熱活性化遅延蛍光材料の新規開発

概要

令和４年度

京都大学化学研究所 スーパーコンピュータシステム 利用報告書
熱活性化遅延蛍光材料の新規開発
Development of thermally activated delayed fluorescence emitter
京都大学　化学研究所 分子材料化学研究領域

梶 弘典

研究成果概要

近年，熱活性化遅延蛍光（TADF）を示す分子が，有機発光ダイオード（OLED）の発光材料
として注目されている．TADF-OLED が抱える課題の一つに，高輝度域での外部量子効率の
低下（ロールオフ）がある．ロールオフ軽減のためには，TADF 分子の励起子寿命の短縮が有
効である．TADF 分子の場合，三重項励起状態（T1）から一重項励起状態（S1）への逆項間交
差（RISC）の速度定数（kRISC），および S1 からの輻射失活の速度定数（kr）を増大させることによ
り，励起子寿命の短縮が理論上可能である．本研究では，ロールオフの抑制を目的として，
kRISC と kr のいずれもが大きくなるよう分子設計を行った．具体的には，S1-T1 間のエネルギー差
（∆EST）が小さく，また輻射失活速度の指標となる S1-S0 間の振動子強度（f）が大きくなるよう，
適切な HOMO-LUMO 間の空間的重なりを有する CC-TXO-I （Fig. 1(a)）を設計した．
CC-TXO-I は，硫黄の重原子効果によるスピン軌道相互作用（SOC）の増大も期待される．
分子設計の有効性を確認するため，量子化学計算を行った．本研究の量子化学計算には，

京都大学化学研究所スーパーコンピュータシステム量子化学計算ソフトウェア ADF を使用し
た．DFT および TD-DFT 計算の汎関数/基底関数には，pSOC-TDA-PBE0/TZPae を使用した．
CC-TXO-I について，S1-S0 間の f 値は 0.1003 と大きな値を示した．また CC-TXO-I の T2→S1
および T1→S1 の遷移におけるスピン-軌道相互作用行列要素の値（SOCMEV）は，それぞれ
1.69，2.01 cm−1 と算出された．これは CC-TXO-I の酸素類似体である CCX-I（Fig. 1(b)）と比較
して顕著に大きく，硫黄の重原子効果が寄与した結果であると考察される．また PPF をホストと
した CC-TXO-I:PPF 混合薄膜を作製し光物性評価を行ったところ，量子化学計算により算出さ
れた SOCMEV の大きさから予測されたように，kRISC は~107 s−1 と非常に大きな値を示した．この
kRISC は CCX-I:PPF 混合薄膜の kRISC（~104 s−1）と比較して 3 桁上回る値であった．
(a)

(b)

Figure 1. Chemical structures of
(a) CC-TXO-I and (b) CCX-I.

Table 1. Results of quantum chemical calculations. *
SOCMEV (cm−1) / ΔES1–Tn (eV)
f
T1
T2
1.69 / 0.17
2.01 / 0.06
CC‐TXO‐I 0.1003
0.32 / 0.13
CCX‐I
0.1050
*pSOC‐TDA‐PBE0/TZPae

0.75 / −0.20

発表論文（謝辞あり）
[1] N. Kanno, Y. Ren, Y. Kusakabe, K. Suzuki, K. Shizu, H. Tanaka, Y. Wada, H. Nakagawa, J. Geldsetzer
and H. Kaji, Appl. Phys. Express 2023, 16, 011006. ...

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