parameter and theta v has a relationship represented by the following formula (4) and (5) can be converted to each other.
  • theta v and theta h has the relation represented by the following formula (6) and (7), this relation and the above equation (4), by using (5), the orientational order parameter S and ⁇ h can also be converted into each other.
  • the “function” and “function ⁇ ” in the present invention are functions defined by parameters in which the correlation between the peak intensity ISP and the orientation index changes as the value thereof changes.
  • a plot included in the space can be described.
  • whether or not a function can describe a plot included in a space can be determined by using an index as to whether or not a continuous surface connecting the plots included in the space is a smooth surface. The specific determination method will be described later in [Embodiment of Method for Deriving Orientation Index].
  • the function ⁇ is preferably a function having at least one of the refractive index n org of the host guest film, the refractive index n sub of the substrate, and the wavelength ⁇ of the excitation light as parameters.
  • the refractive indexes of the host guest film, substrate and air can be measured by spectroscopic ellipsometry.
  • "space created by the peak intensity I SP and orientation index and functions of the light emitting guest” is the peak intensity I SP, three number line of respectively representing the values of the orientation index and functions as coordinate space A space formed by coordinates.
  • a relational expression between the peak intensity ISP and the orientation index of the luminescent guest is created using the function ⁇ derived by creating the space as described above. Keep it.
  • a peak intensity at 40 ⁇ 60 ° obtained by the angle-dependent PL measurements host-guest films leads to orientation index of light emitting guest by substituting the I SP relations.
  • the method for deriving the orientation index of the present invention will be described by taking as an example the case where the orientation order parameter S is derived as the orientation index.
  • the method for deriving the orientation index in the present invention should not be limitedly interpreted by the following specific examples.
  • a pseudo model of the host guest film in which the transition dipole is regarded as a luminescent guest molecule is used, and the radiation pattern is obtained by photonic mode density simulation using software setfos 3.4.
  • the host guest film is provided on the substrate, and excitation light is incident from the interface between the host guest film and the substrate, and light emission from the transition dipole located at a half of the thickness of the host guest film is observed.
  • the thickness d of the host guest film is set to 20 nm
  • the refractive index n sub of the substrate is set to 1.524, which is the same as the refractive index of glass
  • the alignment order parameter S sim is set to the software variable parameter ⁇ v . It is determined by conversion according to the above equation (4).
  • each host guest film having a different orientation order parameter S in the range of ⁇ 0.5 to 0.05 is irradiated with excitation light while changing the incident angle ⁇ in the range of 0 to 89 °.
  • FIG. 2 shows a radiation pattern obtained by simulation in the case of the above.
  • the refractive index n org of the host guest film was set to 1.6, and the wavelength ⁇ of the excitation light was set to 400 nm.
  • an emission peak appears in the range where the incident angle ⁇ is 40 to 60 °, and the peak intensity of the emission peak is significant depending on the increase in the orientation order parameter S. It can be seen that it has increased. This shows that the peak intensity at 40 to 60 ° in the radiation pattern is effective as a variable for determining the orientation order parameter S.
  • First step In the first step, first, with respect to the host guest film as a model, the emission observed when the excitation light is irradiated while the incident angle is continuously changed in the range of the angle of 40-60 ° with respect to the normal of the film interface. to create a peak intensity I SP of the spectrum (emission spectrum in the range of 40 ⁇ 60 ° out of the radiation pattern), and an orientation index of light emitting guest, the space between the function.
  • the orientation index in the present embodiment is the orientation order parameter S.
  • the function is a function defined by parameters in which the correlation diagram between the peak intensity ISP and the orientation index changes as the value changes, and the refractive index n org of the host guest film and the refractive index n sub of the substrate. It is preferable that the function has at least one wavelength ⁇ of the excitation light as a parameter.
  • the function include a function ⁇ 1 represented by the following formula (8), a function ⁇ 2 represented by the following formula (9), and the like.
  • the S sim ⁇ I SP ⁇ 1 space created by simulation using the function ⁇ 1 represented by the equation (8) is shown in FIG. 3, and the simulation is performed using the function ⁇ 2 represented by the equation (9).
  • FIG. 4 shows the S sim -I SP - ⁇ 2 space created by
  • a function ⁇ that can describe a plot included in the created space is derived. Whether or not a function can describe a plot included in a space can be determined using, for example, an index as to whether or not a continuous surface obtained by continuing plots in the space is a smooth surface. In this embodiment, if the continuous surface is continuously a plurality of S sim -I SP scatter diagram is a smooth curved surface, the function determines that those which can describe the plot contained in the space.
  • the continuous surface has a concave surface and a convex surface.
  • the continuous surface assumed from the S sim -I SP scatter diagram of the S sim -I SP - ⁇ 2 space shown in FIG. 4 is a smooth curved surface. From this, it can be seen that it is preferable to create a relational expression using the function ⁇ 2 among the functions ⁇ 1 and ⁇ 2 .
  • the relational expression compares the shape of the scatter diagram formed in the created space with the correlation diagram represented by a known function, and among them, the function representing the correlation diagram that approximates the shape of the scatter diagram, It can be created by modifying to fit the scatter plot. For example, for the S sim -I SP - ⁇ 2 space shown in FIG. 4, a relational expression can be created by the following procedure.
  • n org represents the refractive index of the film containing the host and the luminescent guest dispersed in the host
  • n air represents the refractive index of air
  • FIG. 7 shows the SI SP- ⁇ 2 space created by overlapping the -I SP - ⁇ 2 space.
  • the S calc -I SP - ⁇ 2 surface overlaps well with the scatter diagram of the S sim -I SP - ⁇ 2 space obtained by simulation.
  • the host guest film from which the orientation index is derived is emitted by irradiating it with excitation light while continuously changing the incident angle within a range of 40 to 60 ° with respect to the normal of the film interface. observing the spectrum (emission spectrum in the range of 40 ⁇ 60 ° out of the radiation pattern), to derive the orientation index of the light emitting guest by substituting the peak intensity of the emission spectrum I SP relations.
  • the S calc -I SP relational expression of the expression (10) substituted with the expressions (11) to (15) is used, and the peak intensity at 40 to 60 ° in the observed radiation pattern is expressed as S calc -I SP.
  • the computer program of the present invention is characterized in that the orientation index is derived from the peak intensity of the observed emission spectrum by the method for deriving the orientation index of the present invention.
  • the orientation index of the host guest film can be derived by a simple calculation step of substituting the observed peak intensity and the value of a specific parameter into the relational expression between the peak intensity Isp and the orientation index.
  • the apparatus of the present invention is software for deriving an orientation index from the angle-dependent photoluminescence measurement device (angle-dependent PL measurement device) and the peak intensity of the emission spectrum observed by the measurement device by the method of deriving the orientation index of the present invention. It is characterized by having.
  • the orientation index derivation method of the present invention the preferred range, and specific examples, the description in the section ⁇ Method for deriving orientation index> can be referred to.
  • An angle-dependent photoluminescence measuring device irradiates a film, from which an orientation index is derived, with excitation light while continuously changing the incident angle within a range of 40 to 60 ° with respect to the normal of the film interface. An emission spectrum is observed.
  • the angle-dependent photoluminescence measuring apparatus irradiates excitation light to the turntable 101 on which the substrate 2 provided with the film 1 on which the orientation index is derived and the installed film 1 are irradiated.
  • An excitation light source 102 and a light detection unit 103 that receives light emitted from the film 1 and measures an emission spectrum are included.
  • the light detection unit 103 includes a long pass filter, a polarizer, a collimator, and a spectroscope arranged in order from the orientation index derivation target (film) side.
  • the substrate 2 provided with the film 1 is installed so that the surface of the substrate 2 is orthogonal to the installation surface of the turntable 101.
  • the incident angle of the excitation light incident on the film from the excitation light source continuously changes due to the rotation of the turntable, and an emission spectrum (radiation pattern) representing the incident angle dependence of the emission intensity is acquired in the light detection unit. can do.
  • the alignment order parameter S can be derived using the relational expressions (11) to (15) by the S calc -I SP relational expression of the expression (10).
  • the correspondence of the calculated constants is read in advance in software, and when the orientation index is investigated, the refractive index (n sub ) and film thickness (d) data of the substrate from which the orientation index is derived are measured with an instrument. Input Isp . Thereby, the S orientation order parameter S can be easily obtained.
  • Example 1 10- [4- (4,6-Diphenyl-1,3,5-triazin-2-yl) phenyl] -10H-phenoxazine (PXZ-TRZ) is (3,3-dicarbazol-9-yl) biphenyl Host guest film dispersed in (mCBP), 2,6-bis (4- (10H-phenoxazin-10-yl) phenyl) benzo [1,2-d: 5,4-d ′] bis (oxazole)
  • the method of deriving the orientation coefficient of the present invention oriented by a simple analysis of the peak intensity I SP at 40 ⁇ 60 ° obtained by the angle-dependent PL measurements host-guest films, into a variable I SP of the created relational expression
  • An index can be derived. Therefore, according to the present invention, anyone can easily investigate the orientation state of the light-emitting guest molecules contained in the host guest film, and therefore, the development of an organic light-emitting device having excellent performance can be greatly promoted. Therefore, the present invention has high industrial applicability.

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Abstract

本発明の配向指数の導出方法は、ホストとホスト中に分散した発光性ゲストを含む膜について、その膜界面の法線に対する角度が４０～６０°である範囲で、入射角度を連続的に変えながら励起光を照射したときに観測される発光スペクトルのピーク強度と、発光性ゲストの配向指数と、関数とで空間を作成したときに、その空間に含まれるプロットを記述しうる関数ξを導き、関数ξを用いて、ピーク強度ＩＳＰと配向指数の関係式を作成する第１工程と、ホストとホスト中に分散した発光性ゲストを含む膜に、その膜界面の法線に対する角度が４０～６０°である範囲で、入射角度を連続的に変えながら励起光を照射して発光スペクトルを観測し、発光スペクトルのピーク強度を、第１工程で作成しておいた関係式のＩＳＰに代入して前記発光性ゲストの配向指数を導出する第２工程を有する。

Description

配向指数の導出方法、コンピュータープログラムおよび装置
　本発明は、発光性ゲスト分子の配向指数を導出する配向指数の導出方法、その方法を用いたコンピュータープログラムおよび装置に関する。
　有機エレクトロルミネッセンス素子（有機ＥＬ素子）などの有機発光素子では、発光体の基板表面に対する分子配向の状態が素子の性能に大きく影響することが知られており、その発光体の分子配向を制御することで素子の性能を改善しようとする研究が盛んに行われている。例えば、発光性ゲストがホスト中に分散した薄膜（以下「ホストゲスト膜」という）を基板上に有する有機ＥＬ素子については、発光性ゲストを基板表面に対して水平方向に分子配向させることにより、発光性ゲストの分子配向がランダムである場合に比べて、光取出し効率や外部量子効率が顕著に向上したことが報告されている。
　ところで、膜中での発光性ゲストの分子配向を適切に制御するには、その発光性ゲストの配向状態を調査して把握することが必要であり、具体的には、調査対象となる膜から、発光性ゲストの分子配向と相関する何らかのデータを取得し、そのデータに基づいて発光性ゲストの分子配向の状態を知ることが必要になる。
　そうした発光性ゲストの分子配向を調査する方法として、角度依存ＰＬ測定により得られた放射パターンを用いる方法が提案されている（非特許文献１、２参照。）。角度依存ＰＬ測定とは、ＴＭモード（Transverse-Magnetic Mode）の励起光を、入射角度を変えながらホストゲスト膜に照射して発光を観測し、その発光強度の入射角度依存性（放射パターン）を測定するものである。上記の各文献に記載された方法では、調査対象となる膜に角度依存ＰＬ測定を行って放射パターンを取得するとともに、発光性ゲスト分子のモデルとなる遷移双極子の配向を様々に変えて放射パターンをシミュレートし、光学モード解析を行って、角度依存ＰＬ測定により得られた放射パターンを最もよく再現するシミュレーションパターンを探索する。その探索されたシミュレーションパターンでの遷移双極子の配向条件から、調査対象の膜における発光性ゲストの分子配向を判定する。
Frischeisen, J. et al, Appl. Phys. Lett. 2010, 96, 073302. Brutting, W. et al, Phys. Status Solidi A 2013, 210, 44-66.
　上記のように、従来提案されている発光性ゲストの分子配向を調査する方法では、具体的な調査対象毎に、光学モード解析を行って、角度依存ＰＬ測定により得られた放射パターンを再現するシミュレーションパターンを探索し、発光性ゲストの分子配向を判定する。ここで、光学モード解析を行うには、専門知識が必要であるうえに、手順が複雑で分かりにくく、ノウハウや経験に頼らざるを得ないのが実情である。そのため、従来の方法では、限られた人材しか膜中での発光性ゲストの分子配向を調査することができず、また、その調査を効率よく行うことができないという問題があった。
　そこで本発明者らは、このような従来技術の課題を解決するために、ホストゲスト膜の角度依存ＰＬ測定により取得されるデータから、発光性ゲストの分子配向を簡単に調査することができる配向指数の導出方法を提供することを目的として検討を進めた。さらに、ホストゲスト膜の角度依存ＰＬ測定により取得されるデータから、発光性ゲストの配向指数を簡単な演算」ステップで算出することができるコンピュータープログラムおよび装置を提供することを目的として検討を進めた。
　上記の目的を達成するために鋭意検討を進めた結果、本発明者らは、ホストゲスト膜の角度依存ＰＬ測定により得られる放射パターンにおいて、特に、４０～６０°の範囲に出現する発光ピークのピーク強度ＩＳＰが発光性ゲストの分子配向の違いに応じて敏感に変化することを見出した。そして、そのピーク強度ＩＳＰと発光性ゲストの配向指数と関数ξとで空間を作成して、ピーク強度ＩＳＰと配向指数の関係式を導くとともに、その関係式と関数ξを関係づける関係式を導くことにより、ホストゲスト膜について測定したピーク強度ＩＳＰとパラメータの値を関係式に代入して、誰でも簡単に配向指数が導出できるようになることを見出した。
　本発明は、これらの知見に基づいて提案されたものであり、具体的に以下の構成を有する
［１］　ホストとホスト中に分散した発光性ゲストを含む膜について、その膜界面の法線に対する角度が４０～６０°である範囲で、入射角度を連続的に変えながら励起光を照射したときに観測される発光スペクトルのピーク強度と、発光性ゲストの配向指数と、関数とで空間を作成したときに、その空間に含まれるプロットを記述しうる関数ξを導き、前記関数ξを用いて、ピーク強度ＩＳＰと配向指数の関係式を作成しておく第１工程と、ホストとホスト中に分散した発光性ゲストを含む膜に、その膜界面の法線に対する角度が４０～６０°である範囲で、入射角度を連続的に変えながら励起光を照射して発光スペクトルを観測し、前記発光スペクトルのピーク強度を前記関係式のＩＳＰに代入して前記発光性ゲストの配向指数を導出する第２工程を有する、配向指数の導出方法。
［２］　前記配向指数が配向秩序パラメータＳである、［１］に記載の配向指数の導出方法。
［３］　前記第１工程で用いる膜が、遷移双極子を発光性ゲスト分子に見立てたモデルとしての膜である、［１］または［２］に記載の配向指数の導出方法。
［４］　前記空間をシミュレーションを用いて作成する、［１］～［３］のいずれか１項に記載の配向指数の導出方法。
［５］　前記シミュレーションがフォトニックモード密度シミュレーションである、［４］に記載の配向指数の導出方法。
［６］　前記関係式がシグモイド関数である、［１］～［５］のいずれか１項に記載の配向指数の導出方法。
［７］　前記関数ξが、膜の屈折率ｎｏｒｇ、空気の屈折率ｎａｉｒおよび励起光の波長λの少なくとも１つをパラメータとする値である、［１］～［６］のいずれか１項に記載の配向指数の導出方法。
［８］　前記関係式と前記関数ξを関連付ける関係式が、式の中に指数関数を含む、［１］～［７］のいずれか１項に記載の配向指数の導出方法。
［９］　前記関係式が下記式（１）で表されるＩｓｐの関数である、［１］に記載の配向指数の導出方法。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
 ［式(15)において、ｎｏｒｇはホストとホスト中に分散した発光性ゲストを含む膜の屈折率を表し、ｎａｉｒは空気の屈折率を表す。］
［１０］　前記膜の厚さが２０ｎｍ以下である［１］～［９］のいずれか１項に記載の配向指数の導出方法。
［１１］　前記膜が基板上に設けられている、［１］～［１０］のいずれか１項に記載の配向指数の導出方法。
［１２］　前記膜の基板との界面から励起光を入射させる、［１１］に記載の配向指数の導出方法。
［１３］　前記励起光がＴＭモードの励起光である、［１］～［１２］に記載の配向指数の導出方法。
［１４］　［１］に記載の方法により、観測された発光スペクトルのピーク強度から配向指数を導出するコンピュータープログラム。
［１５］　角度依存フォトルミネッセンス測定機器と、その測定機器により観測された発光スペクトルピーク強度から［１］に記載の方法により配向指数を導出するソフトウェアとを有する装置。
　本発明の配向指数の導出方法によれば、ホストゲスト膜の角度依存ＰＬ測定により取得した４０～６０°でのピーク強度ＩＳＰを、作成した関係式のＩＳＰに代入することにより、発光性ゲストの配向指数を容易に導出することができ、その配向指数から、ホストゲスト膜中での発光性ゲストの分子配向の状態を精度よく知ることができる。また、本発明のコンピュータープログラムによれば、ホストゲスト膜の角度依存ＰＬ測定で取得したピーク強度ＩＳＰから、簡単な演算ステップでホストゲスト膜の配向指数を導出することができる。さらに、本発明の装置では、ホストゲスト膜の角度依存ＰＬ測定と、その角度依存ＰＬ測定により取得されたピーク強度ＩＳＰからの配向指数の導出を一台で行うことができるため、配向指数の導出にかかる操作を簡略化することができ、ホストゲスト膜の配向指数の調査を効率よく行うことができる。
角度依存ＰＬ測定を説明するための模式図である。 角度依存ＰＬ測定により観測される放射パターンのシミュレーション結果を示すグラフである。 ピーク強度ＩＳＰと配向秩序パラメータＳｓｉｍと関数ξ１とで作成したSsim-ISP-ξ1空間を表す斜視図である。 ピーク強度ＩＳＰと配向秩序パラメータＳｓｉｍと関数ξ２とで作成したSsim-ISP-ξ2空間を表す斜視図である。 図４に示すSsim-ISP-ξ2空間をSsim-ISP座標平面側から見て作成したSsim-ISP散布図（相関図）である。 図４に示すSsim-ISP-ξ2空間をISP-ξ2座標平面側から見て作成した散布図（相関図）であり、（ａ）はb-ξ2相関図、（ｂ）はm-ξ2相関図、（ｃ）はh-ξ2相関図、（ｄ）はr-ξ2相関図である。 式（１０）で表されるS-ISP関係式と式（１１）～（１５）で表される各関係式を用いて形成したScalc-ISP-ξ2面を、図４に示すSsim-ISP-ξ2空間に重ねて作成した斜視図である。 本発明の装置が備える角度依存フォトルミネッセンス測定機器の一例を示す構成図である。
　以下において、本発明の内容について詳細に説明する。以下に記載する構成要件の説明は、本発明の代表的な実施態様や具体例に基づいてなされることがあるが、本発明はそのような実施態様や具体例に限定されるものではない。なお、本明細書において「～」を用いて表される数値範囲は、「～」の前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。
＜配向指数の導出方法＞
　本発明で配向指数を導出するのは、ホストとそのホスト中に分散した発光性ゲストを含む膜に含まれる発光性ゲストの配向指数である。以下の説明では、「ホストとそのホスト中に分散した発光性ゲストを含む膜」を「ホストゲスト膜」という。
　以下において、まず、配向指数を導出対象としてのホストゲスト膜について説明する。
［配向指数の導出対象となる膜（ホストゲスト膜）］
　本発明で配向指数の導出対象となる膜は、ホストとそのホスト中に分散した発光性ゲストを含むホストゲスト膜である。本発明における「発光性ゲスト」とは、励起光の照射により発光する材料であって、ホスト中に分散した状態で存在するものである。発光性ゲストは、蛍光材料、遅延蛍光材料、燐光材料のいずれであってもよく、それらの２種類以上を組み合わせた材料であってもよい。また、発光性ゲストは、有機化合物および金属錯体のいずれで構成されていてもよく、それらを組み合わせて構成されていてもよい。本発明における「ホスト」とは、発光性ゲストを分散させた状態で支持するマトリックス材として機能するものであり、有機化合物からなることが好ましく、１００℃以上のガラス転移温度を有する有機化合物であることがより好ましい。ホストのガラス転移温度は熱重量示差熱分析により測定することができる。
　ホストゲスト膜における発光性ゲストの含有量は、特に限定されないが、ホストゲスト膜全量に対して０．１重量％以上であることが好ましく、１重量％以上であることがより好ましく、また、５０重量％以下であることが好ましく、２０重量％以下であることがより好ましく、１０重量％以下であることがさらに好ましい。
　ホストゲスト膜は、発光性ゲストとホストのみから構成されていてもよいし、その他の材料を含んでいてもよい。その他の材料として、発光性ゲストの発光を助長するアシストドーパント等を挙げることができる。
　ホストゲスト膜の膜厚は、２０ｎｍ以下が好ましく、１０～２０ｎｍがより好ましい。また、発光を測定する測定機器の測定波長の１／２０以下の膜厚にすることが好ましい。
　ホストゲスト膜は、基板に支持されていることが好ましい。この基板については、特に制限はなく、従来から有機発光素子等に慣用されているものであればよく、例えば、ガラス、溶融シリカ、透明プラスチック、石英（溶融シリカ）、シリコンなどからなるものを用いることができる。
［配向指数の導出方法の各工程］
　次に、本発明の配向指数の導出方法の各工程について説明する。
　本発明の配向指数の導出方法では、ホストとホスト中に分散した発光性ゲストを含む膜について、その膜界面の法線に対する角度が４０～６０°である範囲で、入射角度を連続的に変えながら励起光を照射したときに観測される発光スペクトルのピーク強度ＩＳＰと、発光性ゲストの配向指数と、関数とで空間を作成したときに、その空間に含まれるプロットを記述しうる関数ξを導き、関数ξを用いて、ピーク強度ＩＳＰと配向指数の関係式を作成しておく第１工程と、ホストとホスト中に分散した発光性ゲストを含む膜に、その膜界面の法線に対する角度が４０～６０°である範囲で、入射角度を連続的に変えながら励起光を照射して発光スペクトルを観測し、前記発光スペクトルのピーク強度を関係式のＩＳＰに代入して発光性ゲストの配向指数を導出する第２工程を有する。
　本発明の第１工程で用いるホストゲスト膜は、ピーク強度ＩＳＰと配向指数の関係式を作成するのに使用するモデルとしての膜であり、実際のホストゲスト膜であってもよいし、遷移双極子を発光性ゲスト分子に見立てた疑似モデルであってもよい。疑似モデルの発光スペクトル（後述の「放射パターン」）は、フォトニックモード密度シミュレーション（シミュレーションによる角度依存ＰＬ測定）により取得することができ、そのフォトニックモード密度シミュレーションは、市販のソフトウェア（例えばフラキシム社製：setfos 3.4）を使用して行うことができる。
　ホストゲスト膜の膜界面に入射角度を連続的に変えながら励起光を照射することで観測される発光スペクトルは、言い換えれば、発光強度の入射角度依存性を表す発光スペクトルである。本明細書中では、このホストゲスト膜の膜界面に入射角度を連続的に変えながら励起光を照射して発光スペクトルを観測することを、角度依存ＰＬ測定といい、角度依存ＰＬ測定により得られる発光スペクトルを「放射パターン」という。また、本発明において、「膜界面の法線に対する角度が４０～６０°である範囲で、入射角度を連続的に変えながら励起光を照射したときに観測される発光スペクトル」、および、「膜界面の法線に対する角度が４０～６０°である範囲で、入射角度を連続的に変えながら励起光を照射して発光スペクトルを観測する」の「発光スペクトル」は、放射パターンのうち、入射角度が４０～６０°の範囲にある発光スペクトルであり、その「発光スペクトルのピーク強度」とは、入射角度が４０～６０°の範囲にある発光スペクトルの発光強度の最大値のことをいう。本明細書中では、この入射角度が４０～６０°の範囲にある発光スペクトルのピーク強度を、「ピーク強度Ｉｓｐ」または「４０～６０°でのピーク強度」ということがある。
　本発明において、ホストゲスト膜の膜界面に照射する「励起光」は、ホストゲスト膜に照射したときに、そのホストゲスト膜に発光を生じさせる光であり、ＴＭモード（Transverse-MagneticMode）の励起光であることが好ましい。励起光には、例えばホストゲスト膜について観測した励起スペクトルで、発光ピークに対応する波長範囲の光を用いることができ、その励起スペクトルのうちで発光強度が最大になる波長の光を用いることがより好ましい。
　また、励起光を、入射角度を連続的に変えながら照射するとは、具体的には、図１に示すように、ホストゲスト膜１の界面１ａ上の任意の箇所に法線ｚを設定し、その箇所（法線ｚの接点）を入射位置として、励起光の入射方向をｘ－ｚ座標上で変えながら励起光を照射することであり、ここで言う「入射角度」は、その法線Ｌｚと励起光の入射方向とのなす角度θである。
　励起光を入射させるホストゲスト膜１の界面１ａは、空気との界面であってもよいし、ホストゲスト膜を支持する基板との界面であってもよいが、基板２との界面であることが好ましい。
　本発明における「配向指数」は、発光性ゲストの分子配向の指標となる数値であり、その数値から発光性ゲストの分子配向の状態が把握できるものであれば、いかなるものであってもよい。例えば、配向方向毎の遷移双極子の存在確率で定義される数値を配向指数として用いることができ、具体例として配向秩序パラメータＳや下記式（２）、（３）で定義されるΘｖ、Θｈ等を挙げることができる。
　配向秩序パラメータＳは、下記式（１）で定義される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　式（１）において、ｐは遷移双極子の存在確率を表す記号であり、ｐｘは膜界面の面内方向に配向している遷移双極子の存在確率を表し、ｐｚは膜界面の直交方向に配向している遷移双極子の存在確率を表し、ｐｘ＋ｐｙ＋ｐｚ＝１である。なお、ここで考慮すべき遷移双極子の異方性はｚ軸の周りの１軸異方性であるため、ｐｘおよびｐｙはいずれも膜界面の面内方向に配向している遷移双極子の存在確率を表し、ｐｘ＝ｐｙ≠ｐｚであることとする。配向秩序パラメータＳは、－０．５～１．０の値域を有する数値であり、－０．５であるとき、遷移双極子の配向が完全な水平配向であることを意味し、０であるとき、遷移双極子の配向がランダムであることを意味し、１であるとき、遷移双極子の配向が完全な垂直配向であることを意味する。ホストゲスト膜の配向秩序パラメータＳの好ましい範囲は、－０．５０～０．０５であり、より好ましくは－０．５０～－０．３０であり、さらに好ましくは－０．５０～－０．４０である。配向秩序パラメータＳが上記の範囲であるホストゲスト膜は、発光性ゲストの水平配向度が高いことにより、有機発光素子の発光層を構成したとき、高い光取出し効率を得ることができる。
　Θｖ、Θｈは、下記式（２）、（３）で定義されるものである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　式（２）、（３）において、ｐｘ、ｐｙ、ｐｚの定義および説明については、式（１）におけるｐｘ、ｐｙ、ｐｚの定義および説明を参照することができる。Θｖは、全ての遷移双極子のうち、膜界面の直交方向に配向しているものの割合を表し、Θｈは、すべての双極子のうち、膜界面の面内方向に配向しているものの割合を表す。
　配向秩序パラメータとΘｖは、下記式（４）および（５）で表される関係を有し、相互に変換することができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　また、ΘｖとΘｈは、下記式（６）および（７）で表される関係を有し、この関係式と上記の式（４）、（５）を用いることにより、配向秩序パラメータＳとΘｈも相互に変換することができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
　本発明における「関数」および「関数ξ」は、その値が変化することで、ピーク強度ＩＳＰと配向指数の相関図が変化するパラメータによって定義される関数であり、「関数ξ」は、さらにピーク強度と発光性ゲストの配向指数と関数ξとで作成したとき、その空間に含まれるプロットを記述しうるものである。ここで、関数が空間に含まれるプロットを記述しうるか否かは、その空間に含まれるプロットを面で繋げた連続面が滑らかな面であるか否かを指標に判断することができる。その具体的な判断方法については、後述の［配向指数の導出方法の実施形態］において説明する。関数ξは、ホストゲスト膜の屈折率ｎｏｒｇ、基板の屈折率ｎｓｕｂ、励起光の波長λの少なくとも１つをパラメータとする関数であることがこのましい。ホストゲスト膜、基板、空気の屈折率は分光エリプソメトリーより測定することができる。
　また、「ピーク強度ＩＳＰと発光性ゲストの配向指数と関数とで作成される空間」は、ピーク強度ＩＳＰ、配向指数および関数の各値をそれぞれ表す３本の数直線を座標軸とする空間座標により形成される空間のことをいう。
　本発明の配向指数の導出方法では、第１工程で、上記のような空間を作成することで導かれる関数ξを用いて、ピーク強度ＩＳＰと発光性ゲストの配向指数の関係式を作成しておく。そして、第２工程で、ホストゲスト膜の角度依存ＰＬ測定により取得された４０～６０°でのピーク強度を、関係式のＩＳＰに代入することで発光性ゲストの配向指数を導く。
　このように、本発明によれば、ホストゲスト膜の発光性ゲストの配向指数を極めて簡単な計算により導くことができるため、その発光性ゲストの分子配向の状態を、誰でも簡単に調査することができるようになる。そのため、性能に優れた有機発光素子の開発を大いに推進することができる。
［配向指数の導出方法の実施形態］
　次に、本発明の配向指数の導出方法を、配向指数として配向秩序パラメータＳを導く場合を例にして説明する。ただし、本発明における配向指数の導出方法は、以下の具体例によって限定的に解釈されるべきものではない。
　本実施形態では、遷移双極子を発光性ゲスト分子に見立てたホストゲスト膜の疑似モデルを用い、その放射パターンをソフトウェアsetfos 3.4を使用したフォトニックモード密度シミュレーションにより取得する。ホストゲスト膜は基板上に設けられており、ホストゲスト膜の基板との界面から励起光を入射し、ホストゲスト膜の膜厚の１／２の位置にある遷移双極子からの発光を観測することとする。また、ホストゲスト膜の厚さｄは２０ｎｍに設定し、基板の屈折率ｎｓｕｂは、ガラスの屈折率と同じ１．５２４に設定し、配向秩序パラメータＳｓｉｍは、ソフトウェアの変数パラメータΘｖを上記の式（４）により変換して求めることとする。
　まず、放射パターンの典型例として、配向秩序パラメータＳが－０．５～０．０５の範囲で異なる各ホストゲスト膜に、入射角度θを０～８９°の範囲で変化させながら励起光を照射した場合のシミュレーションによる放射パターンを図２に示す。ここでは、ホストゲスト膜の屈折率ｎｏｒｇを１．６に設定し、励起光の波長λを４００ｎｍに設定した。
　図２の各放射パターンを見ると、いずれも入射角度θが４０～６０°の範囲に発光ピークが出現しており、その発光ピークのピーク強度が、配向秩序パラメータＳの増加に依存して有意に増加していることがわかる。このことから、放射パターンにおける４０～６０°でのピーク強度は、配向秩序パラメータＳを確定する変数として有効であることがわかる。
　これを前提に、本実施形態では、第１工程において、放射パターンにおける４０～６０°でのピーク強度ＩＳＰと配向秩序パラメータＳの関係式を作成し、第２工程において、その関係式を用いてホストゲスト膜の配向秩序パラメータＳを導く。以下に、各工程の手順を詳細に説明する。
（第１工程）
　第１工程では、まず、モデルとなるホストゲスト膜について、膜界面の法線に対する角度が４０～６０°の範囲で、入射角度を連続的に変えながら励起光を照射したときに観測される発光スペクトル（放射パターンのうち４０～６０°の範囲での発光スペクトル）のピーク強度ＩＳＰと、発光性ゲストの配向指数と、関数とで空間を作成する。ここで、本実施形態における配向指数は配向秩序パラメータＳである。
　この空間は、放射パターンの４０～６０°でのピーク強度ＩＳＰを横軸とし、配向秩序パラメータＳｓｉｍを縦軸とするSsim-ISP散布図を、関数の値毎に複数取得し、その関数の値の順に並べることで作成することができる。
　ここで関数は、その値が変化することで、ピーク強度ＩＳＰと配向指数の相関図が変化するパラメータによって定義される関数であり、ホストゲスト膜の屈折率ｎｏｒｇ、基板の屈折率ｎｓｕｂ、励起光の波長λの少なくとも１つをパラメータとする関数であることが好ましい。関数の具体例としては、下記式（８）で表される関数ξ１、下記式（９）で表される関数ξ２等を挙げることができる。また、式（８）で表される関数ξ１を用いてシミュレーションにより作成したＳｓｉｍ－ＩＳＰ－ξ１空間を図３に示し、式（９）で表される関数ξ２を用いてシミュレーションにより作成したＳｓｉｍ－ＩＳＰ－ξ２空間を図４に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
　次に、作成した空間に含まれるプロットを記述しうる関数ξを導く。関数が空間に含まれるプロットを記述しうるか否かは、例えば、その空間内のプロットを連続させた連続面が滑らかな面であるか否かを指標に判断することができる。本実施形態では、複数のＳｓｉｍ－ＩＳＰ散布図を連続させた連続面が滑らかな曲面である場合、その関数は、空間に含まれるプロットを記述しうるものであると判断する。
　ここで、図３、４を比較すると、図３に示すＳｓｉｍ－ＩＳＰ－ξ１空間のＳｓｉｍ－ＩＳＰ散布図を連続させた連続面を想定すると、その連続面は凹面と凸面を有しており、滑らかな曲面を構成しないことがわかる。これに対して、図４に示すＳｓｉｍ－ＩＳＰ－ξ２空間のＳｓｉｍ－ＩＳＰ散布図から想定される連続面は滑らかな曲面になる。このことから、関数ξ１および関数ξ２のうちでは、関数ξ２を用いて関係式を作成することが好ましいことがわかる。
　次に、関数ξ２を用いてピーク強度ＩＳＰと配向秩序パラメータＳのScalc-ISP-ξ2関係式を作成する。関係式は、作成した空間内で形成されている散布図の形状を、既知の関数で表される相関図と対比し、その中で、散布図と形状が近似する相関図を表す関数を、散布図にフィットするように修飾することで作成することができる。
　例えば、図４に示すSsim-ISP-ξ2空間については、以下の手順で関係式を作成することができる。
　まず、ピーク強度ＩＳＰと配向秩序パラメータＳの関係を表すScalc-ISP関係式を導くため、Ssim-ISP-ξ2空間をSsim-ISP座標平面側（右側面側）から見た散布図を図５の座標上にプロットで示す。ここで、図５を見ると、ピーク強度ＩＳＰと配向秩序パラメータＳのSsim-ISP散布図は、シグモイド様のカーブを形成していることがわかる。そこで、シグモイド関数をSsim-ISP散布図にフィットするように修飾すると、下記式（１０）のScalc-ISP関係式を導くことができる。式（１０）で表される相関図を、図５の座標にシグモイド曲線として示すと、式（１０）で表されるシグモイド曲線は、シミュレーションによるSsim-ISP散布図とよく一致していることがわかる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
　次に、図４に示すSsim-ISP-ξ2空間をIsp-ξ2座標平面側（上面側）から見て、そのｂ、ｍ、ｈ、ｒ（ただし、下付き添え字「ξ2、d、nsub」を省略する）を座標上にプロットしたもの（散布図）を図６に示す。図６から、ｂ、ｍ、ｈ、ｒは、それぞれ関数ξ２に対して指数関数様の依存性を示していることがわかる。そこで、指数関数を各散布図にフィットするように修飾すると、関数ξ２を変数とする下記式（１１）～（１４）の関係式を導くことができる。この式（１１）～（１４）で表される相関図を、図６の座標に線グラフで表すと、その式（１１）～（１４）で表されるグラフは、シミュレーションによる散布図とよく一致していることがわかる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
 ［式(15)において、ｎｏｒｇはホストとホスト中に分散した発光性ゲストを含む膜の屈折率を表し、ｎａｉｒは空気の屈折率を表す。］
　ここで、式（１１）～(１４)におけるa、a'、a''、a''、k、k'、k''、k'''、c'、c''、c'''、e、e'''、およびe'''（ただし、下付き添え字「d,nsub」を省略する）は、基板の屈折率ｎｓｕｂと膜厚ｄによって決まる定数である。各定数の具体的な数値を表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000010
　また、式（１０）のScalc-ISP関係式により、式（１１）～（１５）の各関係式を用いて形成したScalc-ISP-ξ2面を、図４に示すSsim-ISP-ξ2空間に重ねて作成したS-ISP-ξ2空間を図７に示す。図７に示すように、Scalc-ISP-ξ2面は、シミュレーションによるSsim-ISP-ξ2空間の散布図とよく重なっている。これらのことから、式（１０）のScalc-ISP関係式と、式（１１）～（１５）の各関係式を用いることにより、シミュレーションにより得られる配向秩序パラメータSsimを精度よく再現できることがわかる。
（第２工程）
　第２工程では、配向指数の導出対象となるホストゲスト膜に、その膜界面の法線に対する角度が４０～６０°である範囲で、入射角度を連続的に変えながら励起光を照射して発光スペクトル（放射パターンのうち４０～６０°の範囲での発光スペクトル）を観測し、その発光スペクトルのピーク強度を関係式のＩＳＰに代入して発光性ゲストの配向指数を導出する。
　本実施形態では、式（１１）～（１５）を代入した式（１０）のScalc-ISP関係式を用い、観測した放射パターンにおける４０～６０°でのピーク強度をScalc-ISP関係式のＩＳＰに代入するとともに、対応する数値をパラメータに代入してホストゲスト膜に含まれる発光性ゲストの配向秩序パラメータＳを算出する。
　上記のように、式（１０）で表されるScalc-ISP関係式と式（１１）～（１５）の各関係式で表されるScalc-ISP-ξ2面は、シミュレーションにより得た空間内のSsim-ISP-ξ2散布図とよく一致しているため、上記のような計算により、その発光性ゲストの配向秩序パラメータＳを精度よく導くことができ、その導かれた配向秩序パラメータＳから、発光性ゲストの分子配向の状態を的確に知ることができる。
＜コンピュータープログラム＞
　次に、本発明のコンピュータープログラムについて説明する。
　本発明のコンピュータープログラムは、本発明の配向指数の導出方法により、観測された発光スペクトルのピーク強度から配向指数を導出することを特徴とする。
　本発明の配向指数の導出方法についての説明と好ましい範囲、具体例については、＜配向指数の導出方法＞の欄における記載を参照することができる。このコンピュータープログラムによれば、ピーク強度Ｉｓｐと配向指数の関係式に、観測されたピーク強度と特定のパラメータの値を代入するという簡単な演算ステップで、ホストゲスト膜の配向指数を導出することができる
＜装置＞
　次に、本発明の装置について説明する。
　本発明の装置は、角度依存フォトルミネッセンス測定機器（角度依存ＰＬ測定機器）と、その測定機器により観測された発光スペクトルのピーク強度から、本発明の配向指数の導出方法により配向指数を導出するソフトウェアとを有することを特徴とする。
　本発明の配向指数の導出方法についての説明と好ましい範囲、具体例については、＜配向指数の導出方法＞の欄における記載を参照することができる。
　角度依存フォトルミネッセンス測定機器は、配向指数の導出対象となる膜に、その膜界面の法線に対する角度が４０～６０°である範囲で、入射角度を連続的に変えながら励起光を照射して発光スペクトルを観測するものである。
　角度依存フォトルミネッセンス測定機器は、例えば図８に示すように、配向指数の導出対象となる膜１が設けられた基板２を設置する回転台１０１と、設置された膜１へ励起光を照射する励起光源１０２と、膜１から放射される光を受光して発光スペクトルを測定する光検出部１０３を有する。光検出部１０３は、配向指数の導出対象（膜）側から順に、ロングパスフィルター、偏光子、コリメータ、分光器が配置されて構成されている。
　この角度依存フォトルミネッセンス測定機器では、膜１が設けられた基板２を、基板２の表面が回転台１０１の設置面と直交するように設置する。これにより、回転台の回転により、励起光源から膜へ入射する励起光の入射角度が連続的に変化し、光検出部において、発光強度の入射角度依存性を表す発光スペクトル（放射パターン）を取得することができる。
　本発明の装置では、ホストゲスト膜の角度依存ＰＬ測定と、その角度依存ＰＬ測定により取得されたピーク強度ＩＳＰからの配向指数の導出を一台で行うことができるため、配向指数の導出にかかる操作を簡略化することができ、ホストゲスト膜の配向指数の調査を容易に行うことができる。
　また、この装置により、例えば、式（１０）のScalc-ISP関係式により、式（１１）～（１５）の各関係式を用いて配向秩序パラメータＳを導くには、表１に記載された定数の対応関係をあらかじめソフトに読み込ませておき、配向指数の調査の際に、配向指数の導出対象の基板の屈折率（ｎｓｕｂ）と膜厚（ｄ）のデータと、機器で測定されたＩｓｐを入力する。これにより、簡単にＳ配向秩序パラメータＳを取得することができる。
　以下に実施例を挙げて本発明の特徴をさらに具体的に説明する。以下に示す材料、処理内容、処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更することができる。したがって、本発明の範囲は以下に示す具体例により限定的に解釈されるべきものではない。なお、ホストゲスト膜の配向秩序パラメータＳの計算は、ソフトウェア（フラキシム社製：setfos3.4）を用い、フォトニックモード密度シミュレーションによって行った。
（実施例１）
　10-[4-（4,6-ジフェニル-1,3,5-トリアジン-2-イル）フェニル]-10H-フェノキサジン（ＰＸＺ－ＴＲＺ）が（3,3-ジカルバゾール-9-イル）ビフェニル（ｍＣＢＰ）中に分散したホストゲスト膜、2,6-ビス（4-（10H-フェノキサジン-10-イル）フェニル）ベンゾ[1,2-d：5,4-d ']ビス（オキサゾール）（cis－ＢＯＸ２）が4,4'-ビス（N-カルバゾリル）-1,1'-ビフェニル（ＣＢＰ）中に分散したホストゲスト膜、9-[4-（4,6-ジフェニル-1,3,5-トリアジン-2-イル）フェニル]-N3、N3、N6、N6-テトラフェニル-9H-カルバゾール-3,6-ジアミン（ＤＡＣＴ－ＩＩ）がＣＢＰ中に分散したホストゲスト膜について、式（１０）で表されるScalc-ISP関係式と、式（１１）～（１５）で表される各関係式と、表２に示すパラメータの数値を用いて配向秩序パラメータScalcを計算した結果と、これらのホストゲスト膜について報告されている配向秩序パラメータＳを表２に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000011
　表２中、参照文献［１］はChem. Mater. 2014, 26, 3665-2671であり、参照文献［２］はAppl. Phys. Lett.2016, 108, 241106であり、参照文献［３］はNat. Commun. 2015, 6,8476である。
　表２に示すように、式（１０）のScalc-ISP関係式と、式（１１）～（１５）の各関係式を用いて形成した配向秩序パラメータScalcは、報告されている配向秩序パラメータとよく一致していた。
　本発明の配向係数の導出方法では、ホストゲスト膜の角度依存ＰＬ測定により取得した４０～６０°でのピーク強度ＩＳＰを、作成した関係式の変数ＩＳＰに代入するという簡易な解析により配向指数を導くことができる。そのため、本発明によれば、誰でも簡単にホストゲスト膜に含まれる発光性ゲスト分子の配向状態を調査することができるため、性能に優れた有機発光素子の開発を大いに推進することができる。よって、本発明は産業上の利用可能性が高い。
　１　　　ホストゲスト膜（膜）
　２　　　基板
　１０１　回転台
　１０２　励起光源
　１０３　光検出部

Claims (15)

  1. 　ホストとホスト中に分散した発光性ゲストを含む膜について、その膜界面の法線に対する角度が４０～６０°である範囲で、入射角度を連続的に変えながら励起光を照射したときに観測される発光スペクトルのピーク強度ＩＳＰと、発光性ゲストの配向指数と、関数とで空間を作成したときに、その空間に含まれるプロットを記述しうる関数ξを導き、前記関数ξを用いて、ピーク強度ＩＳＰと配向指数の関係式を作成しておく第１工程と、
    　ホストとホスト中に分散した発光性ゲストを含む膜に、その膜界面の法線に対する角度が４０～６０°である範囲で、入射角度を連続的に変えながら励起光を照射して発光スペクトルを観測し、前記発光スペクトルのピーク強度を前記関係式のＩＳＰに代入して前記発光性ゲストの配向指数を導出する第２工程を有する、配向指数の導出方法。
  2. 　前記配向指数が配向秩序パラメータＳである、請求項１に記載の配向指数の導出方法。
  3. 　前記第１工程で用いる膜が、遷移双極子を発光性ゲスト分子に見立てたモデルとしての膜である、請求項１または２に記載の配向指数の導出方法。
  4. 　前記空間をシミュレーションを用いて作成する、請求項１～３のいずれか１項に記載の配向指数の導出方法。
  5. 　前記シミュレーションがフォトニックモード密度シミュレーションである、請求項４に記載の配向指数の導出方法。
  6. 　前記関係式がシグモイド関数である、請求項１～５のいずれか１項に記載の配向指数の導出方法。
  7. 　前記関数ξが、膜の屈折率ｎｏｒｇ、空気の屈折率ｎａｉｒおよび励起光の波長λの少なくとも１つをパラメータとする値である、請求項１～６のいずれか１項に記載の配向指数の導出方法。
  8. 　前記関係式と前記関数ξを関連付ける関係式が式の中に指数関数を含む、請求項１～７のいずれか１項に記載の配向指数の導出方法。
  9. 　前記関係式が下記式（１）で表されるＩｓｐの関数である、請求項１に記載の配向指数の導出方法。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
     ［式(15)において、ｎｏｒｇはホストとホスト中に分散した発光性ゲストを含む膜の屈折率を表し、ｎａｉｒは空気の屈折率を表す。］
  10. 　前記膜の厚さが２０ｎｍ以下である請求項１～９のいずれか１項に記載の配向指数の導出方法。
  11. 　前記膜が基板上に設けられている、請求項１～１０のいずれか１項に記載の配向指数の導出方法。
  12. 　前記膜の基板との界面から励起光を入射させる、請求項１１に記載の配向指数の導出方法。
  13. 　前記励起光がＴＭモードの励起光である、請求項１～１２に記載の配向指数の導出方法。
  14. 　請求項１に記載の方法により、観測された発光スペクトルのピーク強度から配向指数を導出するコンピュータープログラム。
  15. 　角度依存フォトルミネッセンス測定機器と、その測定機器により観測された発光スペクトルピーク強度から請求項１に記載の方法により配向指数を導出するソフトウェアとを有する装置。
     
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