(57)【要約】  【課題】  有機薄膜プロセスによって得られ、特定の電圧で急激に抵抗が小さくなる回路保護素子として好適に利用できる非線形素子を提供する。  【解決手段】  電極間に有機材料からなる薄膜を配置してなる非線形素子であって、有機材料として下記一般式（I）のトリフェニルアミン系化合物を用いる。式（I）中、Ｒ１〜Ｒ４は水素原子、ハロゲン原子、置換基を有してもよい炭素数１〜６のアルキル基又はアルコキシル基などより選択される１つを表す。【化１】2005268444.tif 000011  【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２つの電極間に有機材料からなる薄膜を配置してなる非線形素子であって、前記有機材料が、下記一般式（I）で表されるトリフェニルアミン系化合物であることを特徴とする非線形素子。
【化１】
2005268444.tif 000010
（式（I）中、Ｒ１〜Ｒ４は水素原子、ハロゲン原子、置換基を有してもよい炭素数１〜６のアルキル基、置換基を有してもよい炭素数１〜６のアルコキシル基、置換基を有してもよいアリール基、置換基を有してもよい環を形成する残基より選ばれる１つを表し、Ｒ１〜Ｒ４は同一又は異なってもよい。Ｘはハロゲン原子を表し、ｊ、ｋはそれぞれ１〜５の整数を表し、ｌは１〜４の整数を表し、ｍは１又は２の整数を表し、ｎは３〜５の整数を表す。）
【請求項２】
前記少なくとも２つの電極がアルミニウムからなる請求項１に記載の非線形素子。
【請求項３】
電子回路における過大電圧から素子を保護するための回路保護素子として用いられる請求項１又は２に記載の非線形素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、電子回路において過大電圧から素子を保護する電気的な非線形素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、有機電子材料は目覚しい進展をみせている。有機電子材料よりなる電気回路は製造プロセスが低温で可能なため、基板として可撓性のあるプラスチックシート等を用いることが可能であり、かつ材料が安価であることから、多くの応用が期待されている。これら有機電子材料を用いた電子デバイス素子としては、現在電界効果型トランジスタ、ダイオード、キャパシタなどが開発されており、これらよりなる電気回路を用いて、ディスプレー駆動素子や認識用タグ等の実用化の検討が開始されている。
【０００３】
一般に電子回路においては、落雷等による誤動作や外部からの擾乱要因により過大な電圧が印加される場合があり、それに備えて各素子を保護する手段が必要とされている。
【０００４】
そして、通常の無機半導体を用いた電子回路では、この機能を果たすため電流制限素子が用いられている。これは一定電圧以下では絶縁体であるが、一定電圧以上では導電性を持つ機能を有しており、この素子を保護されるべき素子に並列に接続しておくことにより、当該一定電圧以上の電圧印加を防止するものである。
【０００５】
このような回路保護素子としては、例えば、下記の特許文献１に開示されているような、酸化亜鉛材料からなるものがある。
【０００６】
この回路保護素子は、例えば、図４のように構成して用いられる。すなわち、図４において過大電圧が付加された際には、回路保護素子４０が低抵抗状態となり電流が流れるので、電圧は一定値以上には上昇せず、被保護素子４１が保護されるものである。
【特許文献１】特開平６−３１０３０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、有機薄膜プロセスによって形成され、かつ上記のような機能を持つ素子は現在までのところ開発されておらず、その実現が求められていた。
【０００８】
本発明は、上記従来技術の問題点を鑑みてなされたもので、有機薄膜プロセスによって得られ、特定の電圧で急激に抵抗が小さくなる回路保護素子として好適に利用できる非線形素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
すなわち、本発明の非線形素子は、少なくとも２つの電極間に有機材料からなる薄膜を配置してなる非線形素子であって、前記有機材料が、下記一般式（I）で表されるトリフェニルアミン系化合物であることを特徴とする非線形素子。      
【００１０】
【化２】
2005268444.tif 000002
【００１１】
（式（I）中、Ｒ１〜Ｒ４は水素原子、ハロゲン原子、置換基を有してもよい炭素数１〜６のアルキル基、置換基を有してもよい炭素数１〜６のアルコキシル基、置換基を有してもよいアリール基、置換基を有してもよい環を形成する残基より選ばれる１つを表し、Ｒ１〜Ｒ４は同一又は異なってもよい。Ｘはハロゲン原子を表し、ｊ、ｋはそれぞれ１〜５の整数を表し、ｌは１〜４の整数を表し、ｍは１又は２の整数を表し、ｎは３〜５の整数を表す。）  上記の素子構造を用いた本発明の電気的非線形素子が、一定電圧で導電性が急激に高くなるメカニズムは未だ不明の点を残しているが、以下のように推定される。      
【００１２】
すなわち、一般式（I）で表される化合物は、両端に、それぞれ、電子供与性官能基であるトリフェニルアミノ基と、電子受容性の官能基であるハロゲン原子とを一分子中にあわせ持つ化合物であり、これらの分子の金属電極との界面付近での配向状態が電圧により変化すると、その界面での電荷の注入性が大きく変わると推測される。これにより、ある電圧値において電気抵抗が急激に変化するものと推測される。      
【００１３】
本発明の非線形素子においては、前記少なくとも２つの電極がアルミニウムからなることが好ましい。
【００１４】
この態様によれば、特にアルミニウムは化学的に安定であり、また、一般式（I）の化合物との密着性にも優れるので本発明に特に好適に用いられる。      
【００１５】
また、本発明の非線形素子は、電子回路における過大電圧から素子を保護するための回路保護素子として用いられることが好ましい。
【００１６】
上記のように、この非線形素子は特定の電圧で急激に抵抗が小さくなるバリスタ的特性を有しており、また、有機機薄膜プロセスによって形成可能であるので、有機電子材料等による電子回路における保護素子として、特に好適に利用できる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、有機薄膜プロセスによって得られ、特定の電圧で急激に抵抗が小さくなる回路保護素子として好適に利用できる非線形素子を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を用いて本発明を詳細に説明する。図１は、本発明の非線形素子の一実施形態を示す概略構成図である。      
【００１９】
図１に示すように、この非線形素子は、基板１０上に、第１電極層２１ａ、有機材料層３０、第２電極層２１ｂが順次積層された構成となっている。
【００２０】
基板１０としては特に限定されないが、従来公知のガラス基板等が好ましく用いられる。  第１電極層２１ａ、第２電極層２１ｂとしては、アルミニウム、金、銀、クロム、ニッケル、鉄などの金属材料や、ＩＴＯ、カーボン等の無機材料、共役系有機材料、液晶等の有機材料、シリコンなどの半導体材料などが適宜選択可能であり、特に限定されないが、特にアルミニウムが密着性や化学的安定性の点で好ましい。
【００２１】
また、第１電極層２１ａ、第２電極層２１ｂの薄膜形成方法としては、例えば、従来公知の真空蒸着法やスパッタ法が用いられる。これらの成膜法では、通常の真空中の他、真空雰囲気中に酸素、水分、窒素などの反応性ガスを導入した方法や、真空雰囲気中で電界や放電などを行い、成膜材料の物性の制御を行うことも可能である。また、スパッタ法では、通常の直流法、ＲＦ法を用いることが可能であるが、それに限定されるものではない。
【００２２】
真空蒸着で第１電極層２１ａ、第２電極層２１ｂを形成する場合、蒸着時の基板温度は、使用する電極材料によって適宜選択されるが０〜１５０℃が好ましい。また、膜厚は５０〜２００ｎｍが好ましい。
【００２３】
第１電極層２１ａ上には有機材料層３０が薄膜形成される。そして、本発明においては、この有機材料層３０に用いる有機材料として、下記の一般式（I）のトリフェニルアミン系化合物を用いることを特徴としている。      
【００２４】
【化３】
2005268444.tif 000003
【００２５】
（式（I）中、Ｒ１〜Ｒ４は水素原子、ハロゲン原子、置換基を有してもよい炭素数１〜６のアルキル基、置換基を有してもよい炭素数１〜６のアルコキシル基、置換基を有してもよいアリール基、置換基を有してもよい環を形成する残基より選ばれる１つを表し、Ｒ１〜Ｒ４は同一又は異なってもよい。Ｘはハロゲン原子を表し、ｊ、ｋはそれぞれ１〜５の整数を表し、ｌは１〜４の整数を表し、ｍは１又は２の整数を表し、ｎは３〜５の整数を表す。）  上記の一般式（I）の化合物としては、具体的には、例えば、下記の構造式（I−１）〜（I−１２）で示される化合物が挙げられる。      
【００２６】
【化４】
2005268444.tif 000004
【００２７】
上記の一般式（I）のトリフェニルアミン系化合物は、例えば、上記の構造式（I−２）の化合物は下記に示すような反応式によって合成できる。すなわち、上記反応式に示すように、構造式（I−Ａ）で示される化合物と構造式（I−Ｂ）で示される化合物とを、塩基性条件（例えばn-BuLi）のもとで適当な有機溶媒中（例えばジメチルホルムアミド）で反応させることにより合成することができる。なお、一般式（I）の他の構造の化合物も同様の方法で合成できる。      
【００２８】
【化５】
2005268444.tif 000005
【００２９】
有機材料層３０の形成方法としては、真空蒸着法、スピンコート法、電解重合法、化学蒸気堆積法（ＣＶＤ法）、単分子膜累積法（ＬＢ法）、ディップ法、バーコート法、インクジェット法、スクリーン印刷法等の製法が用いられ特に限定されない。
【００３０】
真空蒸着で有機材料層３０を形成する場合、蒸着時の基板温度は、使用する有機双安定材料によって適宜選択されるが０〜１５０℃が好ましい。また、膜厚は２０〜１５０ｎｍが好ましい。
【００３１】
スピンコート法等の塗布で有機材料層３０を形成する場合、塗布溶剤として、例えば、ハロゲン系のジクロロメタン、ジクロロエタン、クロロホルム、エーテル系のテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、エチレングリコールジメチルエーテル、芳香族のトルエン、キシレン、アルコール系のエチルアルコール、エステル系の酢酸エチル、酢酸ブチル、ケトン系のアセトン、ＭＥＫ、アセトニトリル等を用いることができる。これらの溶剤中に０．００１〜３０質量％の範囲で有機双安定材料を溶解させ、また必要に応じてバインダー樹脂を加えて塗布液とする。バインダー樹脂としては、例えば、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリビニールアルコール、ポリスチレン等が使用できる。スピンコート条件は目標膜厚に応じて適宜設定可能であるが、回転数２００〜３６００ｒｐｍの範囲が好ましい。
【００３２】
以上説明したように、本発明によれば、有機電子材料を用いた電子回路において、過大な電圧が印加されたときに素子を保護する回路保護素子を、有機薄膜プロセスによって実現することができる。
【実施例１】
【００３３】
以下、実施例を用いて、本発明の非線形素子について更に詳細に説明する。
【００３４】
実施例１
以下の手順で、図１に示すような構成の非線形素子を作成した。
【００３５】
基板１０としてガラス基板を用い、真空蒸着法により、電極層２１ａとしてアルミニウムを、有機材料層３０としてトリフェニルアミン系化合物を、電極層２１ｂとしてアルミニウムを順次連続して薄膜を形成し、実施例１の非線形素子を形成した。トリフェニルアミン系化合物としては、下記の構造式（I-２）の化合物を用いた。      
【００３６】
【化６】
2005268444.tif 000006
【００３７】
なお、電極層２１ａ、有機材料層３０、電極層２１ｂは、それぞれ、１００ｎｍ、８０ｎｍ、１００ｎｍの厚さとなるように成膜した。また、蒸着装置は拡散ポンプ排気で、３×１０-6ｔｏｒｒの真空度で行なった。また、各層の蒸着は、抵抗加熱方式により行った。
【００３８】
実施例２
有機材料層３０の厚さを３０ｎｍとした以外は実施例１と同様にして、非線形素子を作製した。
【００３９】
実施例３
有機材料層３０として、下記の構造式（I-８）の化合物を用い、各蒸着層の厚さを、電極層２１ａ、有機材料層３０、電極層２１ｂが、それぞれ１００ｎｍ、６０ｎｍ、１００ｎｍの厚さとなるようにした以外は実施例１と同様にして、非線形素子を作製した。    
【００４０】
【化７】
2005268444.tif 000007
【００４１】
実施例４
有機材料層３０として、下記の構造式（I-１）の化合物を用い、各蒸着層の厚さを、電極層２１ａ、有機材料層３０、電極層２１ｂが、それぞれ１００ｎｍ、８０ｎｍ、１００ｎｍの厚さとなるようにした以外は実施例１と同様にして、非線形素子を作製した。          
【００４２】
【化８】
2005268444.tif 000008
【００４３】
試験例
上記の実施例１〜４の非線形素子について、電流−電圧特性を室温環境で測定した。図２、３には実施例１と実施例２の測定結果を示す。
【００４４】
図１、２より、電圧が低い範囲では当該素子に流れる電圧は小さいが、ある閾値電圧で電流が急激に流れることがわかる。また、実施例１〜４における閾値電圧は、下記の表１に示す通りである。表１からわかるように、閾値電圧は、有機材料の種類や膜厚を変えることで制御が可能である。
【００４５】
【表１】
2005268444.tif 000009
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明の非線形素子は、特定の電圧で急激に抵抗が小さくなるので、電子回路における回路保護素子としても好適に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の非線形素子の一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】実施例１における非線形素子の電流−電圧特性を示す図表である。
【図３】実施例２における非線形素子の電流−電圧特性を示す図表である。
【図４】従来の回路保護素子の使用方法の一例を示す回路図である。
【符号の説明】
【００４８】
１０：基板
２０ａ：第１電極層
２０ｂ：第２電極層
３０：有機材料層
４０：回路保護素子
４１：非保護素子
【図１】
2005268444.tif 000012
【図２】
2005268444.tif 000013
【図３】
2005268444.tif 000014
【図４】
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