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2017 年度 実績報告書

精密構造解析・理論化学計算による有機デバイスの基礎科学構築

研究課題

研究課題/領域番号 17H01231
研究機関京都大学

研究代表者

梶 弘典  京都大学, 化学研究所, 教授 (30263148)

研究分担者 志津 功將  京都大学, 化学研究所, 助教 (10621138)
研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2020-03-31
キーワード有機EL / NMR / 分子配向 / マルチスケールシミュレーション / 理論計算 / TADF
研究実績の概要

本年度は、交付申請書に記載した本年度の研究実施計画である、1) 有機デバイス作製、2) 有機デバイスのin silico電荷輸送解析に取り組んだ。さらに、当初の計画以上に、3) DNP-NMRによる有機非晶膜の解析にも取り組んだ。
1)我々が開発したDACT-II、tBuDACT-IIについて、溶液プロセスを用いて高い外部量子効率を有する有機EL素子の開発に成功した (J. Soc. Inf. Disp. 2017)。tBuDACT-IIについてはポリマーホスト中における配向解析を行い、ホスト中において基板垂直に配向する傾向があることを見出した(J. Mater. Chem. C 2017)。これらの結果に加え、蒸着プロセスにおいて外部量子効率20%を示す青色熱活性化型遅延蛍光(TADF)素子の開発を行った(J. Photopolym. Sci. Technol. 2017)。また、アダマンタン置換という新たな戦略を提案し、塗布プロセスにおいても20%を越える外部量子効率を示す青色TADF有機EL素子の開発に成功した(Adv. Mater. 2018)。
2)我々が独自に展開してきた、量子化学計算、分子動力学計算、動的モンテカルロ計算を併用した多階層計算を用い、有機非晶薄膜と有機結晶薄膜おける電荷輸送過程の比較を行った。その結果、非晶膜におけるエネルギー準位の乱れ(分布)が電荷移動度を低減させる一方で、非晶系特有の構造的な乱れ(分布)はほとんど移動度を低下させない、という予想外の結論を得た(Sci. Rep. 2018)。
3)有機非晶膜中の有機分子の配向解析を、動的核偏極NMR (DNP-NMR)を用いることにより行った。その結果、極微少量の蒸着膜に対しても、その分子配向を「分布」を含めた形で解析することに成功した(Angew. Chem. Int. Ed. 2017)。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

上述の研究実績のうち、アダマンタン骨格をTADF分子の一部に置換基として導入するという戦略より、当初の予測を遙かに超えた高特性の塗布型有機ELデバイスの創製に成功した。このアダマンタン置換戦略により、ハロゲン溶媒のみならず、非ハロゲン溶媒にも高い溶解性を持ち、飛躍的な熱安定性を実現するとともに、MA-TA, FA-TA, PA-TAと名付けた高特性深青色発光材料群を得ることに成功した。塗布型TADF有機EL素子において、青色の深さの指標であるCIE y座標が0.2以下、0.15以下、0.1以下のなかで、それぞれMA-TA, FA-TAは世界最高値、PA-TAは世界第二位の外部量子収率を示した。本研究は、材料科学分野において高いインパクトファクター(IF = 19.79)を有する国際学術誌Advanced Materialsに掲載された。
また、in silico電荷輸送解析に関しては、非晶系特有の構造的な乱れ(分布)がほとんど電荷移動度に影響していないという、という予想外の重要な結果を得、Scientific Report誌に掲載された。この結果は、高移動度非晶材料設計のための重要な知見である。
さらに、次年度以降に計画していたDNP-NMRによる解析が、予想外に大きく進展した。DNP-NMRを用いることにより、52 μgという極微少量の非晶薄膜に対する分子配向解析に成功した。この研究結果は、国際学術誌Angewandte Chmie International Editionに掲載された。

以上の観点から、研究が極めて順調に、当初の計画以上に進展していることが明確である。

今後の研究の推進方策

現状、有機ELデバイスに関する研究が極めて順調に進展しており、2018年度も引き続き、現状の形で研究を進めていく。発光材料となるTADF材料の開発に関しては、現在開発中のさらに新規な青色TADF材料について素子化を行い、高特性材料・素子の開発を継続していく。In silico計算に関しては、未だ見られている計算と実測のズレに関して検討を進める。デバイス解析に関しては、昨年度末、国内初となるDNP-NMR装置を導入することができた。今後、このDNP-NMRの正常運用を確実にし、それを用いた解析を一層推進させる。

  • 研究成果

    (29件)

すべて 2018 2017 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (7件) (うち国際共著 3件、 査読あり 7件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (14件) (うち国際学会 10件、 招待講演 9件) 図書 (1件) 備考 (3件) 産業財産権 (1件) 学会・シンポジウム開催 (1件)

  • [国際共同研究] Bruker BioSpin(フランス)

    • 国名
      フランス
    • 外国機関名
      Bruker BioSpin
  • [国際共同研究] Tsinghua University(中国)

    • 国名
      中国
    • 外国機関名
      Tsinghua University
  • [雑誌論文] Effects of Structural and Energetic Disorders on Charge Transports in Crystal and Amorphous Organic Layers2018

    • 著者名/発表者名
      Suzuki Furitsu、Kubo Shosei、Fukushima Tatsuya、Kaji Hironori
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 8 ページ: 5203

    • DOI

      10.1038/s41598-018-23204-w

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Adamantyl Substitution Strategy for Realizing Solution-Processable Thermally Stable Deep-Blue Thermally Activated Delayed Fluorescence Materials2018

    • 著者名/発表者名
      Wada Yoshimasa、Kubo Shosei、Kaji Hironori
    • 雑誌名

      Advanced Materials

      巻: 30 ページ: 1705641~1705641

    • DOI

      10.1002/adma.201705641

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Versatile Indolocarbazole-Isomer Derivatives as Highly Emissive Emitters and Ideal Hosts for Thermally Activated Delayed Fluorescent OLEDs with Alleviated Efficiency Roll-Off2018

    • 著者名/発表者名
      Zhang Dongdong、Song Xiaozeng、Cai Minghan、Kaji Hironori、Duan Lian
    • 雑誌名

      Advanced Materials

      巻: 30 ページ: 1705406~1705406

    • DOI

      10.1002/adma.201705406

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Analysis of Molecular Orientation in Organic Semiconducting Thin Films Using Static Dynamic Nuclear Polarization Enhanced Solid-State NMR Spectroscopy2017

    • 著者名/発表者名
      Suzuki Katsuaki、Kubo Shosei、Aussenac Fabien、Engelke Frank、Fukushima Tatsuya、Kaji Hironori
    • 雑誌名

      Angewandte Chemie International Edition

      巻: 56 ページ: 14842~14846

    • DOI

      10.1002/anie.201707208

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Solution-processable thermally activated delayed fluorescence emitters for application in organic light emitting diodes2017

    • 著者名/発表者名
      Suzuki Katsuaki、Adachi Chihaya、Kaji Hironori
    • 雑誌名

      Journal of the Society for Information Display

      巻: 25 ページ: 480~485

    • DOI

      10.1002/jsid.598

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Increasing the horizontal orientation of transition dipole moments in solution processed small molecular emitters2017

    • 著者名/発表者名
      Senes Alessia、Meskers Stefan C. J.、Greiner Horst、Suzuki Katsuaki、Kaji Hironori、Adachi Chihaya、Wilson Joanne S.、Janssen and René A. J.
    • 雑誌名

      Journal of Materials Chemistry C

      巻: 5 ページ: 6555~6562

    • DOI

      10.1039/c7tc01568b

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Thermally Activated Delayed Fluorescence Emitter with a Symmetric Acceptor-Donor-Acceptor Structure2017

    • 著者名/発表者名
      Shizu Katsuyuki、Miwa Takuya、Wada Yoshimasa、Ogata Isamu、Kaji Hironori
    • 雑誌名

      Journal of Photopolymer Science and Technology

      巻: 30 ページ: 475~481

    • DOI

      10.2494/photopolymer.30.475

    • 査読あり
  • [学会発表] Enhanced Electroluminescence from Delayed-Fluorescence Emitters by Suppressing Nonradiative Decay2018

    • 著者名/発表者名
      Katsuyuki Shizu
    • 学会等名
      International Congress on Pure & Applied Chemistry (ICPAC) 2018
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Organic light-emitting diodes (OLEDs): Design-synthesis-fabrication, multiscale simulation, and DNP-NMR2018

    • 著者名/発表者名
      Hironori Kaji
    • 学会等名
      ACS National Meeting and Exposition
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] アダマンタン置換に基づく深青色塗布型TADF低分子材料の開発2018

    • 著者名/発表者名
      和田 啓幹、 久保 勝誠、 梶 弘典
    • 学会等名
      第65回応用物理学会 春季学術講演会
  • [学会発表] 有機半導体材料の自発的配向分極現象と分子間相互作用の相関2018

    • 著者名/発表者名
      長田 航平、 合志 憲一、 梶 弘典、 安達 千波矢、 石 井 久夫、 野口 裕
    • 学会等名
      第65回応用物理学会 春季学術講演会
  • [学会発表] 超低消費電力緑色熱活性化遅延蛍光有機EL素子の開発2018

    • 著者名/発表者名
      佐藤 瞭、 笹部 久宏、 鈴木 克明、 安達 千波矢、 梶 弘典、 城戸 淳二
    • 学会等名
      第65回応用物理学会 春季学術講演会
  • [学会発表] In silico discovery of highly efficient dry and wet processable TADF materials for blue-to-green OLEDs2017

    • 著者名/発表者名
      Hironori Kaji
    • 学会等名
      2nd International TADF Workshop
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Multiscale hopping-type charge transport simulation: the prediction and molecular-level analysis2017

    • 著者名/発表者名
      Hironori Kaji
    • 学会等名
      SPIE Optics + Photonics conference 2017
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Computer-Assisted Material Design Toward Highly Efficient Dry and Wet Processed OLEDs and Multiscale Charge Transport Simulations2017

    • 著者名/発表者名
      Hironori Kaji
    • 学会等名
      The 7th International Meeting on Information Display
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] In Silico Material Design for Highly Efficient OLEDs and Multiscale Charge Transport Simulations2017

    • 著者名/発表者名
      Katsuaki Suzuki, and Hironori Kaji
    • 学会等名
      The 4th International Conference on Advanced Electromaterials (ICAE 2017)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Purely Organic Delayed Fluorescence Emitters for Organic Light-Emitting Diodes2017

    • 著者名/発表者名
      Katsuyuki Shizu
    • 学会等名
      International Symposium on Pure & Applied Chemistry (ISPAC) 2017
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Organic light-emitting diodes using symmetric donor-acceptor-type delayed fluorescence emitters2017

    • 著者名/発表者名
      Katsuyuki Shizu
    • 学会等名
      International Conference on Molecular Electronics and Bioelectronics (M&BE9)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 対称的なアクセプター・ドナー・アクセプター型構造 をもつ高効率熱活性化型遅延蛍光材料の開発2017

    • 著者名/発表者名
      志津功將、尾形勇武、三輪卓也、和田啓幹、梶弘典
    • 学会等名
      The 34th International Conference of Photopolymer Science and Technology
    • 国際学会
  • [学会発表] 塗布成膜可能な青色および緑色熱活性型遅延蛍光材料の光物性および有機EL特性2017

    • 著者名/発表者名
      羽深 夢、八嶋 徹、谷 敬太、鈴木 克明、志津 功將、梶 弘典
    • 学会等名
      第66回高分子討論会
  • [学会発表] NMR for material Science and toward the introduction of DNP-NMR2017

    • 著者名/発表者名
      梶 弘典
    • 学会等名
      大阪大学蛋白質研究所セミナー, 高分極核スピンが拓く未来-動的核分極(DNP)法の最前線-
    • 国際学会 / 招待講演
  • [図書] 有機ELに関する発光効率向上、部材開発、新しい用途展開2018

    • 著者名/発表者名
      梶 弘典、久保 勝誠
    • 総ページ数
      600(589-600)
    • 出版者
      株式会社 技術情報協会
  • [備考] 多階層計算による非晶有機薄膜中での電荷輸送解析

    • URL

      http://molmat.kuicr.kyoto-u.ac.jp/research_9takaisou.html

  • [備考] 塗布成膜可能、高い熱安定性、深い青色発光、高効率という特性を兼ね備えた有機EL発光材料の開発に成功

    • URL

      http://molmat.kuicr.kyoto-u.ac.jp/research_8adamantyl.html

  • [備考] 動的核偏極NMR法による有機半導体薄膜の分子配向解析

    • URL

      http://molmat.kuicr.kyoto-u.ac.jp/research_6doutekikaku.html

  • [産業財産権] 化合物、発光材料および有機発光素子2017

    • 発明者名
      梶弘典、和田啓幹、久保勝誠
    • 権利者名
      梶弘典、和田啓幹、久保勝誠
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2017-092244
  • [学会・シンポジウム開催] ICRIS-NMR '17: DNP-NMR Workshop2017

URL: 

公開日: 2019-03-07  

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