一种发光材料激子取向的测量方法及装置

摘要

本发明属于光电测量相关技术领域，其公开了一种发光材料激子取向的测量方法及装置，所述方法包括以下步骤：(1)构建发光材料分辨光致发光谱的正向发光计算模型，所述正向发光计算模型首先将激子跃迁的量子力学描述等效为微腔结构中电偶极子辐射的经典电磁理论描述，然后基于电偶激子辐射模型及微腔相干模型，并采用传输矩阵形式，利用菲涅尔系数在所有涉及的界面上进行传输及反射以求解出电磁场，进而得到发光材料角分辨的出射光谱；(2)采用发光材料激子取向的测量装置测量材料的角分辨光谱，基于测量得到的角分辨光谱，结合正向发光计算模型进行逆向反演以得到材料的分子取向。本发明能对掺杂材料体系的分子取向进行准确测量与表征。

权利要求

1.一种发光材料激子取向的测量方法，其特征在于，该测量方法包括以下步骤：(1)构建发光材料分辨光致发光谱的正向发光计算模型，所述正向发光计算模型首先将激子跃迁的量子力学描述等效为微腔结构中电偶极子辐射的经典电磁理论描述，然后基于电偶激子辐射模型及微腔相干模型，并采用传输矩阵形式，利用菲涅尔系数在所有涉及的界面上进行传输及反射以求解出电磁场，进而得到发光材料角分辨的出射光谱；

(2)采用发光材料激子取向的测量装置测量材料的角分辨光谱，基于测量得到的角分辨光谱，结合正向发光计算模型进行逆向反演以得到材料的分子取向。

2.如权利要求1所述的发光材料激子取向的测量方法，其特征在于：所述正向发光计算模型采用的、发光材料的激子取向与角分辨光谱的关系式为：式中，Iinj/e为电子个数；γ为平衡率即注入载流子和产生激子的比例；ηS/T为辐射比例即产生的激子中能辐射的比例；S(λ)为固有光谱即发光材料的归一化光谱；g(z)为偶极子分布函数；qeff为有效辐射量子效率即出射光子与辐射激子的比例；ηout为外耦合效率；z为偶极子位置；发光材料的角分辨光谱Pout(λ,θ)是与角度和波长有关的函数。

3.如权利要求1所述的发光材料激子取向的测量方法，其特征在于：基于所述正向发光计算模型提取垂直偶极子的比例从而得到发光材料的激子取向。

4.如权利要求1所述的发光材料激子取向的测量方法，其特征在于：步骤(2)中逆向反演采用的公式为：

Pout(λ,θ)＝F(Θ)

‑1

Θ＝F (Pout(λ,θ))

式中，Pout(λ,θ)为发光材料的角分辨光谱；Θ为垂直取向偶极子占总偶极子的比例，因此当偶极子为水平取向时Θ＝0，随机取向时Θ＝0.33，垂直取向时Θ＝1；算子F为激子取向参数Θ与发光材料角分辨光谱Pout(λ,θ)之间的映射关系；θ是出射光与基底法线的夹角；

2 2

表示垂直偶极子的发射功率；∑p代表总发射功率；cosθ代表跃迁偶极矩到基底法线的平均投影。

5.如权利要求1‑4任一项所述的发光材料激子取向的测量方法，其特征在于：在正向发光计算模型中，不同的激子取向会得到唯一对应的出射光谱；为了量化偶极子的跃迁偶极矩方向，使用逆向反演拟合激子取向。

6.如权利要求5所述的发光材料激子取向的测量方法，其特征在于：采用最小二乘法进行逆向反演拟合以得到激子取向。

说明书

一种发光材料激子取向的测量方法及装置

技术领域

[0001] 本发明属于光电测量相关技术领域，更具体地，涉及一种发光材料激子取向的测量方法及装置。

背景技术

[0002] 发光材料的激子取向决定了膜层的物理和光学性质，如电荷迁移率、双折射、电离势等。因此，发光器件光电性能与膜层的激子取向密切相关，如器件寿命、效率、电离势和载
流子迁移率等。所以，理解和控制发光材料的激子取向一直是研究发光器件中十分重要的
课题。在光学方面，提高发光器件光耦合效率的方法之一就是使得激子取向趋向水平。当激
子取向为水平时，大多数光以垂直于器件基底的角度发射，这样就可以减少器件内反射光
的损耗从而提高外量子效率和从器件中提取的出光比例。在所有的方法中，此方法适用于
大多数情况而且简单便捷，因为它可以独立于制造设备使用；不需要引入光栅、高折射率层
等额外的加工步骤，不需要额外加工基底或者其他功能层。在电学方面，趋向水平的激子取
向不仅提高器件的效率，而且对电荷的输运也有影响。当发光器件电荷传输层的激子是水
平方向时，可以减少杂乱程度，增加了π‑π键的重叠，电荷载流子的移动性可以提高30倍。因
此，了解和控制发光材料中的激子取向一直是电子学和光子学中非常重要的研究课题，包
括在液晶、半导体、有机场效应晶体管(OTFTs)、有机光伏(OPVs)、发光二极管(LED)和有机
发光二极管(OLED)也有应用，追求发光材料的水平激子取向是提高发光器件耦合效率问题
的症结所在。

[0003] 为了更好的探索发光材料的激子取向，提高发光材料的效率。国内外已展开系列探讨和研究分子取向的测量和表征方法，并取得相关应用性研究成果，这些方法多为光学
测量法，主要有椭偏测量法、激发态寿命测量法、角分辨率电致发光测量法、热退火前后吸
收量的测量，角分辨光致发光测量法等等。激发态寿命法是测量发光层到高反射率层(如
OLED阴极)不同距离的激发态寿命。该方法仍存在较大的误差，而且这种方法在应用于荧光
材料的三重‑三重态淫灭、三重极化子淫灭和激子产生延迟时，结果并不准确。热退火前后
吸收量测量就是测量退火前后的吸收量计算分子取向。这种方法不需要模型，十分简单但
是要求发光材料在热退火之前是各向同性取向而且结果并不是十分精准。目前常用椭偏仪
测量材料的光学常数来确定发光材料的分子取向，它是测量样品多次反射的线性偏振光(S
光和P光)的偏振和相位的变化，然而这种测量方法不适用于掺杂材料体系。

发明内容

[0004] 针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种发光材料激子取向的测量方法及装置，其构建了发光材料角分辨光致发光谱的正向发光计算模型，并提出利用角
分辨光致发光谱逆向求取材料激子取向的理论方法。然后，设计了角分辨光致发光装置的
光学系统和机械结构，组建了角分辨光致发光谱测量实验装置，对其功能和性能进行了测
试。最后利用所搭建的实验装置和所提理论方法，对典型的发光材料进行了实验验证，相对
比目前常用的椭偏法，本发明可以对掺杂材料体系的分子取向进行准确测量与表征。

[0005] 为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种发光材料激子取向的测量方法，所述测量方法主要包括以下步骤：

[0006] (1)构建发光材料分辨光致发光谱的正向发光计算模型，所述正向发光计算模型首先将激子跃迁的量子力学描述等效为微腔结构中电偶极子辐射的经典电磁理论描述，然
后基于电偶激子辐射模型及微腔相干模型，并采用传输矩阵形式，利用菲涅尔系数在所有
涉及的界面上进行传输及反射以求解出电磁场，进而得到发光材料角分辨的出射光谱；

[0007] (2)采用发光材料激子取向的测量装置测量材料的角分辨光谱，基于测量得到的角分辨光谱，结合正向发光计算模型进行逆向反演以得到材料的分子取向。

[0008] 进一步地，所述正向发光计算模型采用的、发光材料的激子取向与角分辨光谱的关系式为：

[0009]

[0010] 式中，Iinj/e为电子个数；γ为平衡率即注入载流子和产生激子的比例；ηS/T为辐射比例即产生的激子中能辐射的比例；S(λ)为固有光谱即发光材料的归一化光谱；g(z)为偶
极子分布函数；qeff为有效辐射量子效率即出射光子与辐射激子的比例；ηout为外耦合效率；
z为偶极子位置；发光材料的角分辨光谱Pout(λ,θ)是与角度和波长有关的函数。

[0011] 进一步地，基于所述正向发光计算模型提取垂直偶极子的比例从而得到发光材料的激子取向。

[0012] 进一步地，步骤(2)中逆向反演采用的公式为：

[0013] Pout(λ,θ)＝F(Θ)

[0014] Θ＝F‑1(Pout(λ,θ))

[0015]

[0016] 式中，Pout(λ,θ)为发光材料的角分辨光谱；Θ为垂直取向偶极子占总偶极子的比例，因此当偶极子为水平取向时Θ＝0，随机取向时Θ＝0.33，垂直取向时Θ＝1；算子F为极
子取向参数Θ与发光材料角分辨光谱Pout(λ,θ)之间的映射关系；θ是出射光与基底法线的
2 2
夹角； 表示垂直偶极子的发射功率；∑p代表了总发射功率；cosθ代表跃迁偶极矩到
基底法线的平均投影。

[0017] 进一步地，在正向发光计算模型中，不同的激子取向会得到唯一对应的出射光谱；为了量化偶极子的跃迁偶极矩方向，使用逆向反演拟合激子取向。

[0018] 进一步地，采用最小二乘法进行逆向反演拟合以得到激子取向。

[0019] 按照本发明的另一个方面，提供了一种发光材料激子取向的测量装置，所述测量装置是采用如上所述的发光材料激子取向的测量方法进行测量的。

[0020] 进一步地，所述测量装置包括依次沿水平方向间隔设置的光源、发射光学系统、接收光学系统及光谱仪，所述发射光学系统的光路与所述接收光学系统的光路同轴。

[0021] 进一步地，所述测量装置还包括传动机构，所述发射光源系统设置在所述传动机构上；所述传动机构通过带动所述发射光源系统进行多角度的旋转，以达到角分辨。

[0022] 总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，本发明提供的发光材料激子取向的测量方法及装置主要具有以下有益效果：

[0023] 1.本发明使用了分辨光致发光法测量发光材料的角分辨出射光谱，随后通过逆向反演得到发光材料的激子取向，相对于常用的椭偏法测量发光材料的光学常数从而获取激
子取向来说，不仅能够对发光材料的激子取向进行表征，也能对掺杂体系发光材料的激子
取向准确测量和表征。

[0024] 2.本发明正向模拟使用电偶激子辐射模型、膜层传输模型和微腔相干模型，不仅能够对各向同性材料，也能对各向异性材料计算出射光谱，逆向反演运用最小二乘法，方法
简单，运算速度快。

[0025] 3.本发明还提供了实现如上述方法的测量装置，通过对装置的具体结构及具体装配方式的研究及设计可以有效实现基于角分辨光致发光的发光材料激子取向的测量，且极
大地简化了光路系统，测量准确快速，对应的技术标准为：角度范围：0‑80°；角度分辨率：<
1°；样品尺寸范围：<30mm×30mm。波段范围：400‑800nm；光学分辨率：1nm。

[0026] 4.本发明还提出了在测量之前，对测量装置进行校准以保证光路的对准和旋转角的设定，保证测量装置的准确性，便于后续激子取向的准确表征。

附图说明

[0027] 图1是本发明提供的发光材料激子取向的测量方法的流程示意图；

[0028] 图2是角分辨光致发光谱装置的测量示意图；

[0029] 图3是角分辨光致发光谱实验装置的系统结构原理图；

[0030] 图4是实施例1使用角分辨光致发光仪器测量有机发光材料RD角分辨光谱(全波段)；

[0031] 图5是实施例1的有机发光材料RD的PL谱；

[0032] 图6是实施例1使用角分辨光致发光谱装置结合理论方法测量和表征有机光材料RD角分辨光谱(单波长)；

[0033] 图7是实施例1使用椭偏仪测量的有机发光材料RD的光学常数测量结果图；

[0034] 图8是实施例2使用角分辨光致发光谱装置测量有机发光材料RHRD角分辨光谱(全波段)；

[0035] 图9是实施例2有机发光材料RHRD的PL谱；

[0036] 图10是实施例2使用角分辨光致发光谱装置结合理论方法测量和表征有机光材料RFRD角分辨光谱(单波长)；

[0037] 图11是实施例2使用椭偏仪测量的有机发光材料RFRD光学常数的测量结果示意图。

[0038] 在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1‑发射光学系统，2‑传动机构，3‑接收光学系统，101‑光源，102‑第一滤光片，103‑聚焦透镜，104‑光阑，
105‑透镜，106‑电动旋转平台，107‑线栅偏振片，108‑第二滤光片，109‑光谱仪。

具体实施方式

[0039] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并
不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要
彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

[0040] 请参阅图1、图2及图3，本发明提供的发光材料激子取向的测量方法及装置，为了应对有机发光器件中掺杂材料体系的分子取向精确测量问题，本测量方法基于角分辨光
谱，研制了角分辨光致发光测量装置，并构建正向光学模型和逆向参数重构方法，实现掺杂
发光膜层中分子取向的准确测量表征。

[0041] 本发明通过光致发光方法使发光样品发光，光源通过滤光片、聚焦透镜、光阑得到光斑照射发光样品，垂直方向的偶极子发出光的偏振矢量都与入射平面平行，通过偏振片
收集与水平入射平行的偏振光(即P光：光线的偏振矢量在平面内)，用光谱仪检测出线偏振
光模式(P光)对应的远场发射的角分布光谱，通过旋转光源和在载物台达到角度分辨的目
的。根据装置获得的角分辨光谱，基于正向发光计算模型提取垂直偶极子的比例从而得到
发光材料的激子取向。

[0042] 本发明提供的发光材料激子取向的测量方法主要包括以下步骤：

[0043] 步骤一，构建发光材料分辨光致发光谱的正向发光计算模型，所述正向发光计算模型首先将激子跃迁的量子力学描述等效为微腔结构中电偶极子辐射的经典电磁理论描
述，然后基于电偶激子辐射模型及微腔相干模型，并采用传输矩阵形式，利用菲涅尔系数在
所有涉及的界面上进行传输及反射以求解出电磁场，进而得到发光材料角分辨的出射光
谱。

[0044] 具体地，量子力学范畴的激子辐射可以等效为经典力学的电偶极子辐射，发光激子等效模型是由Chance等人提出的，将界面附近的振荡偶极子视为强迫阻尼谐振子，偶极
子的运动方程如公式(1)所示：

[0045]

[0046] 式中，m是偶极子的质量；x是偶极子的位移；b0是自由空间的衰减率；ω0谐振角频率；e是电荷常数；ER是作用于偶极子的反射电场中平行于偶极子动量取向的分量；t为时
间。

[0047] 电磁场主要通过三个模型来求解：电偶激子辐射模型、膜层传输模型和微腔相关模型；

[0048] 其中，电偶激子辐射模型如公式(2)所示：

[0049]

[0050] 式中，A表示电偶极子在r＝(x,y,z)处产生的推迟势，ks为波矢，j为虚数单位，ω是电偶极子振荡角频率，μ0为空气中的磁导率，P0为偶极子矢量矩。

[0051] 膜层传输模型如公式(3)所示：

[0052] Ψ(d)＝ejΩdΨ(0)    (3)

[0053] 式中，d为膜层厚度，Ωd为相位差，Ψ为相位。

[0054] 微腔相干模型如公式(4)所示：

[0055]

[0056] 式中， 为发光层实际电场， 为发光层原始电场，r+(k)为膜层上表面的‑
反射率，r(k)为膜层下表面的反射率，kz为波矢ks的z分量，d为膜层厚度。

[0057] 结合公式(2)‑(4)求得发光材料角分辨的出射光谱公式为：

[0058]

[0059] 其中，Iinj/e为电子个数；γ为平衡率即注入载流子和产生激子的比例；ηS/T为辐射比例即产生的激子中能辐射的比例；S(λ)为固有光谱即发光材料的归一化光谱；g(z)为偶
极子分布函数；qeff为有效辐射量子效率即出射光子与辐射激子的比例；ηout为外耦合效率；
z为偶极子位置；发光材料的角分辨光谱Pout(λ,θ)是与角度和波长有关的函数，其中，λ是角
分辨光谱中的波长，θ是角分辨光谱中的角度。

[0060] 本实施方式中，基于所述正向发光计算模型提取垂直偶极子的比例从而得到发光材料的激子取向参数，进而建立材料的激子取向参数与角分辨光谱的关系。

[0061] 步骤二，采用角分辨光致发光谱测量装置测量材料的角分辨光谱，基于测量得到的角分辨光谱，结合正向发光计算模型进行逆向反演得到材料的分子取向。

[0062] 具体地，被测发光材料的激子取向的获取步骤如下：

[0063] (1)光源的单色紫外光通过滤光片、聚焦透镜、光阑得到尺寸小于1mm×1mm的光斑。

[0064] (2)光斑照射到发光材料薄膜，发光材料薄膜受到激发出射光波，半圆柱石英透镜耦合来自发光材料发出的光，经过线栅性偏振片得到线偏振光(P光)。

[0065] (3)该线偏振光通过滤光片滤除光源的光之后光波耦合进入光纤中传导进光谱仪从而记录此线偏振光的光谱。

[0066] (4)利用旋转电动机通过旋转光源和载物台达到角度分辨的目的，从而得到发光材料的角分辨光谱。

[0067] (5)根据实验测量发光材料的角分辨光谱，经由数据处理后结合反演法得到被测发光材料的激子取向。

[0068] 其中，上述的角分辨光致发光谱测量装置即为本发明提供的发光材料激子取向的测量装置，所述测量装置包括依次沿水平方向间隔设置的光源101、发射光学系统1、接收光
学系统3及光谱仪109。所述光源101是用于照射被测发光材料的发光层，使得发光层发光。
所述光源101选择能量较高的单波长的紫外LED光源保证功率的情况下，减小了整个装置的
体积。

[0069] 所述发射光源系统1包括第一滤光片102、聚焦透镜103和光阑104，从所述光源101发射出来的光经由所述第一滤光片102滤掉杂散光，通过所述聚焦透镜103将光源的光束聚
焦，再通过所述光阑104调节光的界面剂并且避免杂散光的进入，达到控制光斑大小的目
的，光斑尺寸小于1mm×1mm。

[0070] 所述传动机构2包括电动旋转平台106，所述发射光学系统1设置在所述电动旋转平台106上，所述光源101、所述第一滤光片102、所述聚焦透镜103、所述光阑104及半圆柱熔
融石英透镜105一起随所述电动旋转平台106旋转。光斑照射在有机发光样品上，样品发光。

[0071] 所述接收光学系统3包括线栅偏振片107、第二滤光片108及光纤，样品受到激发后，出射光通过所述半圆柱熔融石英透镜105，垂直方向的偶极子发出光的偏振矢量都与入
射平面平行，通过偏振片收集与水平面入射平行的偏振光(即P光)，然后通过滤光片滤除光
源的光，之后光波耦合进入光纤中，传导仅光谱仪109记录P偏振光的光强。偏振片是用于使
有机发光材料发出的光转变为线性偏振光(P光)。滤光片用来滤除光源的光对于角分辨光
谱的影响，光纤用于将发射的光引导到固定的光谱仪109，所述光谱仪109是用于获取样品
的光谱信息。

[0072] 所述传动机构主要是用于提供动力以实现多角度的旋转，达到角分辨的目的。其中，采用转臂机构来承载发射光学系统及样品台，为光学元件提供安装的位置，使得发射光
学系统所有光源元件和样品台能够在一条直线上。其中，转臂机构是由安装支架、支杆、套
筒、笼板和笼板接杆等组成。

[0073] 为了角分辨光致发光谱测量装置的紧凑性，将样品台设置成既可以安装半圆柱熔融石英透镜，又可以合理安放样品。样品台是旋转的中心并且应处于中轴线上。通过在旋转
电动机上安装支架同时固定样品台和平凸柱面镜，这样保证了样品和发射光源系统一起旋
转并且在一条直线上。

[0074] 测量装置在测量之前进行校正。光源从某个角度入射进入发射光学系统，样品受到激发产生的光波经过半圆柱熔融石英透镜发射，接收光学系统接收信号；同时，当发射光
学系统转过一定角度，接收光学系统也能接受到信号。为了达到这一目的，角分辨光致发光
谱测量系统需要满足以下要求：首先发射光学系统光路必须同轴，其次接收光学系统的光
路也必须同轴。规定接收光学系统的光路为0°，当发射光学系统也在0°时，发射光学系统的
光路必须和接收光学系统同轴。最后样品必须和发射光学系统同轴。为了达到这一目的，结
合图2对校准方法进行说明，具体措施是：将光源101、滤光片102、聚焦透镜103、光阑104、半
圆柱熔融透镜105依次对齐光路，将偏振片107、滤光片108也依次对齐光路。通过在偏振片
107光学固定座上覆盖刻线对准靶，不置放样品，只检测光源的光波。如果光源的光正好打
在刻线对准靶的中心，说明发射光学系统与接收光学系统对准。或者是通过光谱仪检测‑
90°～90°的光谱。0°时候光强最高，并且0～90°和‑90°～0°的光谱应该按照0°轴对称，并且
可以使用各向同性的发光材料将测量装置进行标定固定其旋转电机0°角。

[0075] 根据正向发光计算模型得到激子取向的逆向反演理论方法。

[0076] Pout(λ,θ)＝F(Θ)                        (6)

[0077] Θ＝F‑1(Pout(λ,θ))                        (7)

[0078]

[0079] 其中，Pout(λ,θ)为发光材料的角分辨光谱；Θ为垂直取向偶极子占总偶极子的比例，因此当偶极子为水平取向时Θ＝0，随机取向时Θ＝0.33，垂直取向时Θ＝1；算子F为极
子取向参数Θ与发光材料角分辨光谱Pout(λ,θ)之间的映射关系；θ是出射光与基底法线的
2 2
夹角； 表示垂直偶极子的发射功率；∑p代表了总发射功率；cosθ代表跃迁偶极矩到
基底法线的平均投影。根据发光材料出射光谱的正向发光计算模型求取出射光谱必须已知
偶极子取向、发光区域、光学常数、厚度等参数，在正向发光计算模型中，以上都作为输入参
数，不同的激子取向会得到唯一对应的出射光谱。为了量化偶极子的跃迁偶极矩方向，使用
逆向反演拟合激子取向。通过角分辨光致发光装置得到发光材料的角分辨光谱，利用最小
二乘法可根据实验获得的光强数据逆向求取分子取向。

[0080] 在用来量化分子取向的光学模型中，样品叠层的折射率和厚度是必要的输入参数。利用可变角度的椭圆偏振测量法，可以确定相关光学常数和厚度，即折射率n、消光系数
k以及厚度d。逆向反演是实验获得发光材料实际的出射光谱后将激子取向作为唯一的拟合
参数(已知发光器件各层的光学常数、厚度、偶极子分布区域等多个参数)通过最小二乘法
获得激子取向，在该取向下的角分辨光谱与实验获得的角分辨光谱误差最小化。

[0081] 其中椭偏仪表征发光材料的激子取向的方法如下：通过多角度光谱椭偏仪测量样品的椭偏参数后，拟合过程中在透明波段采用柯西色散介电函数，初步确定发光材料的厚
度，然后利用B样条模型扩展到全波段当然此时需要选择恰当的步长，根据介电函数曲线选
择振子模型拟合，一般选择的是一个Tauc‑Lorentz和多个高斯振子组合，最后获得的材料
的光学常数。

[0082] 通过测量材料的各向异性光学常数来确定材料的激子取向。

[0083]

[0084] (1‑Θ)：Θ＝(sin2θ):(cos2θ)    (10)

[0085] 其中，kemax代表垂直方向上由于跃迁偶极矩而导致消光系数的最大值；komax代表水平方向上由于跃迁偶极矩而导致消光系数的最大值；S为激子取向参数，取值范围是是[‑
0.5,1]；θ表示跃迁偶极矩矢量和垂直于衬底的法向量之间的角的平均值，取值范围是[0°
～90°]。

[0086] 步骤三，将得到的分子取向结果与椭偏法的结果进行对比，以验证所述所述测量方法的正确性。

[0087] 其中，测量仪器的准确性验证在于：椭偏法测量发光材料(纯材料不掺杂)的结果是准确并且公认的，所以首先通过椭偏仪记录60°到70°每隔5°范围内入射角的数据，并且
结合其分析软件确定发光材料的光学常数和厚度，根据分析后的光学常数求出纯发光材料
的分子取向；通过搭建的角分辨光致发光仪器测量发光材料的光谱数据进而得出发光材料
的分子取向。比较两者的结果相应对角分辨光致发光光谱仪器进行调试，保证仪器的测量
结果是准确可靠的。

[0088] 对于本方法，发光层的基底必须是玻璃基底，并且样品尺寸范围：<30mm×30mm。

[0089] 以下以几个具体实施例来对本发明进行进一步的详细说明。

[0090] 实施例1

[0091] 本实施例涉及纯发光材料RD的激子取向。样品A是由材料RD真空蒸镀制成的发光薄膜，其基底是石英玻璃；材料RD的理论厚度为50nm，样品A形状为正方形大小约为20mm×
20mm。具体包括如下步骤：

[0092] (1)将基底为玻璃的发光层材料涂上折射率匹配油，使其固定在角分辨光致发光仪器的样品台上。打开LED光源(375nm)，将旋转台旋转80°，每隔1°通过半圆柱熔融石英透
镜使用光谱仪测量角分辨光谱数据使用光谱仪记录光谱数据，如图4所示。

[0093] (2)此时得到的是0～80°每个角度光谱范围、波长400nm～800nm的光谱数据，根据发光材料的PL光谱如图5所示，从光谱数据中选择发光最强的波段即617nm，将光谱归一化，
横坐标为角度，纵坐标为归一化后的强度。得到角分辨光谱图(单波长)，如图6圆点所示。

[0094] (3)将实验数据导入MATLAB，并且还需导入待测样品和玻璃的厚度和光学常数。运用逆向反演方法得到发光材料RD的激子取向参数S为‑0.0635，Θ为0.291即垂直偶极子占
比0.291，该取向所对应的角分辨光谱如图6曲线所示。

[0095] (4)通过椭偏仪记录60°到70°范围内入射角测量RD的数据，并且结合其软件分析其光学常数。利用柯西模型在透明波段进行分析，通过b样条模型扩展到整个波段，并且满
足k‑k关系的一致性。通过添加振子匹配分析，得到被测样件的光学常数，如图7所示，实线
表示的是发光材料RD水平方向的折射率和消光系数用下标o表示，虚线表示的是发光材料
RD垂直方向的折射率和消光系数用下标e表示。根据分析后的光学常数求出发光材料RD的
激子取向参数S为0.008，Θ＝0.3386即垂直偶极子占比0.3386。

[0096] 因为是纯发光材料，默认椭偏仪测量和表征RD的分子取向的结果是准确的。通过对比椭偏仪和角分辨光致发光装置测量和表征RD发光材料的结果，角分辨光谱分子的分子
取向与椭偏分析参数Θ的误差是0.04左右。误差的原因可能是逆向模拟时在低角度拟合不
准确。但是此误差是在可接受范围内的。拟合与实验的偏差主要出现在低角度和高角度上。
低角度的误差可能是光源的杂散光对角分辨光谱的影响，高角度的误差在于光谱仪的灵敏
度。

[0097] 实施例2

[0098] 本实施例涉及掺杂发光材料RHRD的分子取向。RHRD是RD为发光材料RH为主体材料，此中RD掺杂比例为3％作为发光薄膜，基底为玻璃，通过真空蒸镀制成，其面积大小约为
20mm×20mm。具体包括如下步骤：

[0099] (1)将基底为玻璃的发光层材料涂上折射率匹配油，使其固定在角分辨光致发光仪器的样品台上。打开LED光源(375nm)，调试确定并固定在旋转台的0°位置，将旋转台旋转
80°，每隔1°通过半圆柱熔融石英透镜使用光谱仪测量角分辨光谱数据使用光谱仪记录光
谱数据，如图8所示。

[0100] (2)此时得到的是0～80°每个角度光谱范围、波长400nm～800nm的光谱数据，根据发光材料的PL光谱如图9所示，从光谱数据中选择发光最强的波段，将光谱归一化，横坐标
为角度，纵坐标为归一化后的强度。得到角分辨光谱图(单波长)，如图10圆点所示。

[0101] (3)将实验数据导入MATLAB，并且还需导入待测样品和玻璃的厚度和光学常数。运用逆向反演方法得到有机发光材料RHRD的分子取向参数S为‑0.2750，Θ为0.15即垂直偶极
子占比0.15，该取向所对应的角分辨光谱如图10曲线所示。

[0102] (4)通过椭偏仪记录60°到70°范围内入射角测量RHRD的数据，并且结合其软件分析其光学常数。利用柯西模型在透明波段进行分析，通过b样条模型扩展到整个波段，并且
满足k‑k关系的一致性。通过添加振子匹配分析，得到被测样件的光学常数如图11所示，实
线表示的是发光材料RHRD水平方向的折射率和消光系数用下标o表示，虚线表示的是发光
材料RHRD垂直方向的折射率和消光系数用下标e表示。根据分析后的光学常数求出发光材
料RHRD的激子取向参数S为0.0543，Θ＝0.2971即垂直偶极子占比0.2971；

[0103] 根据对RD材料的分析，可以确认角分辨光致发光装置结合逆向拟合可以得出正确的分子取向。椭偏仪测量掺杂材料时，因为发光材料掺杂比例过少，所以测量结果不准确。
此时椭偏分析的分子取向结果与角分辨光谱分析的结果差异很大，证明了角分辨光致发光
装置及其逆向拟合在针对掺杂发光材料的优越性。

[0104] 本发明选择角分辨光致发光谱法测量有机发光材料的角分辨光谱，利用光致发光使发光材料激发发光，使用半圆柱熔融石英透镜这种光学元器件，使其出射角不发生偏折
并提取基底模式和出光模式。检测出与所有极化模式(p光和s光)对应的远场发射的角分布
光谱，通过旋转光源和载物台达到角分辨的目的。垂直偶极子只对TM偏振态(即p光)有贡
献，通过偏振片收集与水平面入射平行的偏振光(即p光)，光谱仪记录p偏振光的光强。因
此，基于实验得到的出射光谱逆向反演可以提取垂直偶极子的比例从而得到发光材料的激
子取向。此装置可对各种发光材料的分子取向进行准确测量和表征。与椭偏法相比，该角分
辨光谱测量实现了掺杂体系的有机发光材料的准确测量，能够满足光学领域对激子取向的
表征的需求，为发光器件仿真分析以及优化设计提供支持，并具备简洁、紧凑、高速和低成
本等优点。

[0105] 本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含
在本发明的保护范围之内。