JP4852224B2

JP4852224B2 - 有機ｅｌ装置の製造装置

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Publication number: JP4852224B2
Application number: JP2003195296A
Authority: JP
Inventors: 隆司石井
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2002-07-30
Filing date: 2003-07-10
Publication date: 2012-01-11
Anticipated expiration: 2023-07-10
Also published as: US7078250B2; KR20040011362A; CN1487775A; TW200403005A; US20040137652A1; TWI221395B; CN100358174C; KR100546959B1; JP2004127919A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機ＥＬ装置の製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体集積回路等の微細な配線パターンを有するデバイス製造方法や、基板上に透明電極や発光層等の機能層を形成する電気光学装置の製造方法などにおいて、インクジェット方式等の液滴吐出法を用いて配線又は成膜する方法が注目されている。このような液滴吐出法による方法として、例えばインクジェット方式を用いた電気回路の製造方法に関する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。この開示されている技術は、パターン形成面にパターン形成用材料を含んだ流動体をインクジェットヘッドから吐出することによって電気回路を形成するものであり、少量多種生産に対応可能である点などにおいて大変有効である。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−２７４６７１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、通常、インクジェットヘッドから吐出される液体材料は、基板上にパターニングされる配線もしくは成膜される薄膜など、各種機能層の形成材料と、有機溶媒あるいは分散媒とを混合させて形成されるが、例えば吐出前の液体材料の保存期間が長期に及ぶと、溶媒や分散媒に起因して液体材料の形態に変化が起こることがある。具体的には、液体材料中にクラスタやイオン性不純物が生じることがある。そして、このように形態が変化し、クラスタやイオン性不純物が生じた液体材料で形成された有機ＥＬ装置等のデバイスは、初期特性や寿命特性が低下するという問題があった。
【０００５】
本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、例えばインクジェット法等の液滴吐出法を用いて有機ＥＬ装置を製造する場合に、その初期特性や寿命特性を向上させることのできる有機ＥＬ装置の製造装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明の有機ＥＬ装置の製造方法は、一対の電極間に少なくとも発光層を有してなる機能層を備えた有機ＥＬ装置の製造方法であって、基板に対して液滴吐出ヘッドより、前記機能層の形成材料を溶媒に溶解させあるいは分散媒に分散させてなる液体材料を吐出することで、前記機能層を形成する工程を含み、前記機能層を形成する工程は、前記液体材料を容器に収容し、前記容器から前記液体材料を前記液滴吐出ヘッドに供給する前に、前記液体材料に含まれているクラスタを除去し、前記クラスタが除去された液体材料を前記液滴吐出ヘッドより吐出することを特徴としている。
前記の方法によれば、液体材料を液滴吐出ヘッドに供給する前に、液体材料に含まれているクラスタを除去し、クラスタが除去された液体材料を液滴吐出ヘッドより吐出するので、液体材料中にクラスタが含まれることに起因する、有機ＥＬ装置の初期特性や寿命特性の低下を防止することが可能となり、更に、粒径の大きいクラスタに起因するノズル詰まりなどといった不具合の発生を防止しつつ安定した吐出動作を実現することができる。
なお、前記のクラスタとは、液体材料中における化学変化や物質移動、又は形状変化等により生成される固形物全般を意味する。
【０００７】
また、前記の製造方法においては、前記クラスタは、前記液体材料が濾過されることで除去されるのが好ましい。
これにより、液体材料に含まれるクラスタが効率良く除去される。
【０００８】
また、前記機能層は正孔注入層を含み、基板に対して液滴吐出ヘッドより、前記正孔注入層の形成材料を溶媒に溶解させあるいは分散媒に分散させてなる液体材料を吐出することで、前記正孔注入層を形成する工程を含み、前記正孔注入層を形成する工程は、前記液体材料を容器に収容し、前記容器から前記液体材料を前記液滴吐出ヘッドに供給する前に、前記液体材料に含まれているクラスタを除去し、前記クラスタが除去された液体材料を前記液滴吐出ヘッドより吐出することを特徴とする。
このようにすれば、例えば正孔注入層の形成材料を溶解あるいは分散させてなる液体材料としてポリエチレンジオキシチオフェン／ポリスチレンスルフォン酸（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）の分散液を用いた場合にも、これに起因して生じたクラスタを除去することにより、得られる有機ＥＬ装置の初期特性や寿命特性の低下を防止することが可能になる。
【０００９】
また、前記の製造方法においては、前記クラスタを除去する前に、前記容器内で前記液体材料を撹拌するのが好ましい。
このようにすれば、液体材料は、事前に容器内で撹拌されるので、その後、効率良く液体材料に含まれるクラスタを除去することが可能となる。
【００１０】
また、前記の製造方法においては、前記クラスタは、前記基板上に形成される機能層の形成材料が、吐出前の前記液体材料中で凝集して生成された固形物であってもよい。
このようにすれば、更に、液体材料中の機能層形成材料にクラスタが含まれることに起因する、有機ＥＬ装置の初期特性や寿命特性の低下を防止することが可能となる。
【００１１】
本発明の有機ＥＬ装置の製造方法は、一対の電極間に少なくとも発光層と正孔注入層とを有してなる機能層を備えた有機ＥＬ装置の製造装置であって、基板に対して前記機能層の形成材料を溶媒に溶解させあるいは分散媒に分散させてなる液体材料を吐出する液滴吐出ヘッドと、前記液体材料を収容し、前記液滴吐出ヘッドに接続可能に設けられた容器と、前記容器と前記液滴吐出ヘッドとの間に設けられ、前記液体材料に含まれているイオン性不純物を、機械的な濾過機能を有するイオン交換材料によってイオン交換するとともに、該液体材料に含まれているクラスタを、前記イオン交換材料によって除去する除去装置と、を備え、前記容器に収容される液体材料が、前記正孔注入層の形成材料を分散媒に分散させてなる液体材料であり、前記正孔注入層の形成材料は、３，４−ポリエチレンジオキシチオフェン／ポリスチレンスルフォン酸であり、前記正孔注入層の分散媒は、少なくともＮ−メチル−２−ピロリジノンおよび１，３−ジメチル−２−イミダゾリジノンを含み、前記除去装置は、前記クラスタを除去するフィルターを有し、前記フィルターの濾過サイズは、０．５μｍ以下であることを特徴とする。
本発明の有機ＥＬ装置の製造装置は、一対の電極間に少なくとも発光層を有してなる機能層を備えた有機ＥＬ装置の製造装置であって、基板に対して前記機能層の形成材料を溶媒に溶解させあるいは分散媒に分散させてなる液体材料を吐出する液滴吐出ヘッドと、前記液体材料を収容し、前記液滴吐出ヘッドに接続可能に設けられた容器と、前記容器と前記液滴吐出ヘッドとの間に設けられ、前記液体材料に含まれているクラスタの除去装置と、を備えることを特徴としている。
前記の装置によれば、液体材料は、液滴吐出ヘッドに接続された容器に収容され、また、容器と液滴吐出ヘッドとの間に設けられたクラスタ除去装置において、液体材料に含まれるクラスタが除去されるので、液体材料中にクラスタが含まれることに起因する、デバイスの初期特性や寿命特性の低下を防止することが可能となり、更に、粒径の大きいクラスタに起因するノズル詰まりなどといった不具合の発生を防止しつつ安定した吐出動作を実現することができる。
【００１２】
また、前記の製造装置においては、前記除去装置は、濾過装置であるのが好ましい。
このようにすれば、液体材料に含まれるクラスタを、効率良く、しかも低コストで除去することが可能となる。
【００１３】
また、前記の製造装置においては、イオン性不純物除去装置が前記容器と前記液滴吐出ヘッドとの間に設けられているのが好ましい。
このようにすれば、クラスタだけでなくイオン性不純物も除去することが可能になる。
【００１４】
また、前記の製造装置においては、前記除去装置の少なくとも一部はイオン交換体で形成されているのが好ましい。
このようにすれば、イオン性不純物についても、イオン交換体によるイオン交換によって除去することが可能になる。
【００１５】
また、前記の製造装置においては、前記容器には、撹拌装置が設けられているか、もしくは超音波装置が設けられていることが好ましい。
このようにすれば、液体材料を容器から除去装置へ移動させる前に、容器内で液体材料が撹拌され、液体材料中においてクラスタが均一に分散されるので、除去装置において、効率良くクラスタを分散させることが可能となる。
【００１６】
本発明の電子機器は、前記の製造方法によって得られた有機ＥＬ装置、あるいは前記の製造装置によって製造された有機ＥＬ装置を備えたことを特徴としている。
この電子機器によれば、初期特性や寿命特性の低下が防止された有機ＥＬ装置を備えているので、この電子機器自体も初期特性や寿命特性が良好なものとなる。
【００１７】
本発明のイオン性不純物の除去方法は、液滴吐出ヘッドから液体材料を吐出するに先立ち、前記液体材料に含まれているイオン性不純物を、イオン交換材料でイオン交換することによって除去することを特徴としている。
このイオン性不純物の除去方法によれば、液体材料に含まれているイオン性不純物をイオン交換することで除去するので、液体材料中にイオン性不純物が含まれることに起因する不都合を防止することが可能になる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について図面を参照しながら説明する。
図１は本発明の有機ＥＬ装置の製造装置の一実施形態を示す図であって、インクジェットヘッド（液滴吐出ヘッド）を有するインクジェット装置（液滴吐出装置）を示す概略斜視図である。なお、このインクジェット装置が、本発明の有機ＥＬ装置の製造装置となるものである。
【００１９】
図１において、インクジェット装置ＩＪは、ベース１２と、ベース１２上に設けられ、基板Ｐを支持するステージＳＴと、ベース１２とステージＳＴとの間に介在し、ステージＳＴを移動可能に支持する第１移動装置１４と、ステージＳＴに支持されている基板Ｐに対して所定の材料を含むインク（液体材料）を吐出可能なインクジェットヘッド２０と、インクジェットヘッド２０を移動可能に支持する第２移動装置１６と、インクジェットヘッド２０のインクの吐出動作を制御する制御装置ＣＯＮＴとを備えている。更に、インクジェット装置ＩＪは、ベース１２上に設けられている重量測定装置としての電子天秤（不図示）と、キャッピングユニット２２と、クリーニングユニット２４とを有している。また、第１移動装置１４及び第２移動装置１６を含むインクジェット装置ＩＪの動作は、制御装置ＣＯＮＴによって制御される。
【００２０】
第１移動装置１４は、ベース１２の上に設置されており、Ｙ軸方向に沿って位置決めされている。第２移動装置１６は、支柱１６Ａを用いてベース１２に対して立設されており、ベース１２の後部１２Ａにおいて取り付けられている。第２移動装置１６のＸ軸方向は、第１移動装置１４のＹ軸方向と直交する方向である。ここで、Ｙ軸方向はベース１２の前部１２Ｂと後部１２Ａ方向に沿った方向である。これに対してＸ軸方向はベース１２の左右方向に沿った方向であり、各々水平である。また、Ｚ軸方向はＸ軸方向及びＹ軸方向に垂直な方向である。
【００２１】
第１移動装置１４は、例えばリニアモータによって構成され、ガイドレール４０と、このガイドレール４０に沿って移動可能に設けられているスライダー４２とを備えている。このリニアモータ形式の第１移動装置１４のスライダー４２は、ガイドレール４０に沿ってＹ軸方向に移動して位置決め可能である。
【００２２】
また、スライダー４２はＺ軸回り（θＺ）用のモータ４４を備えている。このモータ４４は、例えばダイレクトドライブモータであり、モータ４４のロータは、ステージＳＴに固定されている。これにより、モータ４４に通電することでロータとステージＳＴとは、θＺ方向に沿って回転してステージＳＴをインデックス（回転割り出し）することができる。即ち、第１移動装置１４は、ステージＳＴをＹ軸方向及びθＺ方向に移動可能である。
【００２３】
ステージＳＴは、基板Ｐを保持し、所定の位置に位置決めするものである。また、ステージＳＴは、吸着保持装置５０を有しており、吸着保持装置５０が作動することにより、ステージＳＴの孔４６Ａを通して基板ＰをステージＳＴの上に吸着して保持する。
【００２４】
第２移動装置１６は、リニアモータによって構成され、支柱１６Ａに固定されたコラム１６Ｂと、このコラム１６Ｂに支持されているガイドレール６２Ａと、ガイドレール６２Ａに沿ってＸ軸方向に移動可能に支持されているスライダー６０とを備えている。スライダー６０は、ガイドレール６２Ａに沿ってＸ軸方向に移動して位置決め可能であり、インクジェットヘッド２０は、スライダー６０に取り付けられている。
【００２５】
インクジェットヘッド２０は、揺動位置決め装置としてのモータ６２，６４，６６，６８を有している。モータ６２を作動すれば、インクジェットヘッド２０は、Ｚ軸に沿って上下動して位置決め可能である。このＺ軸は、Ｘ軸とＹ軸に対して各々直交する方向（上下方向）である。モータ６４を作動すると、インクジェットヘッド２０は、Ｙ軸回りのβ方向に沿って揺動して位置決め可能である。モータ６６を作動すると、インクジェットヘッド２０は、Ｘ軸回りのγ方向に揺動して位置決め可能である。モータ６８を作動すると、インクジェットヘッド２０は、Ｚ軸回りのα方向に揺動して位置決め可能である。即ち、第２移動装置１６は、インクジェットヘッド２０をＸ軸方向及びＺ軸方向に移動可能に支持するとともに、このインクジェットヘッド２０をθＸ方向（Ｘ軸回り）、θＹ方向（Ｙ軸回り）、θＺ方向（Ｚ軸回り）に移動可能に支持する。
【００２６】
このように、図１のインクジェットヘッド２０は、スライダー６０において、Ｚ軸方向に直線移動して位置決め可能で、α、β、γに沿って揺動して位置決め可能であり、インクジェットヘッド２０のインク吐出面２０Ｐは、ステージＳＴ側の基板Ｐに対して正確に位置あるいは姿勢をコントロールすることができる。なお、インクジェットヘッド２０のインク吐出面２０Ｐにはインクを吐出する複数のノズルが設けられている。
【００２７】
図２はインクジェットヘッド２０を示す分解斜視図である。
図２に示すように、インクジェットヘッド２０は、ノズル２１１が設けられたノズルプレート２１０及び振動板２３０が設けられた圧力室基板２２０を、筐体２５０に嵌め込んで構成されている。このインクジェットヘッド２０の主要部構造は、図３の斜視図一部断面図に示すように、圧力室基板２２０をノズルプレート２１０と振動板２３０で挟み込んだ構造を備える。ノズルプレート２１０は、圧力室基板２２０と貼り合わせられたときにキャビティ（圧力室）２２１に対応することとなる位置にノズル２１１が形成されている。圧力室基板２２０には、シリコン単結晶基板等をエッチングすることにより、各々が圧力室として機能可能にキャビティ２２１が複数設けられている。キャビティ２２１間は側壁（隔壁）２２２で分離されている。各キャビティ２２１は、供給口２２４を介して共通の流路であるリザーバ２２３に繋がっている。振動板２３０は、例えば熱酸化膜等により構成される。振動板２３０にはインクタンク口２３１が設けられ、後述するタンク８１から流路であるパイプ８０を通して任意のインクを供給可能に構成されている。振動板２３０上のキャビティ２２１に相当する位置には、圧電体素子２４０が形成されている。圧電体素子２４０は、ＰＺＴ素子等の圧電性セラミックスの結晶を上部電極および下部電極（図示せず）で挟んだ構造を備える。圧電体素子２４０は、制御装置ＣＯＮＴから供給される吐出信号に対応して体積変化を生ずることが可能に構成されている。
【００２８】
インクジェットヘッド２０からインクを吐出するには、まず、制御装置ＣＯＮＴがインクを吐出させるための吐出信号をインクジェットヘッド２０に供給する。インクは、インクジェットヘッド２０のキャビティ２２１に流入しており、吐出信号が供給されたインクジェットヘッド２０では、その圧電体素子２４０がその上部電極と下部電極との間に加えられた電圧により体積変化を生ずる。この体積変化は振動板２３０を変形させ、キャビティ２２１の体積を変化させる。この結果、そのキャビティ２２１のノズル穴２１１からインクの液滴が吐出される。インクが吐出されたキャビティ２２１には吐出によって減ったインクが新たにタンクから供給される。
【００２９】
なお、前記のインクジェットヘッドは、圧電体素子に体積変化を生じさせてインクを吐出させる構成であったが、発熱体によりインクに熱を加えその膨張によって液滴を吐出させるようなヘッド構成であってもよい。
【００３０】
電子天秤（不図示）は、インクジェットヘッド２０のノズルから吐出されたインク滴の一滴の重量を測定して管理するために、例えば、インクジェットヘッド２０のノズルから、５０００滴分のインク滴を受ける。電子天秤は、この５０００滴のインク滴の重量を５０００の数字とノズル数で割ることにより、１ノズルあたり一滴のインク滴の重量を正確に測定することができる。このインク滴の測定量に基づいて、インクジェットヘッド２０から吐出するインク滴の量を最適にコントロールすることができる。
【００３１】
クリーニングユニット２４は、インクジェットヘッド２０のノズル等のクリーニングをデバイス製造工程中や待機時に定期的にあるいは随時に行うことができる。キャッピングユニット２２は、インクジェットヘッド２０のインク吐出面２０Ｐが乾燥しないようにするために、デバイスを製造しない待機時にこのインク吐出面２０Ｐにキャップをかぶせるものである。
【００３２】
インクジェットヘッド２０が第２移動装置１６によりＸ軸方向に移動することで、インクジェットヘッド２０を電子天秤、クリーニングユニット２４あるいはキャッピングユニット２２の上部に選択的に位置決めさせることができる。つまり、デバイス製造作業の途中であっても、インクジェットヘッド２０を、例えば電子天秤側に移動すれば、インク滴の重量を測定できる。また、インクジェットヘッド２０をクリーニングユニット２４上に移動すれば、インクジェットヘッド２０のクリーニングを行うことができる。インクジェットヘッド２０をキャッピングユニット２２の上に移動すれば、インクジェットヘッド２０のインク吐出面２０Ｐにキャップを取り付けて乾燥を防止する。
【００３３】
つまり、これら電子天秤、クリーニングユニット２４、及びキャッピングユニット２２は、ベース１２上の後端側で、インクジェットヘッド２０の移動経路直下に、ステージＳＴと離間して配置されている。ステージＳＴに対する基板Ｐの搬入作業及び搬出作業はベース１２の前端側で行われるため、これら電子天秤、クリーニングユニット２４あるいはキャッピングユニット２２により作業に支障を来すことはない。
【００３４】
本実施形態に用いられるインクは、特に有機ＥＬ装置において基板上に設けられる機能層、すなわち正孔注入層や発光層の形成材料と、有機溶媒あるいは分散媒とを混合してなる液状体の材料、すなわち液体材料である。有機溶媒あるいは分散媒としては、例えば発光層形成材料用の有機溶媒の場合、高沸点の材料が好適に用いられる。このような有機溶媒は、液体材料がインクジェットヘッド２０から吐出された後、基板に塗布された液体材料の濡れ広がりを良好にし、直ぐに蒸発するのを抑制するなどの機能を有する。また、形成材料と有機溶媒あるいは分散媒とを混合して調合されたインクは、通常、保管容器に充填された後、真空パックなどの保存処理が施され、その状態で使用時まで保管される。
【００３５】
しかしながら、インクの保存期間が長期間に及ぶと、インクの構成材料である形成材料と有機溶媒あるいは分散媒とが相互に影響し、一部の形成材料に変化が生じる。即ち、形成材料の成分である物質が液体材料中で凝集し、形成材料の構成物質と比較して形状の大きい固形物（クラスタ）が生成される。
【００３６】
従って、図１に示すように、インクジェットヘッド２０には、パイプ（流路）８０を介してインクを収容するタンク８１が接続されており、更に、延設するパイプ８０の中間部には、インク内に含まれるクラスタを除去する濾過装置（除去装置）８２が設けられている。タンク８１の上部は開口しており、パイプ８０の一端は、この開口を介してタンク８１内のインクに接続されている。
【００３７】
図４に示すように、タンク８１には、インクの撹拌装置８３が備えられている。撹拌装置８３は、例えば、タンク８１のステージとなるスターラー８４と、タンク８１のインク中に配置される撹拌子８５とから構成されている。スターラー８４は、回転数を自在に変更可能なモータ（不図示）を備えてなり、タンク８１の中心軸に対して回転方向に磁場を与え、タンク８１内の撹拌子８５を磁力により回転させて、インクを撹拌させるものである。
【００３８】
濾過装置８２は、図５に示すように、撹拌されたインクが収容される濾過容器９０と、該濾過容器９０内に設けられるフィルター９１とから構成されている。フィルター９１は、インク内に含まれるクラスタのみを除去する機能を有するものであり、濾過サイズは、０．５μｍ以下とすることが好ましく、さらには、０．２μｍ以下とすることがより好ましい。
【００３９】
次に、上述したインクジェット装置ＩＪを用いて、ステージＳＴに支持されている基板Ｐに対してインクジェットヘッド２０からインクを吐出することにより、基板Ｐ上にパターンを形成する方法について説明する。なお、ここで吐出するインクは、後述する有機ＥＬ装置における機能層、すなわち発光層あるいは正孔注入層、さらには電子注入層の形成材料を、溶媒に溶解させあるいは分散媒に分散させてなる液体材料である。
【００４０】
まず、タンク８１には、機能層の形成材料と、有機溶媒（あるいは分散媒）とを混合して調合されたインク（液体材料）が収容される。タンク８１をスターラー８４上に載置し、スターラー８４を駆動させることにより、タンク８１のインク中に配置された撹拌子８５が回転し、インクが撹拌され、インク含まれる原液と有機溶媒とは、タンク８１内で均一に分散される。
【００４１】
次いで、撹拌されたインクは、パイプ８０を通過して、濾過装置８２に備えられた濾過容器９０に収容される。撹拌後のインクを、濾過容器９０内のフィルター９１を通過させることにより、インク内にクラスタが生成されていた場合、クラスタは、フィルター９１を通過することができずに捕獲され、インクが供給された濾過容器９０内の第１の領域に留まり、凝集が生じていない原料と有機溶媒のみがフィルター９１を通過し、インクジェットヘッド２０に通ずる濾過容器９０内の第２の領域に移動する。
【００４２】
制御装置ＣＯＮＴは、インクジェットヘッド２０を駆動し、脱気されたインクをステージＳＴに支持されている基板Ｐに対して吐出する。
【００４３】
以上説明したように、インクを収容するタンク８１とインクジェットヘッド２０との間に、濾過装置８２を設けることにより、一定期間保管され、クラスタが含まれるインクを使用しても、濾過装置８２内でインク中からクラスタのみが除去される。また、タンク８１に撹拌装置８３を設けることにより、インク中に含まれる原料や有機溶媒を効率良く均一に分散させるので、濾過装置８２では、クラスタを効率良く捕獲することができる。
【００４４】
これにより、液体材料にクラスタが含まれることに起因する、有機ＥＬ装置の初期特性や寿命特性の低下を防止することが可能となり、更に、粒径の大きいクラスタに起因するノズル詰まりなどといった不具合の発生を防止しつつ安定した吐出動作を実現できる。
【００４５】
なお、本実施形態では、クラスタを除去する装置としてフィルターを備えた濾過装置としたが、インク中のクラスタを効率良く除去することができるものであれば、フィルター方式の濾過装置に限定するものではない。
また、タンク内のインクの撹拌装置として、スターラーと撹拌子を用いたが、撹拌装置もこれに限定するものではなく、例えば、超音波装置によりインクに低振動を与えて、インク中の構成材料を均一に分散させてもよい。
【００４６】
本発明の有機ＥＬ装置の製造装置、すなわちインクジェット装置（液滴吐出製造装置）ＩＪからなる製造装置は、特に有機エレクトロルミネッセンス装置（有機ＥＬ装置）における機能層の形成に好適に用いられるものである。
図６は、有機ＥＬ装置の一例を示す断面図である。図６において、有機ＥＬ装置３０１は、基板３０２と、基板３０２の一方の面側に設けられ一対の陰極（電極）３０７及び陽極（電極）３０８と、これら電極３０７、３０８間に狭持された機能層３０９と、基板３０２と機能層３０９との間に設けられた封止層３０４と、を備えて構成されたものである。機能層３０９は、本例では有機エレクトロルミネッセンス材料からなる発光層３０５と、正孔注入層３０６とからなっている。
【００４７】
ここで、図６に示す有機ＥＬ装置３０１は、発光層３０５からの発光光を基板３０２を構成する材料側から装置外部に取り出す形態であり、基板３０２は、光を透過可能な透明あるいは半透明材料に少なくとも光を透過可能な透明あるいは半透明な陽極３０８を形成したものである。本実施形態では省略してあるが、基板３０２に配線、あるいは、薄膜トランジスタを形成してあるものでもよい。光を透過可能な透明あるいは半透明材料としては、例えば、透明なガラス、石英、サファイア、あるいはポリエステル、ポリアクリレート、ポリカーボネート、ポリエーテルケトンなどの透明な合成樹脂などが挙げられる。特に、基板３０２の形成材料としては、安価なソーダガラスが好適に用いられる。
陽極３０８は、インジウム錫酸化物（Indium Tin Oxide：ＩＴＯ）等からなる透明電極であって光を透過可能なものである。
一方、基板を構成する材料と反対側から発光光を取り出す形態の場合には、基板を構成する材料は不透明であってもよく、その場合、アルミナ等のセラミック、ステンレス等の金属シートに表面酸化などの絶縁処理を施したもの、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂などを用いることができる。この場合、陽極３０８は光を透過可能でなくてもよい。
【００４８】
また、正孔注入層３０６は、特に、発光層３０５の発光効率、寿命などの素子特性を向上させる機能を有する。正孔注入層３０６を形成するための材料（形成材料）としては、例えば、ポリチオフェン誘導体、ポリピロール誘導体など、または、それらのドーピング体などが採用される。特に、３，４−ポリエチレンジオキシチオフェン／ポリスチレンスルフォン酸（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）の分散液、すなわち、分散媒としてのポリスチレンスルフォン酸に３，４−ポリエチレンジオキシチオフェンを分散させ、さらにこれを水に分散させた分散液が好適に用いられる。
【００４９】
また、正孔注入層に代えて正孔輸送層を形成しても良く、さらに正孔注入層と正孔輸送層を両方形成するようにしても良い。その場合、正孔輸送層を形成するための材料は、正孔を輸送できれば周知のどのような正孔輸送材料であっても良く、例えば、そのような材料として、アミン系、ヒドラゾン系、スチルベン系、スターバスト系などに分類される有機材料が種々知られている。正孔注入層と正孔輸送層を両方形成する場合には、例えば、正孔輸送層の形成に先立って、正孔注入層を陽極側に形成し、その上に正孔輸送層を形成するのが好ましい。このように正孔輸送層を正孔注入層とともに形成することにより、駆動電圧の上昇を制御することができるとともに、駆動寿命（半減期）を長くすることが可能となる。
【００５０】
発光層３０５の形成材料としては、低分子の有機発光色素や高分子発光体、即ち、各種の蛍光物質や燐光物質などの発光物質、Ａｌｑ３（アルミキレート錯体）などの有機エレクトロルミネッセンス材料が使用可能である。発光物質となる共役系高分子の中ではアリーレンビニレン又はポリフルオレン構造を含むものなどが特に好ましい。低分子発光体では、例えばナフタレン誘導体、アントラセン誘導体、ペリレン誘導体、ポリメチン系、キサテン系、クマリン系、シアニン系などの色素類、８−ヒドロキノリンおよびその誘導体の金属錯体、芳香族アミン、テトラフェニルシクロペンタジエン誘導体等、又は特開昭５７−５１７８１、同５９−１９４３９３号公報等に記載されている公知のものが使用可能である。陰極７はアルミニウム（Ａｌ）やマグネシウム（Ｍｇ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）等からなる金属電極である。
【００５１】
なお、陰極３０７と発光層３０５との間に、電子輸送層や電子注入層を設けることができる。電子輸送層の形成材料としては、特に限定されることなく、オキサジアゾール誘導体、アントラキノジメタンおよびその誘導体、ベンゾキノン及びその誘導体、ナフトキノンおよびその誘導体、アントラキノン及びその誘導体、テトラシアノアンスラキノジメタン及びその誘導体、フルオレノン誘導体、ジフェニルジシアノエチレン及びその誘導体、ジフェノキノン誘導体、８−ヒドロキシキノリン及びその誘導体の金属錯体等が例示される。
【００５２】
封止層３０４は、基板３０２側の外部から電極３０７，３０８を含む機能層３０９に対して大気が侵入するのを遮断するものであって、膜厚や材料を適宜選択することにより光を透過可能となっている。封止層３０４を構成する材料としては、例えばセラミックや窒化珪素、酸化窒化珪素、酸化珪素などの透明な材料が用いられ、中でも酸化窒化珪素が透明性、ガスバリア性の観点から好ましい。なお、封止層３０４の厚さは発光層３０５から射出される光の波長より小さくなるように設定されるものが好ましい（例えば０．１μｍ）。
【００５３】
図示しないが、この有機ＥＬ装置３０１はアクティブマトリクス型であり、実際には複数のデータ線と複数の走査線とが格子状に配置され、これらデータ線や走査線に区画されたマトリクス状に配置された画素毎に、スイッチングトランジスタやドライビングトランジスタ等の駆動用ＴＦＴを介して前記の機能層３０９が接続されている。そして、データ線や走査線を介して駆動信号が供給されると電極間に電流が流れ、機能層３０９の発光層３０５が発光して基板３０２の外面側に光が射出され、その画素が点灯する。
【００５４】
また、有機ＥＬ装置３０１のうち、機能層３０９を挟んで封止層３０４と反対側の表面にも、電極３０７，３０８を含む機能層３０９に対して大気が侵入するのを遮断する封止部材３１０が形成されている。
【００５５】
以上説明した有機ＥＬ装置３０１の機能層３０９、すなわち発光層３０５，正孔注入層３０６などの形成材料を、有機溶媒あるいは分散媒でインク化（液体材料化）し、このインク（液体材料）をタンク８１に収容して撹拌し、その後濾過処理を行うことにより、前述したようにノズル詰まりなどの不具合の発生を防止しつつ、初期特性や寿命特性の向上した有機ＥＬ装置３０１を製造することができる。
【００５６】
前記有機ＥＬ装置を備えた電子機器の例について説明する。
図７は、携帯電話の一例を示した斜視図である。図７において、符号１０００は携帯電話本体を示し、符号１００１は前記の有機ＥＬ装置を用いた表示部を示している。
【００５７】
図８は、腕時計型電子機器の一例を示した斜視図である。図８において、符号１１００は時計本体を示し、符号１１０１は前記の有機ＥＬ装置を用いた表示部を示している。
【００５８】
図９は、ワープロ、パソコンなどの携帯型情報処理装置の一例を示した斜視図である。図９において、符号１２００は情報処理装置、符号１２０２はキーボードなどの入力部、符号１２０４は情報処理装置本体、符号１２０６は前記の有機ＥＬ装置を用いた表示部を示している。
【００５９】
図７〜図９に示す電子機器は、前記実施の形態の有機ＥＬ装置を表示部として備えているので、これら電子機器自体も、特にその表示部の初期特性や寿命特性が良好なものとなる。
【００６０】
次に、インク（液体材料）に濾過処理を施した場合の効果を確認するための実験及び結果について説明する。
まず、有機ＥＬ装置の正孔注入層を形成するべく、ＩＴＯ基板上に、機能層（正孔注入層）の形成材料をＰＥＤＯＴ／ＰＳＳとしたインク（液体材料）を成膜し、更にこの膜上にアルミニウム層を形成した。組成比の異なるインクを２種類使用して、インクの保存期間に対する素子の初期抵抗値と、駆動寿命を確認した。
【００６１】
インクに含まれる有機溶媒は、ＮＭＰ（Ｎ−メチル−２−ピロリジノン）と、ＤＭＩ（１，３−ジメチル−２−イミダゾリジノン）の２種類を採用した。また、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳにおけるＰＥＤＯＴとＰＳＳの混合比は、１：２０と設定した。インクの組成比は、第１のインク（以下、ＰＥＤＯＴ１と表記する）をＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ：ＮＭＰ：ＤＭＩ＝２２．４：２７．６：５０とし、第２のインク（以下、ＰＥＤＯＴ２と表記する）をＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ：ＮＭＰ：ＤＭＩ＝１４：２２：５０と設定した。
【００６２】
図１０に示すように、インクを生成した後の保存期間が長期間になるにつれて、ＰＥＤＯＴ１、２は、ともに素子の初期抵抗値が上昇することがわかる。更に、図１１に示すように、インクの保存期間が長期間になるにつれて、ＰＥＤＯＴ１、２は、ともに素子の寿命が低下することがわかる。これは、一部のＰＥＤＯＴ／ＰＳＳから、ＰＳＳと水分とが有機溶媒のＮＭＰとＤＭＩ中に溶解し、成分が溶解したＰＥＤＯＴ／ＰＳＳが凝集したクラスタが発生したことに起因して、原料全体の成分構成が変化したことを意味する。
【００６３】
次に、前記のＰＥＤＯＴ１、２に対して濾過処理を行うことにより、インク中に生成されたクラスタを除去した。濾過装置に備えたフィルターの濾過サイズは、０．２μｍである。
【００６４】
図１２に示すように、濾過容器９０内の撹拌後のインクが流入する領域１００において、生成されたクラスタは、フィルター９１で捕獲される。そして、ＰＳＳと水分とを溶解していない、正常なＰＥＤＯＴ／ＰＳＳは、フィルター９１を通過して、インクジェットヘッド２０に接続される領域１０１に移動することができる。
【００６５】
これにより、保存期間が２５日目のＰＥＤＯＴ１及びＰＥＤＯＴ２を用いて形成された膜の初期抵抗値は、ＰＥＤＯＴ２とＰＥＤＯＴ１とを比較すると初期抵抗値が約２３分の１となった。特に、駆動寿命は、インクの撹拌と濾過処理を施すことによって、約５倍に向上した。
【００６６】
次に、本発明のイオン性不純物の除去方法について説明する。この方法は、特に前記のインクジェット装置ＩＪのインクジェットヘッド２０から液体材料、例えば前述したような有機ＥＬ装置３０１における機能層３０９の形成材料を含む液体材料を吐出するに先立って行われる方法である。
すなわち、この方法では、前記液体材料に含まれているイオン性不純物を、イオン交換材料でイオン交換することによって除去するようにした方法である。
【００６７】
イオン性不純物としては、カチオン（陽イオン）やアニオン（陰イオン）があり、処理対象となる液体材料に応じてイオン交換材料が適宜に選択され用いられる。なお、カチオンとしては各種の金属イオンが挙げられ、具体的には周期律表Ｉａ族、ＩＩａ族、ＶＩａ族、ＶＩＩａ族、およびＩＩｂ族に属する金属のイオンが挙げられる。また、アニオンとしては、硫酸イオン（ＳＯ_４ ^２−）、ギ酸イオン（ＨＣＯ_２ ⁻）、シュウ酸イオン（Ｃ_２Ｈ_４ ^２−）、酢酸イオン（ＣＨ_３ＣＯＯ⁻）等の無機イオンおよび有機イオンが挙げられる。
【００６８】
イオン交換材料としては、イオン交換樹脂や無機イオン交換材料が用いられ、さらには機械的な濾過機能をも有するイオン交換材料も好適に用いられる。
イオン交換樹脂として、特にカチオン除去用のもの、すなわち陽イオン交換樹脂としては、例えば、強酸性イオン交換樹脂、弱酸性イオン交換樹脂、重金属を選択的に除去し得るキレート樹脂等があり、これらは、例えばスチレン系、メタクリル系、アクリル系等の各種ポリマーの主鎖に、−ＳＯ_３Ｍ、−ＣＯＯＭ、−Ｎ＝（ＣＨ_２ＣＯＯ）_２Ｍ等の各種の官能基が導入されてなるものである。なお、官能基については、陽イオン交換樹脂の種類等に応じて適宜に選択される。
【００６９】
一方、アニオン除去用のもの、すなわち陰イオン交換樹脂としては、例えば、最強塩基性陰イオン交換樹脂、強塩基性陰イオン交換樹脂、中塩基性陰イオン交換樹脂、弱塩基性陰イオン交換樹脂等があり、これらは、例えばスチレン系、アクリル系等の各種ポリマーの主鎖に、第４級アンモニウム塩基、第３級アミン等の各種の官能基が導入されてなるものである。なお、官能基は、陰イオン交換樹脂の種類等に応じて適宜に選択される。
【００７０】
これらイオン交換樹脂は、繊維状、あるいはこの繊維からなる織布、不織布、さらには粒状のものや各種の形状に成形されてなる成形体として用いられ、繊維状のものや織布、不織布からなるフィルター状のもの、さらには粒状のものなどは、例えば図１に示したインクジェット装置ＩＪにおいて、特に図５に示した濾過装置８２にフィルター９１に代えて充填され、用いられる。このようにフィルター９１に代えてイオン交換樹脂を充填することにより、この濾過装置８２は、イオン性不純物除去装置として機能するようになる。
【００７１】
すなわち、例えば有機ＥＬ装置の機能層形成材料、例えば正孔注入層の形成材料や発光層形成材料を有機溶媒に溶解し、あるいは分散媒に分散させてなる液体材料をこのイオン性不純物除去装置（濾過装置８２）に通過させることにより、この液体材料中のイオン性不純物、例えば発光層形成材料や正孔注入層形成材料に由来する金属イオンや、正孔注入層の形成材料である（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）中のポリスチレンスルフォン酸に由来する硫酸イオン（ＳＯ_４ ^２−）をイオン交換し、除去することができる。
【００７２】
また、無機イオン交換材料は、金属酸化物など金属塩からなるもので、陽イオンを吸着してイオン交換するタイプと陰イオンを吸着してイオン交換するタイプと、陽イオン、陰イオンを共に吸着してイオン交換するタイプとがある。
陽イオンをイオン交換するタイプの無機イオン交換材料としては、五酸化アンチモン（Ｓｂ_２Ｏ_５）の水和物（例えば、東亜合成株式会社製のＩＸＥ［登録商標］−３００）やリン酸チタン（例えば、東亜合成株式会社製のＩＸＥ［登録商標］−４００）、リン酸ジルコニウム（例えば、東亜合成株式会社製のＩＸＥ［登録商標］−１００）などがある。特に、五酸化アンチモンの水和物はＮａイオンに対する吸着選択性が高いことから、前記正孔注入層の形成材料（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）を含有した液体材料に対する無機イオン交換材料として、好適とされる。なぜなら、正孔注入層形成材料にはイオン性不純物としてＮａイオンが多く含有されているからである。
【００７３】
また、陰イオンをイオン交換するタイプの無機イオン交換材料としては、含水酸化ビスマス（例えば、東亜合成株式会社製のＩＸＥ［登録商標］−５００）や水酸化リン酸鉛（例えば、東亜合成株式会社製のＩＸＥ［登録商標］−１０００）などがある。特に含水酸化ビスマスは、硫酸イオン（ＳＯ_４ ^２−）に対する吸着選択性が高いことから、前記正孔注入層の形成材料（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）を含有した液体材料に対する無機イオン交換材料として、前記五酸化アンチモンの水和物とともに好適に用いられる。すなわち、前記正孔注入層形成材料は、分散媒としてポリスチレンスルフォン酸を用いていることから、特にＮａイオンが前記五酸化アンチモンの水和物にイオン交換されると、これによって硫酸イオンが遊離するからである。
【００７４】
また、陽イオン、陰イオンを共に吸着してイオン交換するタイプとしては、酸化ジルコニウムや含水酸化ジルコニウム、含水酸化チタン、さらにはアンチモン、ビスマス系のもの（例えば、東亜合成株式会社製のＩＸＥ［登録商標］−６００やＩＸＥ［登録商標］−６３３）などがある。このようなタイプのものを用いれば、前述した本来の正孔注入／輸送層形成材料中に含まれるＮａイオンをイオン交換すると同時に、遊離した硫酸イオンをイオン交換することも期待することができる。
【００７５】
これら無機イオン交換材料は粒状または粉末状のものであり、先のイオン交換樹脂の場合と同様に、図１に示したインクジェット装置ＩＪにおいて、特に図５に示した濾過装置８２にフィルター９１に代えて充填され、用いられる。このようにフィルター９１に代えて無機イオン交換材料を充填することにより、この濾過装置８２は、先のイオン交換樹脂の場合と同様に、イオン性不純物除去装置として機能するようになる。
【００７６】
また、これらイオン交換樹脂や無機イオン交換樹脂は、イオン交換能を有し、したがってイオン性不純物を選択的に除去するようになっているものの、固形物、例えば前記のクラスタを機械的に濾過する機能は有していない。そこで、特にこのイオン性不純物の除去方法をデバイスの製造方法、例えば有機ＥＬ装置の製造方法に適用すべく、前記の図１に示したインクジェット装置ＩＪに用いる場合、前述したようにフィルター９１に代えてイオン交換材料（イオン交換樹脂や無機イオン交換材料）を充填した濾過装置８２を用いると同時に、フィルター９１を充填した濾過装置８２も用いることで、クラスタとイオン性不純物との両方を除去するのが好ましい。
【００７７】
具体的には、図１３に示すようにタンク８１にフィルター９１を充填した濾過装置８２をパイプ８０で接続し、さらにこの濾過装置８２に、フィルター９１に代えてイオン交換材料（イオン交換樹脂や無機イオン交換材料）を充填したイオン性不純物除去装置８２ａをパイプ８０で接続することにより、クラスタとイオン性不純物との両方を除去することができる。すなわち、タンク８１に貯留した液体材料（機能層形成材料を含有してなる液体材料）に対して、その中に含まれるクラスタ等の固形物を濾過装置８２で機械的に濾過し、さらにイオン性不純物除去装置８２ａでイオン性不純物も除去することにより、十分に精製された液体材料を形成することができる。したがって、この液体材料をインクジェットヘッド２０から吐出することにより、良好な機能層を形成することができ、これによりクラスタやイオン性不純物といった不純物に起因して機能層の機能が低下するのを防止することができる。
【００７８】
なお、フィルター９１を充填した濾過装置８２において、フィルター９１の上側またはその下側にイオン交換材料（イオン交換樹脂や無機イオン交換材料）を設けることにより、一つの濾過装置８２にイオン性不純物の除去機能も付加することができる。したがって、これを用いても良好な機能層を形成することができ、これによりクラスタやイオン性不純物といった不純物に起因して機能層の機能が低下するのを防止することができる
【００７９】
また、イオン交換材料としては、前記のイオン交換樹脂や無機イオン交換材料に代えて、機械的な濾過機能を有するイオン交換材料を用いることもできる。この濾過機能を有するイオン交換材料としては、例えばポリエチレン多孔質膜にカチオン交換基あるいはアニオン交換基を化学的に修飾したフィルターが用いられ、具体的には日本ポール株式会社製のイオンクリーン［商品名］などが好適に用いられる。このものは、ポリエチレン膜の微細な孔内部にイオン交換基を修飾したもので、対流支援効果により、液体材料中からイオン性不純物となる金属イオンを迅速に除去するものである。
【００８０】
また、セルロース繊維、酸洗浄済み珪藻土およびレジンからなるものや、さらにこれらに強イオン交換樹脂を含有させてなるものを用いることができる。その場合、具体的には日本ポール株式会社製のイオンクリーン［商品名］などが好適に用いられる。
これらイオン交換材料、すなわち機械的な濾過機能を有するイオン交換材料にあっては、これを図１に示したインクジェット装置ＩＪにおいて、特に図５に示した濾過装置８２にフィルター９１に代えて充填し、用いることができる。このようにフィルター９１に代えて濾過機能を有するイオン交換材料を充填することにより、この濾過装置８２は、単にイオン性不純物除去装置として機能するだけでなく、クラスタ等の固形物を機械的に濾過する機能を有したものとなる。
【００８１】
したがって、この濾過装置８２（フィルター９１に代えて機械的な濾過機能を有するイオン交換材料を充填したもの）に液体材料、例えば前記の有機ＥＬ装置の機能層形成材料を含有した液体材料を通過させることにより、この液体材料中のイオン性不純物はもちろん、クラスタ等の固形物も同時に除去することができる。よって、この液体材料をインクジェットヘッド２０から吐出することにより、良好な機能層を形成することができ、これによりクラスタやイオン性不純物といった不純物に起因して機能層の機能が低下するのを防止することができる。
【００８２】
なお、前記実施形態では、本発明のイオン性不純物の除去方法を特に有機ＥＬ装置における機能層（発光層、正孔輸送層）の形成に適用する場合について述べたが、本発明はこれに限定されることなく、液晶装置や半導体装置など種々のデバイスにおける各種機能層の形成材料や、さらには各種の薬品など、液滴吐出ヘッドから吐出される全ての液体材料に対する精製に適用することができる。
【００８３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の有機ＥＬ装置の製造方法は、液体材料を液滴吐出ヘッドに供給する前に、液体材料に含まれているクラスタを除去し、クラスタが除去された液体材料を液滴吐出ヘッドより吐出するようにした方法であるから、液体材料中にクラスタが含まれることに起因する、有機ＥＬ装置の初期特性や寿命特性の低下を防止することができ、したがって信頼性の高い有機ＥＬ装置を提供することができる。
【００８４】
また、本発明のイオン性不純物の除去方法は、液滴吐出ヘッドから液体材料を吐出するに先立ち、前記液体材料に含まれているイオン性不純物を、イオン交換材料でイオン交換することによって除去するようにした方法であるから、液体材料中にイオン性不純物が含まれることに起因する不都合を防止することができ、したがってこの液体材料から形成する要素のイオン性不純物に起因する機能低下を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の製造装置の一実施形態を示す概略斜視図である。
【図２】インクジェットヘッドの分解斜視図である。
【図３】インクジェットヘッドの主要部の斜視図一部断面図である。
【図４】タンク近傍の拡大斜視図である。
【図５】濾過装置近傍の拡大斜視図である。
【図６】有機ＥＬ装置を示す概略断面図である。
【図７】有機ＥＬ装置が搭載された電子機器を示す図である。
【図８】有機ＥＬ装置が搭載された電子機器を示す図である。
【図９】有機ＥＬ装置が搭載された電子機器を示す図である。
【図１０】本発明の製造方法の効果を確認するための測定結果を示す図である。
【図１１】本発明の製造方法の効果を確認するための測定結果を示す図である。
【図１２】濾過装置におけるクラスタの除去を説明する概念図である。
【図１３】イオン性不純物除去装置を用いた例を示す図である。
【符号の説明】
２０…インクジェットヘッド（液滴吐出ヘッド）、８１…タンク（容器）、
８２…濾過装置、８２ａ…イオン性不純物除去装置、８３…撹拌装置、
３０１…有機ＥＬ装置、３０５…発光層、３０６…正孔注入層、
ＩＪ…インクジェット装置（液滴吐出装置、製造装置）

Claims

一対の電極間に少なくとも発光層と正孔注入層とを有してなる機能層を備えた有機ＥＬ装置の製造装置であって、
基板に対して前記機能層の形成材料を溶媒に溶解させあるいは分散媒に分散させてなる液体材料を吐出する液滴吐出ヘッドと、
前記液体材料を収容し、前記液滴吐出ヘッドに接続可能に設けられた容器と、
前記容器と前記液滴吐出ヘッドとの間に設けられ、前記液体材料に含まれているイオン性不純物を、機械的な濾過機能を有するイオン交換材料によってイオン交換するとともに、該液体材料に含まれているクラスタを、前記イオン交換材料によって除去する除去装置と、
を備え、
前記容器に収容される液体材料が、前記正孔注入層の形成材料を分散媒に分散させてなる液体材料であり、
前記正孔注入層の形成材料は、３，４−ポリエチレンジオキシチオフェン／ポリスチレンスルフォン酸であり、
前記正孔注入層の分散媒は、少なくともＮ−メチル−２−ピロリジノンおよび１，３−ジメチル−２−イミダゾリジノンを含み、
前記除去装置は、前記クラスタを除去するフィルターを有し、前記フィルターの濾過サイズは、０．５μｍ以下であることを特徴とする有機ＥＬ装置の製造装置。
前記容器には、撹拌装置が設けられていることを特徴とする請求項１記載の有機ＥＬ装置の製造装置。
前記容器には、超音波装置が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載に有機ＥＬ装置の製造装置。