Virtual screening of "dynamic excitions" for OLED materials
Publicly Offered Research
| Project Area | Dynamic Exciton: Emerging Science and Innovation |
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| Project/Area Number |
21H05413
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Transformative Research Areas, Section (II)
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
相澤 直矢 大阪大学, 大学院工学研究科, 助教 (60754918)
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| Project Period (FY) |
2021-09-10 – 2023-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥7,800,000 (Direct Cost: ¥6,000,000、Indirect Cost: ¥1,800,000)
Fiscal Year 2022: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2021: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
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| Keywords | 遅延蛍光 / 有機EL / 仮想スクリーニング / 量子化学計算 / 励起状態 / 動的エキシトン / 逆項間交差 / スピンー軌道相互作用 / 熱活性化遅延蛍光 / ベイズ最適化 / 機械学習 / 項間交差 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究は「三重項から一重項励起状態への逆項間交差をナノ秒オーダーで引き起こす遅延蛍光材料の創出」を目的とする。そのために、①スピン-軌道相互作用に代表される動的エキシトン効果を考慮した量子化学計算と②機械学習による速い逆項間交差を示す候補分子の仮想スクリーニングを効率的に行う。さらに、③候補分子の合成から光物性およびデバイス特性評価までの一貫した実験研究を推進する。このような、理論設計と実証実験を両輪とした本研究により、ナノ秒オーダーの逆項間交差を示す遅延蛍光材料を見出すことで、貴金属を含む従来のリン光デバイスを凌ぐ高輝度かつ高効率な有機ELデバイスを実現する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
次世代の有機EL材料として注目さている熱活性化遅延蛍光（TADF）材料は、通常発光しない励起三重項状態から発光可能な励起一重項状態への遷移である逆項間交差（RISC）により、有機ELの内部量子効率を100%まで高めることが可能である。しかし、吸熱的な遷移であるRISCがTADFを律速し、その寿命は通常の蛍光と比べて非常に長いマイクロ秒に留まっている。本研究では、スピン-軌道相互作用に代表される動的エキシトン効果を考慮した量子化学計算とベイズ最適化により、高いRISC速度定数(kRISC)を示す有機分子の仮想スクリーニングを行った。その結果、理論上10^7 s^-1以上の高いkRISCを示す分子を58種類見出した。また、機械学習後の非線形回帰モデルを用いて、kRISCの極大値周辺における分子フィンガープリントの重要度を定量した。さらに、仮想スクリーニングで見出した分子を合成し、光物性を評価したところ、804 nsの短い遅延蛍光寿命と8.3 × 10^7 s^-1の高いkRISCを示すことを明らかにした。この高いkRISCに由来して、本材料を用いた有機ELデバイスは、5000 cd m^-2の高輝度時においても22.8％の高い外部量子効率を示した。
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| Research Progress Status |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(2 results)
Research Products
(23 results)
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[Journal Article] Delayed fluorescence from inverted singlet and triplet excited states2022
Author(s)
Naoya Aizawa, Yong-Jin Pu, Yu Harabuchi, Atsuko Nihonyanagi, Ryotaro Ibuka, Hiroyuki Inuzuka, Barun Dhara, Yuki Koyama, Ken-ichi Nakayama, Satoshi Maeda, Fumito Araoka, Daigo Miyajima
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Journal Title
Nature
Volume: 609
Issue: 7927
Pages: 502-506
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Dual-acceptor thermally activated delayed fluorescence emitters: Achieving high efficiency and long lifetime in orange-red OLEDs2022
Author(s)
Xiaoxiao Hu, Naoya Aizawa, Minjun Kim, Miaofei Huang, Zhiyi Li, Guanhao Liu, Honglei Gao, Teng Gao, Xiangyu Dong, Yong Zhang, Jianjun Liu, Pengfei Wang, Yuanping Yi, Yong-Jin Pu, Ying Wang
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Journal Title
Chemical Engineering Journal
Volume: 434
Pages: 134728-134728
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Electron spin resonance resolves intermediate triplet states in delayed fluorescence2021
Author(s)
Bluebell H. Drummond, Naoya Aizawa, Yadong Zhang, William K. Myers, Yao Xiong, Matthew W. Cooper, Stephen Barlow, Qinying Gu, Leah R. Weiss, Alexander J. Gillett, Dan Credgington, Yong-Jin Pu, Seth R. Marder, Emrys W. Evans
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Journal Title
Nature Communications
Volume: 12
Issue: 1
Pages: 4532-4532
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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