JP2015125808A

JP2015125808A - 表示装置

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Publication number: JP2015125808A
Application number: JP2013267376A
Authority: JP
Inventors: 松浦　利幸; Toshiyuki Matsuura; 利幸松浦
Original assignee: Samsung Display Co Ltd
Current assignee: Samsung Display Co Ltd
Priority date: 2013-12-25
Filing date: 2013-12-25
Publication date: 2015-07-06
Also published as: KR20150075353A; US9293727B2; US20150179974A1

Abstract

【課題】補助電極と上部電極との新たな電気的な接続を提供する。【解決手段】基板１０１の上に形成された下部電極１１１と、基板の上に下部電極と離隔して形成された補助電極１１２と、下部電極の上に形成された発光膜１１６を内部に含み、さらに補助電極の上にも形成された有機材料膜１１５、１１８と、有機材料膜の上に形成された上部電極１１９と、補助電極と上部電極との間に配置されたＣＧＬ材料によるＣＧＬ材料膜１１７と、を有し、ＣＧＬ材料膜と補助電極および上部電極のいずれかまたは両方との間に有機材料膜が介在する有機ＥＬ表示装置。【選択図】図２

Description

本発明は、表示装置などに関する。特に、有機ＥＬ素子を用いる有機ＥＬ表示装置に関し、補助電極を有する有機ＥＬ表示装置に関する。

有機ＥＬ（ＥｌｅｃｔｒｏＬｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）素子を用いる有機ＥＬ表示装置は、液晶素子を使用する表示装置に比べて、より薄型化が可能であり、色の再現性も優れており、近年開発が進められている。有機ＥＬ表示装置においては、高採精化のためには、ＴＦＴ（ＴｈｉｎＦｉｌｍＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）基板の上方に光を出射するトップエミッション構造が有利と考えられている。

トップエミッション構造を採用する場合には、有機ＥＬ膜の上に形成する上部電極は、光を透過する必要がある。このような光を透過する材料は、一般には、電気抵抗が高く、電位勾配が生じ易い。このため画質が劣化し易いこととなる。

このような電位勾配を解消するために、例えば特許文献１および２に開示されているように、補助電極が使用される。すなわち、特許文献１は、有機ＥＬ膜上に補助電極用の低抵抗配線をパターニングする技術を、開示している。特許文献２は、レーザーアブレーションにより補助電極と上部電極とを接続するためのコンタクトを形成する技術を、開示している。

特開２００１−２３００８６号公報特開２００５−０１１８１０号公報

しかしながら、特許文献１が開示するように有機ＥＬ膜の上に低抵抗配線をパターニングすることは困難であるため、表示装置の大型化および高採精化が困難となり、また、歩留まりの低下が発生する。また、特許文献２が開示するようにレーザーアブレーションを行うには、精密なレーザー照射の位置制御が必要であり、また、レーザーアブレーションにより蒸発した材料の再付着などが発生し、ＳｉＮ（窒化珪素）などによる封止や光の取出し性の向上が阻害されることがある。

そこで、本発明の目的の一つとして、補助電極と上部電極との新たな電気的な接続についての開示を、行う。

本発明の一実施形態として、下部電極、補助電極、有機材料膜、上部電極、ＣＧＬ材料膜を有する有機ＥＬ表示装置を提供する。前記下部電極は、基板の上に形成されている。前記補助電極は、前記基板の上に前記下部電極と離隔して形成されている。前記有機材料膜は、前記下部電極の上に形成された発光膜を内部に含む。また、前記有機材料膜は、さらに補助電極の上にも形成されている。前記上部電極は、前記有機材料膜の上に形成されている。前記ＣＧＬ材料膜は、前記補助電極と前記上部電極との間に配置されたＣＧＬ材料により形成されている。また、前記ＣＧＬ材料膜と前記補助電極および前記上部電極のいずれかまたは両方との間に前記有機材料膜が介在している。

本発明によれば、補助電極と上部電極との安定的な接続を実現する有機ＥＬ表示装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る表示装置の模式的な上面図である。本発明の一実施形態に係る表示装置の有機ＥＬ素子の断面図である。（ａ）本発明の一実施形態に係る表示装置の有機ＥＬ素子の製造方法を説明する断面図である。（ｂ）本発明の一実施形態に係る表示装置の有機ＥＬ素子の製造方法を説明する断面図である。（ａ）本発明の一実施形態に係る表示装置の有機ＥＬ素子の製造方法を説明する断面図である。（ｂ）本発明の一実施形態に係る表示装置の有機ＥＬ素子の製造方法を説明する断面図である。（ａ）本発明の一実施形態に係る表示装置の有機ＥＬ素子の製造方法を説明する断面図である。（ｂ）本発明の一実施形態に係る表示装置の有機ＥＬ素子の製造方法を説明する断面図である。

以下に、図面を参照しながら本発明を実施するための形態について説明する。なお、図面においては、長さ、厚さなどの寸法を実際のものよりも誇張して示す場合がある。また、本発明は以下に説明する形態に限定されることはなく、種々に変形を加えて実施することも可能である。

（実施形態１）
図１は、本発明の一実施形態に係る表示装置の模式的な上面図である。画素１３−１、１３−２、１４−１、１４−２がマトリクスの形状に配置されている。それぞれの画素１３−１、１３−２、１４−１、１４−２は、データ線１０−１、１０−２のいずれかとゲート線１１−１、１１−２のいずれかとの交点に対応して配置されている。それぞれのゲート線１１−１、１１−２のそれぞれは、スイッチング素子である例えばＴＦＴのゲート電極に接続され、データ線１０−１、１０−２に供給されるデータ信号をそれぞれの画素１３−１、１３−２、１４−１、１４−２の有機ＥＬ素子に選択的に供給する。

また、図１において、ゲート線１１−１、１１−２と並行に補助配線１２−１、１２−２も配置されている。ただし、補助配線１２−１、１２−２は、データ線１０−１、１０−２に平行して配置されていてもよい。

図２は、図１のＩ−Ｉ断面線における本発明の一実施形態に係る表示装置の有機ＥＬ素子を中心として示す断面図である。有機ＥＬ素子は、基板１０１上に形成される層１０２に形成される。

図２において、基板１０１は、ベース基板１０３の上にバリア膜１０４が形成され、また、ＴＦＴなどのスイッチング素子が形成される位置に、絶縁膜１０５が形成される。絶縁膜１０５の上には、ゲート電極１０６が配置され、データ線に接続される電極１０９と有機ＥＬ素子に接続される電極１０８との電気的接続が制御される。

バリア膜１０４の上およびスイッチング素子を取り囲むように第２の絶縁膜１０７が形成され、さらに平坦化膜１１０が配置されている。

基板１０１の上には、電極１０８に接続される下部電極１１１が配置される。また、基板１０１の上には、補助配線に接続される補助電極１１２が配置される。ここに、補助電極１１２は、下部電極１１１と離隔して配置される。また、下部電極１１１および補助電極１１２を取り囲む画素分離用の絶縁膜１１３が形成されている。画素分離用の絶縁膜１１３により覆われていない下部電極１１１の部分が画素の開口部分となる。

少なくとも下部電極１１１の上部には、第１の有機材料膜１１５が形成される。なお、図２においては、第１の有機材料膜１１５は、下部電極１１１、補助電極１１２および画素分離用の絶縁膜１１３を覆っている。言い換えると、下部電極１１１の上に配置された第１の有機材料膜１１５の一部が、補助電極１１２の上にも配置されている。

下部電極１１１がアノード電極となる場合には、第１の有機材料膜１１５は、後に説明する発光膜１１６へ正孔を輸送する材料により形成される。例えば、ＮＰＢ（Ｎ，Ｎ’−ジ（１−ナフチル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルベンジジン）などを用いることができる。また、正孔を輸送する材料として複数の材料が使用され、それぞれの材料により形成される膜が複数枚重なって第１の有機材料膜を形成することもできる。

第１の有機材料膜１１５の上には、有機ＥＬ素子が発光する色に応じた発光膜１１６が形成される。したがって、発光膜１１６は、第１の有機材料膜１１５を介して下部電極１１１の上に形成される。発光膜１１６は、第１の有機材料膜１１５および後に説明する第２の有機材料膜１１８から供給される正孔および電子が結合することにより発光する。

また、補助電極１１２の上には、ＣＧＬ（ＣａｒｒｉｅｒＧｅｎｅｒａｔｉｏｎＬａｙｅｒ）材料により形成されるＣＧＬ材料膜１１７が形成される。ＣＧＬ材料は、キャリア（正孔および／または電子）を発生することができる材料である。ＭｏＯ_３、ＭｏＯ_３およびＭｇの組合せ、Ｖ_２Ｏ_５、ＨＡＴ−ＣＮ（１，４，５，８，９，１２−ヘキサアザトリフェニレンヘキサカルボニトリル）、ＡｌおよびＬｉＦの組合せをＧＣＬ材料の例として挙げることができる。

図２においては、発光膜１１６とＣＧＬ材料膜１１７とが一部重なっている。しかし、本発明においては、この重なりは本質的なものではなく、発光膜１１６とＣＧＬ材料膜１１７とが分離して互いに離隔して配置されていてもよい。

また、図２においては、ＣＧＬ材料膜１１７と補助電極１１２との間に第１の有機材料膜１１５が配置されている。しかし、本発明においては、ＣＧＬ材料膜１１７が補助電極１１２に直接接触して配置されていてもよい。

発光膜１１６およびＣＧＬ材料膜１１７の上には、第２の有機材料膜１１８が形成されている。上述したように下部電極１１１がアノード電極となる場合には、第２の有機材料膜１１８は、電子を発光膜１１６へ輸送する材料により形成される。また、第２の有機材料膜１１８は、例えば電子を注入するための材料を組み合わせることによるなどして、複数の層により形成することもできる。

なお、図２においては、第２の有機材料膜１１８は、発光膜１１６、ＣＧＬ材料膜１１７および第１の有機材料膜１１６を覆って配置されている。言い換えると、第２の有機材料膜１１８の一部がＣＧＬ材料膜１１７を覆っている。しかし、本発明の一実施形態においては、すくなくとも発光膜１１６の上に第２の有機材料膜１１８が配置されていればよい。したがって、第２の有機材料膜１１８がＣＧＬ材料膜１１７の上または下に配置されていなくてもよい。また、ＣＧＬ材料膜１１７は、第１の有機材料膜１１５および第２有機材料膜１１８のいずれか一方以上と直接接して配置されている。

第２の有機材料膜１１８の上には、上部電極１１９が配置されている。トップエミッション型の有機ＥＬ素子においては、上部電極１１９は、発光膜１１６により生成された光が透過する材料により、形成される。例えば、ＩＴＯ（ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄｅ）を用いることができる。

第１の有機材料膜１１５および第２有機材料膜１１８を一体化した有機材料膜とみなした場合、その有機材料膜は、下部電極１１１の上に形成された発光膜１１６を含む。また、その有機材料膜は、補助電極１１２の上にも形成されている。そして、その有機材料膜の一部を介して、補助電極１１２と上部電極１１９との間にＣＧＬ材料膜１１７が形成されている。

したがって、以上説明した本発明の一実施形態においては、補助電極１１２と上部電極１１９との間にＣＧＬ材料膜１１７が配置されている。また、ＣＧＬ材料膜１１７は、下部電極の上に配置された発光膜１１６を内部に含む有機材料膜である第１の有機材料膜および第２有機材料膜のいずれか一方以上と接して配置されている。すなわちＣＧＬ材料膜１１７と補助電極１１２および上部電極１１９のいずれかまたは両方との間に第１の有機材料膜１１５および第２の有機材料膜１１８のいずれかまたは両方が介在している。言い換えると、（１）補助電極１１２、第１の有機材料膜１１５、ＣＧＬ材料膜１１７、第２の有機材料膜１１８および上部電極１１９の順に積層されている場合、（２）補助電極１１２、ＣＧＬ材料膜１１７、第２の有機材料膜１１８および上部電極１１９の順に積層されている場合、（３）補助電極１１２、第１の有機材料膜１１５、ＣＧＬ材料膜１１７および上部電極１１９の順に積層されている場合、（４）補助電極１１２、第２の有機材料膜１１８、ＣＧＬ材料膜１１７および上部電極１１９の順に積層されている場合、（５）補助電極１１２、ＣＧＬ材料膜１１７、第１の有機材料膜１１５および上部電極１１９の順に積層されている場合がある。このため、ＣＧＬ材料膜１１７により発生したキャリアにより、補助電極１１２と上部電極１１９との間の電気的な接続が実現されることとなる。

第１の有機材料膜１１５および第２の有機材料膜１１８は、絶縁性を有するために、従来の技術においては、レーザーアブレーションなどにより、補助電極１１２と上部電極１１９とを電気的に接続するためのコンタクトを形成したり、第１の有機材料膜１１５上に補助配線を形成したりする必要がある。しかし、以上説明した本発明の一実施形態においては、ＣＧＬ材料膜１１７を用いているので、第１の有機材料膜１１５、第２の有機材料膜１１８および発光膜１１６の形成の一連の工程の中においてＣＧＬ材料膜１１７を形成することができる。これにより、補助電極１１２と上部電極１１９との接続を、工程の増大、コストの増大、歩留まりの低下を伴うことなく、実現することができる。

（実施形態２）
以下、本発明の一実施形態に係る有機ＥＬ素子の製造方法について説明する。

図３（ａ）を参照すると、例えば画素ピッチ３１８マイクロメートルのトップエミッション型の有機ＥＬ表示装置の基板１０１を、低温ポリシリコンＴＦＴを用いて、形成する。ＴＦＴと下部電極１１１とはスルーホールを形成して接続させ、その他の部分は、例えばポリイミドの平坦化膜１１０（膜厚は例えば２マイクロメートル）で形成する。下部電極１１１と補助電極１１２は互いに離隔して基板１０１の上に形成され、下部電極１１１と補助電極１１２は、例えば銀合金（膜厚１５０ナノメートル）／ＩＴＯ（膜厚２０ナノメートル）による積層電極膜を同一レイヤーにおいてパターン形成することができる。

次に、図３（ｂ）に示すように、絶縁膜１１３を形成する。ただし、絶縁膜１１３は、下部電極１１１の上の部分を除いて形成される。絶縁膜１１３の形成が除かれる下部電極１１１の上の部分は、画素の開口部分となる。また、絶縁膜１１３は、補助電極１１２の上の部分も除いて形成される。絶縁膜１１３の形成が除かれる補助電極１１１の上の部分は、後に形成される上部電極との接続部分となる。このとき、補助電極１１２と上部電極との接続部分は、１画素について１か所形成することができる。ただし、本発明においては、補助電極１１２と上部電極との接続部分は、１画素について複数個所形成してもよい。また、一部の画素については、補助電極１１２と上部電極との接続部分が存在しないようにすることもできる。

このようにして製造された基板に、必要に応じて酸素プラズマ処理を行うこともでき、その後、図４（ａ）に示すように、画素部分に第１の有機材料膜１１５として、例えばｍ−ＭＴＤＡＴＡ（４、４'，４''−トリス（３−メチルフェニルフェニルアミノ）トリフェニルアミン）（膜厚５０ナノメートル）およびＮＰＢ（Ｎ，Ｎ’−ジ（１−ナフチル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルベンジジン）（膜厚７０ナノメートル）を真空蒸着法により積層して形成する。このとき、第１の有機材料膜１１５は、表示装置の有効画面内全面を覆うように形成することができる。特に、下部電極１１１と補助電極１１２とを覆うように形成することができる。また、補助電極に接続する補助配線の通電用パッドおよびＴＦＴのカソードと上部電極との接続部分を、エリアマスクによって第１の有機材料膜１１５により覆われないようにする。以下においても、これらのパッドおよび部分は他の膜によって覆われないようにする。

次に、図４（ｂ）に示すように、画素の開口部分に発光膜１１６として、ＡＤＮ（9,10-ジ(2-ナフチル)アントラセン）へＴＰＢ（ＴｅｔｒａＰｈｅｎｙｌＢｕｔａｄｉｅｎｅ）が３ｖｏｌｕｍｅ％の割合で混合されるようにそれぞれの成膜速度を調整し、３０ナノメートルの膜厚となるように例えば真空蒸着法を用いて形成する。また、ＭｏＯ_３（膜厚は例えば１０ナノメートル）／Ｍｇ（膜厚は例えば２０ナノメートル）の化合物／材料により形成されるＣＧＬ材料膜１１７を、補助電極１１２の上の上部電極との接続部分に真空蒸着法により積層形成する。

次に、図５（ａ）に示すように、第２の有機材料膜１１８として例えばＡｌｑ３（トリス−（８−ヒドロキシキノリナト）アルミニウム）を３０ナノメートルの膜厚にて真空蒸着法により形成し、図５（ｂ）に示すように、上部電極１１９として例えばＭｇ：Ａｇ＝１０：１の材料を１２ナノメートルの膜厚となるように真空蒸着法により形成する。

最後に、窒素雰囲気下で透明封止ガラスを用いて紫外線硬化樹脂により封止を行う。

（実施例１）
実施形態２として説明した製造方法において例示した材料および膜厚により、画素ピッチが３１８マイクロメートルであり１０ｘ１０の画素数の有機ＥＬ表示装置を作成したところ、３ｍＡの電流で駆動電圧１０．０５Ｖ、発光効率４．５ｃｄ／Ａを得ることができた。

（実施例２）
実施形態２として説明した製造方法において例示した材料および膜厚のうち、１０ナノメートルの膜厚のＭｎＯ_３に代えて、７ナノメートルの膜厚のＶ_２Ｏ_５を使用して画素ピッチが３１８マイクロメートルであり１０ｘ１０の画素数の有機ＥＬ表示装置を作成したところ、３ｍＡの電流で駆動電圧１０．０５Ｖ、発光効率４．５ｃｄ／Ａを得ることができた。

（実施例３）
実施形態２として説明した製造方法において例示した材料および膜厚のうち、１０ナノメートルの膜厚のＭｎＯ_３に代えて、５ナノメートルの膜厚のＨＡＴ−ＣＮ（１，４，５，８，９，１２−ヘキサアザトリフェニレンヘキサカルボニトリル）の膜を形成して画素ピッチが３１８マイクロメートルであり１０ｘ１０の画素数の有機ＥＬ表示装置を作成したところ、３ｍＡの電流で駆動電圧１０．０５Ｖ、発光効率４．５ｃｄ／Ａを得ることができた。

（実施例４）
実施形態２として説明した製造方法において例示した材料および膜厚のうち、２０ナノメートルのＭｇに代えて、１０ナノメートルのＡｌおよび０．５ナノメートルのＬｉＦを使用して画素ピッチが３１８マイクロメートルであり１０ｘ１０の画素数の有機ＥＬ表示装置を作成したところ、３ｍＡの電流で駆動電圧１０．０５Ｖ、発光効率５ｃｄ／Ａを得ることができた。

（実施例５）
実施形態２として説明した製造方法において例示した材料および膜厚のうち、ＭｏＯ_３に代えて、２０ナノメートルのＩＴＯを使用して画素ピッチが３１８マイクロメートルであり１０ｘ１０の画素数の有機ＥＬ表示装置を作成したところ、３ｍＡの電流で駆動電圧１０．０５Ｖ、発光効率５ｃｄ／Ａを得ることができた。

（比較例１）
実施形態２として説明した製造方法において例示した材料および膜厚のうち、ＭｏＯ_３のＣＧＬ材料膜１１７を形成せずに、上部電極１１８と補助電極１１２を直接接続するように、各材料をパターニングして画素ピッチが３１８マイクロメートルであり１０ｘ１０の画素数の有機ＥＬ表示装置を作成したところ、３ｍＡの電流で駆動電圧１０．０５Ｖ、発光効率４．５ｃｄ／Ａを得ることができた。

（比較例２）
実施形態２として説明した製造方法において例示した材料および膜厚のうち、ＭｏＯ_３のＣＧＬ材料膜１１７を形成せずに画素ピッチが３１８マイクロメートルであり１０ｘ１０の画素数の有機ＥＬ表示装置を作成したところ、電流電圧を下部電極１１１と補助電極１１２とに印加しても、画素部に電流が流れず、発光しなかった。

（実施例と比較例とのまとめ）
以上のように、本発明により、上部電極１１８と補助電極１１２を直接接続した場合と同等の発光効率を得ることができる。

（実施形態３）
実施形態１および２のいずれかにおいて、ＣＧＬ材料膜１１７の材料として、Ｍｏ、Ｖ、Ｉｎ、Ｔｉ、Ａｕ、Ａｇ、ＺｎおよびＳｎのいずれか一以上の元素を含む材料を使用することができる。あるいは、ＣＧＬ材料膜１１７の材料は、化合物であってもよい。この場合、ＣＧＬ材料膜１１７は、Ｍｏ、Ｖ、Ｉｎ、Ｔｉ、Ａｕ、Ａｇ、ＺｎおよびＳｎのいずれか一以上の元素を含む化合物とすることができる。

また、実施形態１および２のいずれかにおいて、ＣＧＬ材料膜１１７の材料として、ＬＵＭＯ（ＬｏｗｅｓｔＵｎｏｃｃｕｐｉｅｄＭｏｌｅｃｕｌａｒＯｒｂｉｔａｌ）のエネルギー準位が−４．０ｅＶ以下、特に例えば−４．５ｅＶ以下となる有機材料を使用してもよい。

また、実施形態１および２のいずれかにおいて、ＣＧＬ材料膜１１７の材料として、ＬＵＭＯのエネルギー準位が−４．０ｅＶ以下となるＬＵＭＯを有する有機材料と、Ｈｏｌｅ伝導性を有し前記ＣＧＬ材料のＬＵＭＯとのエネルギー準位の差が±１ｅＶ以下となるＨＯＭＯを有する有機材料と、を混合した材料を使用してもよい。

また、本実施形態において、ＣＧＬ材料膜１１７の材料として、Ｌｉ、Ｃｓ、Ｂａ、Ｍｇ、ＣａおよびＡｌのいずれか一以上の元素を含む材料を使用することができる。あるいは、ＣＧＬ材料膜１１７の材料は、化合物であってもよい。この場合、ＣＧＬ材料膜１１７は、Ｌｉ、Ｃｓ、Ｂａ、Ｍｇ、ＣａおよびＡｌのいずれか一以上の元素を含む化合物とすることができる。

また、本実施形態において、ＣＧＬ材料膜１１７を、ＬＵＭＯのエネルギー準位が−２ｅＶ以下であり−３．５ｅＶ以上となる積層膜として配置してもよい。

１０１基板、１１１下部電極、１１２補助電極、１１３絶縁膜、１１５第１の有機材料膜、１１６発光膜、１１７ＣＧＬ材料膜、１１８第２の有機材料膜、１１９上部電極

Claims

基板の上に形成された下部電極と、
前記基板の上に前記下部電極と離隔して形成された補助電極と、
前記下部電極の上に形成された発光膜を内部に含み、さらに補助電極の上にも形成された有機材料膜と、
前記有機材料膜の上に形成された上部電極と、
前記補助電極と前記上部電極との間に配置されたＣＧＬ材料によるＣＧＬ材料膜と、
を有し、
前記ＣＧＬ材料膜と前記補助電極との間および前記ＣＧＬ材料膜と前記上部電極との間の少なくとも一方に前記有機材料膜が介在する有機ＥＬ表示装置。
前記ＣＧＬ材料膜がＭｏ、Ｖ、Ｉｎ、Ｔｉ、Ａｕ、Ａｇ、ＺｎおよびＳｎの群から選ばれる一以上を含む請求項１に記載の有機ＥＬ表示装置。
前記ＣＧＬ材料が、エネルギー準位が−４．０ｅＶ以下となるＬＵＭＯを有する有機材料である請求項１に記載の有機ＥＬ表示装置。
前記ＣＧＬ材料が、エネルギー準位が−４．０ｅＶ以下となるＬＵＭＯを有する有機材料と、Ｈｏｌｅ伝導性を有し前記ＣＧＬ材料のＬＵＭＯとのエネルギー準位の差が±１ｅＶ以下となるＨＯＭＯを有する有機材料と、の混合である請求項１に記載の有機ＥＬ表示装置。
前記ＣＧＬ材料膜がさらに、Ｌｉ、Ｃｓ、Ｂａ、Ｍｇ、ＣａおよびＡｌの群から選ばれる一以上を含む請求項２から４のいずれか一項に記載の有機ＥＬ表示装置。
前記ＣＧＬ材料膜がさらに、エネルギー準位が−２ｅＶ以下および−３．５ｅＶ以上となるＬＵＭＯを有する積層膜である請求項２から４のいずれか一項に記載の有機ＥＬ表示装置。