AI×量子化学で色純度の高い青色発光材料を発見~設計から素子作製・評価まで一気通貫、材料開発を劇的に加速~

2026-07-22 名古屋大学

名古屋大学トランスフォーマティブ生命分子研究所(WPI-ITbM)と九州大学の研究グループは、機械学習と量子化学計算を融合したデータ駆動型材料開発により、次世代有機EL向けの高色純度・高効率な青色発光材料を開発した。約2万種類のカルバゾール含有多環芳香族分子(Cz-PAH)の仮想ライブラリを構築し、そのうち約1,000分子を量子化学計算で解析してAIに学習させることで、残る候補の発光特性を高速かつ高精度に予測した。選定した2種類のホウ素を含まない分子を実際に合成・評価した結果、半値幅17~19 nmという極めて高い色純度の青色発光を示し、有機EL素子では次世代色域規格「Rec. 2020」に迫る色度と最大35.2%の外部量子効率を達成した。本研究は、AIによる分子設計から材料合成、素子作製・評価までを一体化した材料開発手法の有効性を実証したものであり、有機EL材料のみならず、多様な機能性材料の開発期間とコストを大幅に削減する基盤技術として期待される。

AI×量子化学で色純度の高い青色発光材料を発見~設計から素子作製・評価まで一気通貫、材料開発を劇的に加速~

<関連情報>

機械学習を用いたホウ素フリー狭帯域青色熱活性化遅延蛍光発光体の発見 Machine-Learning-Guided Discovery of Boron-Free Narrowband Blue Thermally Activated Delayed Fluorescence Emitters

Masaya Hagai, Jie Sun, Jun Hyeon Lee, Kazuhiro J. Fujimoto, Shigehiro Yamaguchi, Takuma Yasuda, Takeshi Yanai
Angewandte Chemie  Published: 21 July 2026
DOI:https://doi.org/10.1002/ange.2731055

ABSTRACT

Thermally activated delayed fluorescence (TADF) emitters enable color-pure, energy-efficient organic light-emitting diodes (OLEDs), yet many ultra-narrowband designs rely on synthetically demanding boron incorporation. Here we discover boron-free emitters that reconcile a robust nitrogen-only polycyclic scaffold, Rec. 2020-grade pure-blue emission, and small singlet–triplet gaps (ΔEST) conducive to TADF. We enumerated 19 518 13-ring carbazole-containing polycyclic aromatic hydrocarbons (Cz-PAHs) and obtained quantum-chemical reference values for ∼1000 molecules: emission energies and ΔEST at S1-optimized geometries. A graph neural network enabled library-wide prediction and revealed a pronounced negative correlation between emission energy and ΔEST (R = −0.75), implicating configuration mixing in S1 and indicating that small-gap candidates are enriched in the pure-blue regime. Two selected Cz-PAH emitters were synthesized and display deep-blue, exceptionally narrow photoluminescence (full widths at half maximum 17–19 nm) with small experimental ΔEST (0.13–0.19 eV). OLEDs incorporating these emitters deliver narrowband blue electroluminescence (λEL 456 and 481 nm); device A reaches chromaticity coordinates of (0.139, 0.069), close to the Rec. 2020 blue primary, whereas the sensitized device D achieves a maximum external quantum efficiency of 35.2%. Collectively, this work expands the boron-free TADF design space and establishes an experimentally validated route to discovering high-color-purity organic emitters.

0402電気応用
ad
ad
Follow
ad
タイトルとURLをコピーしました