有機EL材料における電子・ホール輸送機構の解明と新規材料設計

• 研究課題/領域番号: 20550163
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 機能材料・デバイス
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 佐藤 徹 京都大学, 大学院・工学研究科, 准教授 (70303865)
• 研究期間 (年度): 2008 – 2010
• 研究課題ステータス: 完了 (2010年度)
• 配分額: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円); 2010年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2009年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2008年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
• キーワード: 有機EL / キャリア輸送 / 振電相互作用 / 電子-フォノン相互作用 / 非平衡Green関数理論 / 輸送現象 / 量子化学 / 電子-格子相互作用

研究概要

有機EL素子に用いられているキャリア輸送分子に対して、振電相互作用定数を分子軌道法ならびに密度汎関数法により求め、得られた結果を振電相互作用密度の概念を用いて解析した。これらの差電子密度を原子上に局在させ、差電子密度分布が全体としては対称になるように分子設計することにより、振電相互作用を抑制し、高移動度かつ低消費電力が実現可能であることが示唆された。また、差電子密度分布において、電子-ホール相互作用や電子-電子相互作用がきわめて重要であることが分かった。得られた分子設計指針に基づき、新規なホール輸送分子ならびに電子輸送分子を設計し、振電相互作用定数計算を行うとともに非平衡Green関数理論に基づく計算により、高効率キャリア輸送分子として期待できることを示した。

研究成果

• [雑誌論文] Vibronic Interactions in Hole-Transporting Molecules : An Interplay with Electron-Hole Interactions (2011)
  • 著者名/発表者名: Tohru Sato, Katsuyuki Shizu, Keisuke Uegaito, Naoya Iwahara, Kazuyoshi Tanaka, Hironori Kaji
  • 雑誌名: Chem.Phys.Lett. 507 ページ: 151-156
  • 査読あり
• [雑誌論文] Theoretical Design of a Hole-Transporting Molecule : Hexaaza[1₆]parabiphenyloph ane (2011)
  • 著者名/発表者名: Katsuyuki Shizu Tohru Sato, Akihiro Ito, Hironori Kaji, Kazuyoshi Tanaka
  • 雑誌名: J.Mater.Chem. 21 ページ: 6375-6382
  • 査読あり
• [雑誌論文] Vibronic Coupling Density Analysis for Free-Base Porphin Cation (2011)
  • 著者名/発表者名: Katsuyuki Shizu Tohru Sato, Kazuyoshi Tanaka
  • 雑誌名: Chem.Phys.Lett. 巻: 505 ページ: 42-46
  • 査読あり
• [雑誌論文] Theoretical Design of a Hole-Transporting Molecule : Hexaaza[1₆]parabiphenylophane (2011)
  • 著者名/発表者名: Katsuyuki Shizu Tohru Sato, Akihiro Ito, Hironori Kaji, Kazuyoshi Tanaka
  • 雑誌名: J.Mater.Chem. 巻: 21 ページ: 6375-6382
  • 査読あり
• [雑誌論文] Vibronic Interactions in Hole-Transporting Molecules : An Interplay with Electron-Hole Interactions (2011)
  • 著者名/発表者名: Tohru Sato, Katsuyuki Shizu ; Keisuke Uegaito ; Naoya Iwahara ; Kazuyoshi Tanaka ; Hironori Kaji
  • 雑誌名: Chem.Phys.Lett. 巻: 507 ページ: 151-156
  • 査読あり
• [雑誌論文] A Boron-Containing Molecule as an Efficient Electron-Transporting Material with Low-Power Consumption (2010)
  • 著者名/発表者名: Katsuyuki Shizu, Tohru Sato, Kazuyoshi Tanaka, Hironori Kaji
  • 雑誌名: Appl.Phys.Lett. 97 ページ: 1421111-3
  • NAID: 120003386598
  • 査読あり
• [雑誌論文] Inelastic Electron Tunneling Spectra and Vibronic Coupling Density Analysis of 2,5-Dimercapto-1,3,4-thiadiazole and Tetrathiafulvalene Dithiol (2010)
  • 著者名/発表者名: Katsuyuki Shizu, Tohru Sato, Kazuyoshi Tanaka
  • 雑誌名: Nanoscale 2 ページ: 2186-2194
  • 査読あり
• [雑誌論文] Vibronic Coupling Density Analysis of Hole-Transporting Materials : Electron-Density Difference in DFT and HF Methods (2010)
  • 著者名/発表者名: Katsuyuki Shizu, Tohru Sato, Kazuyoshi Tanaka, Hironori Kaji
  • 雑誌名: Organic Electronics 11 ページ: 1277-1287
  • 査読あり
• [雑誌論文] Reduced Vibronic Coupling Density and Its Application to Bis(ethylenedithio)tetrathiafulvalene (BEDT-TTF) (2010)
  • 著者名/発表者名: Katsuyuki Shizu, Tohru Sato, Kazuyoshi Tanaka
  • 雑誌名: Chem.Phys.Lett. 491 ページ: 65-71
  • 査読あり
• [雑誌論文] Vibronic Coupling Density Analysis for alpha-Oligothiophene Cations : A New Insight for Polaronic Defects (2010)
  • 著者名/発表者名: Katsuyuki Shizu,Tohru Sato, Kazuyoshi Tanaka
  • 雑誌名: Chem.Phys. 369 ページ: 108-121
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electron-Vibration Interactions in Triphenylamine Cation : Why Are Triphenylamine-Based Molecules Good Hole-Transport Materials? (2010)
  • 著者名/発表者名: Katsuyuki Shizu, Tohru Sato, Kazuyoshi Tanaka, Hironori Kaji
  • 雑誌名: Chem.Phys.Lett. 486 ページ: 130-136
  • 査読あり
• [雑誌論文] 振電相互作用密度に基づくキャリア輸送材料の分子設計 (2010)
  • 著者名/発表者名: 佐藤徹
  • 雑誌名: 日本化学会情報化学部会Web誌CICSJ Bulletin 27(5) ページ: 131-135
  • NAID: 130000156392
• [雑誌論文] A Boron-Containing Molecule as an Efficient Electron-Transporting Material with Low-Power Consumption (2010)
  • 著者名/発表者名: Katsuyuki Shizu, Tohru Sato, Kazuyoshi Tanaka, Hironori Kaji
  • 雑誌名: Appl.Phys.Lett. 巻: 97
  • NAID: 120003386598
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electron-Vibration Interactions in Triphenylamine Cation : Why Are Triphenylamine-Based Molecules Good Hole-Transport Materials? (2010)
  • 著者名/発表者名: Katsuyuki Shizu, Tohru Sato, Kazuyoshi Tanaka, Hironori Kaji
  • 雑誌名: Chem. Phys. Lett. 486 ページ: 130-136
  • 査読あり
• [雑誌論文] Vibronic Coupling Density Analysis for alpha-Oligothiophene Cations : A New Insight for Polaronic Defects (2010)
  • 著者名/発表者名: Katsuyuki Shizu, Tohru Sato, Kazuyoshi Tanaka
  • 雑誌名: Chem. Phys. 369 ページ: 108-121
  • 査読あり
• [雑誌論文] Reduced Vibronic Coupling Density and Its Application to Bis(ethylenedithio)tetrathiafulvalene (BEDT-TTF) (2010)
  • 著者名/発表者名: Katsuyuki Shizu, Tohru Sato, Kazuyoshi Tanaka
  • 雑誌名: Chem. Phys. Lett. 491 ページ: 65-71
  • 査読あり
• [雑誌論文] Vibronic Coupling Density Analysis of Hole-Transporting Materials : Electron-Density Difference in DFT and HF Methods (2010)
  • 著者名/発表者名: Katsuyuki Shizu, Tohru Sato, Kazuyoshi Tanaka, Hironori Kaji
  • 雑誌名: Organic Electronics (印刷中)
  • 査読あり
• [雑誌論文] 振電相互作用密度に基づくキャリア輸送材料の分子設計" (2010)
  • 著者名/発表者名: 佐藤徹
  • 雑誌名: 日本化学会情報化学部会Web誌CICSJ Bulletin 27 ページ: 131-135
  • NAID: 130000156392
• [雑誌論文] Electron-vibration interactions in carrier transport material : Vibronic coupling density analysis in TPD (2008)
  • 著者名/発表者名: Tohru Sato, Katsuyuki Shizu, Takako Kuga, Kazuyoshi Tanaka, Hironori Kaji
  • 雑誌名: Chem.Phys.Lett. 458 ページ: 152-156
  • NAID: 120001750136
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electron-vibration interactions in carrier-transport material : vibronic coupling density analysis in TPD (2008)
  • 著者名/発表者名: Tohru Sato, Katsuyuki Shizu, Takako Kuga, Kazuyoshi Tanaka
  • 雑誌名: Chem. Phys. Lett. 458 ページ: 152-156
  • NAID: 120001750136
  • 査読あり
• [学会発表] 振電相互作用密度に基づく高性能電荷輸送材料の理論設計 (2011)
  • 著者名/発表者名: 志津功将、佐藤徹、伊藤彰浩、田中一義、梶弘典
  • 学会等名: 第58回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 神奈川工科大学,厚木市
• [学会発表] 有機EL素子の新規電子輸送材料の分子設計 (2010)
  • 著者名/発表者名: 佐藤徹、志津功将、田中一義、梶弘典
  • 学会等名: 第8回福井センターシンポジウム
  • 発表場所: 京都大学福井謙一記念研究センター
  • 年月日: 2010-12-03
• [学会発表] Alq3の励起状態における振電相互作用密度解析:構造異性と振電相互作用 (2010)
  • 著者名/発表者名: 上島基之, 佐藤徹, 田中一義, 梶弘典
  • 学会等名: 有機EL討論会 第11回例会
  • 発表場所: 名古屋大学,名古屋市
• [学会発表] 電子輸送材料Alq3ならびに3TPYMBにおける振電相互作用の理論解析 (2010)
  • 著者名/発表者名: 志津功将、佐藤徹、田中一義、梶弘典
  • 学会等名: 有機EL討論会第10回例会
  • 発表場所: 日本科学未来館,東京都
• [学会発表] Vibronic coupling density analysis (2010)
  • 著者名/発表者名: Tohru Sato [招待講演]
  • 学会等名: 20th International Symposium on the Jahn-Teller Effect
  • 発表場所: University of Fribourg Campus Perolles II, Fribourg, Switzerland
• [学会発表] 電子輸送材料Alq3ならびに3TPYMBにおける振電相互作用の理論解析 (2010)
  • 著者名/発表者名: 志津功将、佐藤徹、田中正一義、梶弘典
  • 学会等名: 有機EL討論会第10回例会
  • 発表場所: 日本科学未来館みらいCANホール
• [学会発表] Vibronic coupling density analysis (2010)
  • 著者名/発表者名: Tohru Sato
  • 学会等名: 20th International Symposium on the Jahn-Teller Effect
  • 発表場所: University of Fribourg Campus Perolles II, Fribourg, Switzerland(招待講演)
• [学会発表] Alq3の励起状態における振電相互作用密度解析:構造異性と振電相互作用 (2010)
  • 著者名/発表者名: 上島基之, 佐藤徹, 田中一義, 梶弘典
  • 学会等名: 有機EL討論会 第11回例会
  • 発表場所: 名古屋大学 豊田講堂
• [学会発表] 有機EL素子のキャリア輸送材料における振電相互作用 (2009)
  • 著者名/発表者名: 佐藤徹, 志津功将, 上垣内啓介, 久我香子, 田中一義, 梶弘典
  • 学会等名: 第56回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 筑波大学筑波キャンパス
  • 年月日: 2009-03-31
• [学会発表] 振電相互作用密度解析による電子輸送材料の分子設計 (2009)
  • 著者名/発表者名: 志津功将, 佐藤徹, 田中一義, 梶弘典
  • 学会等名: 有機EL討論会 第9回例会
  • 発表場所: 京都大学宇治キャンパス,宇治市
• [学会発表] オリゴアセンにおける振電相互作用 (2009)
  • 著者名/発表者名: 志津功将、佐藤徹、田中一義
  • 学会等名: 第3回分子科学討論会2009名古屋
  • 発表場所: 名古屋大学東山キャンパス,名古屋市
• [学会発表] Vibronic coupling density analysis and its applications (2009)
  • 著者名/発表者名: Tohru Sato[招待講演]
  • 学会等名: The 3rd Japan-Czech-Slovak Symposium on Theoretical and Computational Chemistry
  • 発表場所: Bratislava, Slovak
• [学会発表] Vibronic coupling density analysis (2009)
  • 著者名/発表者名: Tohru Sato, Ken Tokunaga, Naoya Iwahara, Katsuyuki Shizu, Motoyuki Uejima, Kazuyoshi Tanaka
  • 学会等名: 13th International Congress of Quantum Chemistry
  • 発表場所: Helsinki, Finland
• [学会発表] オリゴチオフェンにおけるポーラロン形成 (2009)
  • 著者名/発表者名: 志津功将, 佐藤徹, 田中一義
  • 学会等名: 第12回理論化学討論会
  • 発表場所: 東京大学本郷キャンパス,東京都
• [学会発表] ホール輸送材料における振電相互作用と軌道緩和 (2009)
  • 著者名/発表者名: 佐藤徹, 上垣内啓介, 志津功将, 岩原直也, 田中一義, 梶弘典
  • 学会等名: 第12回理論化学討論会
  • 発表場所: 東京大学本郷キャンパス,東京都
• [学会発表] 芳香族アミンにおける振電相互作用と電子-ホール相互作用 (2009)
  • 著者名/発表者名: 佐藤徹, 志津功将, 上垣内啓介, 岩原直也, 田中一義, 梶弘典
  • 学会等名: 有機EL討論会 第8回例会
  • 発表場所: 日本科学未来館,東京都
• [学会発表] 有機EL素子のキャリア輸送材料における振電相互作用 (2009)
  • 著者名/発表者名: 佐藤徹, 志津功将, 上垣内啓介, 久我香子, 田中一義, 梶弘典
  • 学会等名: 第56回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 筑波大学筑波キャンパス,つくば市
• [学会発表] 電荷分布とJahn-Teller相互作用 (2009)
  • 著者名/発表者名: ○佐藤徹, 岩原直也, 田中一義
  • 学会等名: 日本コンピュータ化学会2009年春季年会
  • 発表場所: 東京工業大学大岡山キャンパス
• [学会発表] ホール輸送材料における振電相互作用と軌道緩和 (2009)
  • 著者名/発表者名: 佐藤徹, 上垣内啓介, 志津功将, 岩原直也, 田中一義, 梶弘典
  • 学会等名: 第12回 理論化学討論会
  • 発表場所: 東京大学本郷キャンパス 武田先端知ビル 武田ホール
• [学会発表] オリゴチオフェンにおけるポーラロン形成 (2009)
  • 著者名/発表者名: 志津功将, 佐藤徹, 田中一義
  • 学会等名: 第12回 理論化学討論会
  • 発表場所: 東京大学本郷キャンパス 武田先端知ビル 武田ホール
• [学会発表] 芳香族アミンにおける振電相互作用と電子-ホール相互作用 (2009)
  • 著者名/発表者名: 佐藤徹, 志津功将, 上垣内啓介, 岩原直也, 田中一義, 梶弘典
  • 学会等名: 有機EL討論会 第8回例会
  • 発表場所: 日本科学未来館(7階)みらいCANホール
• [学会発表] オリゴアセンにおける振電相互作用 (2009)
  • 著者名/発表者名: 志津功将, 佐藤徹, 田中一義
  • 学会等名: 第3回分子科学討論会2009名古屋
  • 発表場所: 名古屋大学東山キャンパス
• [学会発表] 振電相互作用密度解析による電子輸送材料の分子設計 (2009)
  • 著者名/発表者名: 志津功将, 佐藤徹, 田中一義, 梶弘典
  • 学会等名: 有機EL討論会 第9回例会
  • 発表場所: 京都大学 宇治キャンパスおうばくプラザ
• [学会発表] Alq3における振電相互作用とJahn-Teller効果 (2008)
  • 著者名/発表者名: 佐藤徹, 志津功将, 岩原直也, 田中一義, 梶弘典
  • 学会等名: 有機EL討論会第7回例会
  • 発表場所: 金沢市文化ホール
  • 年月日: 2008-11-20
• [学会発表] 芳香族アミンにおける振電相互作用とホール輸送特性 (2008)
  • 著者名/発表者名: 志津功将, 佐藤徹, 久我香子, 田中一義, 梶弘典
  • 学会等名: 有機EL討論会第6回例会
  • 発表場所: 日本科学未来館
  • 年月日: 2008-06-13
• [学会発表] ホール輸送材料における振電相互作用と材料設計 (2008)
  • 著者名/発表者名: 佐藤徹, 志津功将, 久我香子, 田中一義, 梶弘典
  • 学会等名: 日本コンピュータ化学会2008春季年会
  • 発表場所: 東京工業大学大岡山キャンパス
  • 年月日: 2008-05-22
• [学会発表] Alq3における振電相互作用とJahn-Teller効果 (2008)
  • 著者名/発表者名: 佐藤徹、志津功将、岩原直也、田中一義、梶弘典
  • 学会等名: 有機EL討論会第7回例会
  • 発表場所: 金沢市文化ホール,金沢市
• [学会発表] 振電相互作用密度とその応用 (2008)
  • 著者名/発表者名: 佐藤徹、徳永健、志津功将、田中一義
  • 学会等名: 日本コンピュータ化学会2008秋季年会
  • 発表場所: 高知大学,高知市
• [学会発表] 単分子電気伝導における分子内振電相互作用 (2008)
  • 著者名/発表者名: 志津功将、佐藤徹、田中一義
  • 学会等名: 第2回分子科学討論会
  • 発表場所: 福岡国際会議場,福岡市
• [学会発表] 芳香族アミンにおける振電相互作用とホール輸送特性 (2008)
  • 著者名/発表者名: 志津功将、佐藤徹、久我香子、田中一義、梶弘典
  • 学会等名: 有機EL討論会第6回例会
  • 発表場所: 日本科学未来館,東京都
• [学会発表] ホール輸送材料における振電相互作用と材料設計 (2008)
  • 著者名/発表者名: 佐藤徹、志津功将、久我香子、田中一義、梶弘典
  • 学会等名: 日本コンピュータ化学会2008春季年会
  • 発表場所: 東京工業大学大岡山キャンパス,東京都
• [学会発表] オリゴチオフェンのカチオン状態における構造変形と振電相互作用 (2008)
  • 著者名/発表者名: 志津功将、佐藤徹、田中一義
  • 学会等名: 日本コンピュータ化学会2008春季年会
  • 発表場所: 東京工業大学大岡山キャンパス,東京都
• [図書] "Vibronic coupling constant and vibronic coupling density" in "The Jahn-Teller Effect : Fundamentals and Implications for Physics and Chemistry"(Springer Series in Chemical Physics)(97)(H.Koeppel, H.Barentzen, and D.R.Yarkony (Eds)) (2009)
  • 著者名/発表者名: Tohru Sato, Ken Tokunaga, Naoya Iwahara, Katsuyuki Shizu, Kazuyoshi Tanaka
  • 出版者: Springer-Verlag, Heidelberg and Berlin
• [図書] The Jahn-Teller Effect : Fundamentals and Implications for Physics and Chemistry (H. Koeppel, H. Barentzen, and D. R. Yarkony (Eds)) (2009)
  • 著者名/発表者名: Tohru Sato, Ken Tokunaga, Naoya Iwahara, Katsuyuki Shizu, Kazuyoshi Tanaka
  • 総ページ数: 30
  • 出版者: Springer-Verlag
• [図書] "Vibronic coupling constant and vibronic coupling density", in "THEJAHN-TELLER EFFECT-ADVANCES and PERSPECTIVES" (2009)
  • 著者名/発表者名: Tohru Sato, Ken Tokunaga, Naoya Iwahara, Katsuyuki Shizu
  • 総ページ数: 31
  • 出版者: Springer-Verlag
• [産業財産権] 新規な環状化合物、電子輸送材料および有機エレクトロルミネッセンス素子 (2011)
  • 発明者名: 佐藤徹、志津功将、俣野善博、田中一義、梶弘典
  • 権利者名: 京都大学、九州大学
  • 産業財産権番号: 2011-048725
  • 出願年月日: 2011-03-07
• [産業財産権] 新規な環状化合物、電子輸送材料および有機エレクトロルミネッセンス素子 (2011)
  • 発明者名: 佐藤徹、志津功将、俣野善博、出中一義、梶弘典
  • 権利者名: 京都大学、九州大学
  • 産業財産権番号: 2011-048725
  • 出願年月日: 2011-03-07