有機デバイスの基礎科学と高機能化

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
有機デバイスの基礎科学と高機能化
Basic Science and Functionalization of Organic Devices
化学研究所 分子材料化学研究領域

梶 弘典

研究成果概要
発光スペクトルの狭線化を実現できる熱活性化遅延蛍光（Thermally Activated Delayed
Fluorescence, TADF）材料として、多重共鳴（Multiple Resonance, MR）構造を持つ TADF 材料
が注目を集めている[1]。MR-TADF のメカニズム解明は、実用的な有機 EL 素子を開発する上
で重要である。本研究では、量子化学計算を用いて、代表的な MR-TADF 材料である
DABNA-1[1]に対して、項間交差（Intersystem Crossing, ISC）ならびに逆項間交差（Reverse
ISC, RISC ） の 速 度 定 数 、 蛍 光 お よ び TADF 寿命 、 発 光 量 子 収率 （ Photoluminescence
Quantum Yield, PLQY）、さらには PLQY における蛍光・遅延蛍光成分の寄与を計算し、実測
値を定量的に再現することに成功した[2]。DABNA-1 の励起状態計算には、京都大学化学研
究所スーパーコンピュータシステムに実装されている量子化学計算ソフトウェア Gaussian 16 な
らびに QChem を使用した。
S1→T1 および S1→T2 遷移の速度定数を計算したところ、S1→T2 遷移の速度は、S1→T1 遷移
よりも 30 倍程度速いことがわかった。このことから、S1 から T1 への失活は、T2 を経由する 2 段
階の S1→T2→T1 過程により起こることが示唆される。 T1 から S1 への変換過程を調べるため、
PL 減衰曲線を計算した。その結果、PLQY（0.92）およびその蛍光成分（0.89）、遅延蛍光成分
の内訳（2.9×10−2）は、実測（実測値はそれぞれ、0.88、0.85、3.5×10−2）とよく一致した。また、
T1→S1 遷移は T2 を経由する 2 段階の T1→T2→S1 過程により起こることがわかった。
以上の結果から、S1-T1 変換は、どちらも T2 を経由する 2 段階の過程（S1→T2→T1 ISC およ
び T1→T2→S1 RISC）により起こることが示された（図 1）。

S0

1×107 (Calc.)
1×107 (Exp.)
Nonrad. decay

Fluorescence
1×108 (Calc.)
1×108 (Exp.)

S1

T2

Overall ISC
5×106 (Calc.)
5×106 (Exp.)

Overall RISC
2×104 (Calc.)
1×104 (Exp.)
T1

Calc.

Exp.

PLQY

0.923

0.880

Prompt

0.895

0.845

Delayed 0.029

0.035

DABNA-1

図 1 DABNA-1 の発光メカニズム

[1] T. Hatakeyama et al., Adv. Mater., 2016, 28, 2777.
[2] K. Shizu and H. Kaji, Commun. Chem., 2022, 5, 53. 発表論文(謝辞あり). ...