光る有機材料の開発 と 計算機シミュレーション

3/17, 2012
スーパーコンピュータ「京」を知る集い
光る有機材料の開発
と
計算機シミュレーション
法政大学 情報科学部
善甫 康成
高分子発光材料の展開
有機発光材料
高分子の多様性
Substrate（glass）
thickness < 1 mm
ITO
Hole injection layer
Light emitting layer
Low-work-func. metal
Conducting metal
プロセス
インクジェット/
リソグラフィー
ロールスクリーンTV
天井照明
壁照明
フレキシブル
スクリーン
フラットパネル ディスプレイ
液晶
低い、光の利用効率
プラズマ ﾃﾞｨｽﾌﾟﾚｲ
BAM の劣化
はじめ青っぽく、
後に赤っぽくなる
LED ｱﾚｲ
GaN LED
有機 LED
外での利用
低分子系
蒸着過程が必須
高分子系
塗布可能
Filter Type
Light Emitting
LCDの構造 と 光の利用効率
2.1 lm/W
LC パネル
光の利用効率
2 - 3%
位相差ﾌｨﾙﾑ+AR
偏光板
ｶﾞﾗｽ基板
ｶﾗｰﾌｨﾙﾀｰ
PI + ITO
液晶
ITO+PI
TFT
ｶﾞﾗｽ基板
偏光板
位相差ﾌｨﾙﾑ
拡散光源
35%
バックライト
140%
輝度向上フィルム
拡散ｼｰﾄ
ﾌﾟﾘｽﾞﾑｼｰﾄ
ﾌﾟﾘｽﾞﾑｼｰﾄ
拡散ｼｰﾄ
導光板
70 lm/W
100%
60%
反射板
CCFL
高分子LEDの素子構造
PPV
RO
PFO
n
R
R
cathode
n
OR
< 1mm
Conductive metal
Low-work-function metal
anode
Light-emitting polymer
Hole conductor
O
ITO
特徴
・薄い
・軽い
・自己発光
・ﾌﾚｷｼﾌﾞﾙ化が可能
S
Glass
O
O
S
S
O
O
O
n
PEDOT
Ref: MRS Bulletin 27(11), 2002
研究開発プロセス
新材料の創出
合成・加工技術
14
12
10
8
6
4
2
0
200
300
400
500
600
700
800
シミュレーション技術
構造解析技術
物性、実用特性評価技術
開発のループと技術の融合・複合化
夢とアイデアは「研究開発」そのもの
研究開発の進め方
産業での研究開発
スピード  明確なターゲット
協力体制  ﾌﾟﾛｼﾞｪｸﾄ体制
ﾌｨｰﾄﾞﾊﾞｯｸ  設計/ 作成/ 分析
幅広い領域：
分子設計/ 特性解析/反応解析/ 最適化/ etc.
どの段階でも、
 必要なのは変革のアイデア
 異なった視点
 違った文化
ﾒｶﾆｽﾞﾑ
制御因子
高精度
設計
解析回数/計算回数/精度
概要
ｲﾒｰｼﾞ
高精度
計算量
着手
材料開発の山
開発段階
調整段階
研究開発ｽﾃｰｼﾞと精度
Absorbance/Fluorescence
Absorbance/Fluorescence
吸収・発光スペクトルの予測
吸収
発光
TDDFT
フルオレン
吸収
発光
R R
EXP
波長 (nm)
吸収・発光時の電荷の移動
構造緩和
吸収
発光
E
LUMO
○
●
●●
●●
○●
●●
●●
●●
E
発光
t
エネルギー差
HOMO
吸収（励起）
構造緩和
吸収
発光
吸収・発光スペクトルの予測
実際の構造は単純ではない！
発光吸収強度
20
15
10
5
安定構造
0
300
20
500
２０
TPA
PDA
１５
５
15
発光強度
１０
700
10
5
0
300
二面角と発光強度
500
700
Wavelength(nm)
高い発光効率を実現するには
発光・吸収強度
RO
代表的な発光材料
n
OR
PPV
Thickness < 1 mm
蛍光材料
吸収・発光スペクトルの予測
吸収
Substrate
(Glass)
Anode 発光
R
ポリフルオレン
0.8
発光・吸収強度
ホスト高分子
（ITO）
Hole
TDDFT
injection
Lightlayer
Emitting
Layer
Cathode
(Metal)
n
R
さらに、
燐光材料（三重項材料）
吸収
フルオレン
発光
0.6
S1
T1
20
10
0
200
RR
300
400
500
600
700
T1
25
消光
15
EXP
S1
エネルギー移動
0.4
0.2
ゲスト
NTSC
発光
5
0
800
波長 (nm)
ホスト高分子
ゲスト錯体
T1のエネルギー配置が重要  T1 の予測
実時間実空間の解析法と並列化
もっと大きな解析が
可能になる！
Z
並列化
MPI
並列化
Y
MPI
並列化
並列化のための分割法が鍵
結論
高分子発光材料の開発 （夢の実現へ）
 構造が非常に簡単、省エネルギー
 塗布、インク化により、大面積化が可能
応用例） 高分子の発光吸収スペクトル
 シミュレーションにより実験に先行して材料設計
開発の方向を
明確にする！
 TDDFT計算向き（実空間実時間）
 物理量の計算が容易
 一度の計算で全スペクトルがわかる
役に立つ計算材料科学
計算回数/精度
活用） 原理原則 ⇒ モデル化
 幅広い領域
 研究開発ｽﾃｰｼﾞと計算精度
Sumitomo Chemical Confidential
概要
ｲﾒｰｼﾞ
ﾒｶﾆｽﾞﾑ
制御因子
高精度
設計
高精度
計算量
着手
開発段階
調整段階
研究開発ｽﾃｰｼﾞと計算精度
おわり
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