JP6342191B2

JP6342191B2 - 表示装置

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Publication number: JP6342191B2
Application number: JP2014066190A
Authority: JP
Inventors: 慶成岩浪; 順也福田
Original assignee: 株式会社オルタステクノロジー
Priority date: 2014-03-27
Filing date: 2014-03-27
Publication date: 2018-06-13
Anticipated expiration: 2034-03-27
Also published as: JP2015191708A; WO2015146904A1

Description

本発明は、表示装置に係り、特に発光素子を用いた自発光型の表示装置に関する。

近年、液晶表示装置に代わる表示装置として、有機電界発光素子（有機ＥＬ素子）を用いた有機ＥＬ表示装置が知られている。有機ＥＬ表示装置は、自発光型であり、高コントラスト、視野角が大きい、及び応答速度が速いなど特性を有する。

一般的な有機ＥＬ表示装置では、アルミニウム合金など光を反射する金属を有機ＥＬ素子の陰極に使用することで、視認側の発光輝度を強めている。しかし、このような反射膜を用いた有機ＥＬ表示装置は、光を透過する必要があるデバイスに使用できない。

一方、陽極及び陰極にそれぞれ透明導電膜を使用することで、透過型の有機ＥＬ表示装置を構成できる。しかし、この透過型の有機ＥＬ表示装置では、視認側と反対方向にも光が透過されるため、反射膜を用いて全反射させた場合に比べて、発光輝度が低下してしまう。

特開２００７−３３３７６７特開２０１３−２１１１６９

本発明は、透過率が低下するのを抑えつつ、発光輝度を向上させることが可能な表示装置を提供する。

本発明の一態様に係る表示装置は、キャラクターの形状を有する第１領域と、前記第１領域に隣接する第２領域とを有する第１基板と、前記第１基板上に設けられた配線と、前記配線上及び前記第１基板上に設けられた第１絶縁膜と、前記第１絶縁膜上かつ前記第１領域に設けられ、透明な第１電極と、前記配線と前記第１電極とを電気的に接続するコンタクトと、前記第１絶縁膜上かつ前記第２領域に設けられ、絶縁体からなる隔壁と、前記第１電極上に設けられ、第１波長領域を有する光を放射する第１発光層と、前記隔壁上に設けられ、前記第１発光層と同じ構成を有する第２発光層と、前記第１及び第２発光層上に設けられ、透明な第２電極と、前記第２電極の上方に間隔を空けて配置された第２基板と、前記第２基板の前記第１基板側の面に設けられ、前記第１波長領域の少なくとも一部を含む第２波長領域を有する光を前記第１基板側に反射し、前記第２基板側から入射する外光のうち前記第２波長領域以外の光を透過する誘電体層とを具備する。
本発明の一態様に係る表示装置は、キャラクターの形状を有する第１領域と、前記第１領域に隣接する第２領域とを有する第１基板と、前記第１基板上に設けられた配線と、前記配線上及び前記第１基板上に設けられた第１絶縁膜と、前記第１絶縁膜上かつ前記第１領域に設けられ、透明な第１電極と、前記配線と前記第１電極とを電気的に接続するコンタクトと、前記第１絶縁膜上かつ前記第２領域に設けられ、絶縁体からなる隔壁と、前記第１電極上に設けられ、第１波長領域を有する光を放射する第１発光層と、前記隔壁上に設けられ、前記第１発光層と同じ構成を有する第２発光層と、前記第１及び第２発光層上に設けられ、透明な第２電極と、前記第２電極の上方に間隔を空けて配置された第２基板と、前記第２基板の前記第１基板と反対側の面に設けられ、前記第１波長領域の少なくとも一部を含む第２波長領域を有する光を前記第１基板側に反射し、前記第２基板に接する面と反対側の面から入射する外光のうち前記第２波長領域以外の光を透過する誘電体層とを具備する。

本発明によれば、透過率が低下するのを抑えつつ、発光輝度を向上させることが可能な表示装置を提供することができる。

第１実施形態に係る有機ＥＬ表示装置の断面図。発光素子が放射する光の波長と放射輝度との関係を示すグラフ。透明誘電体層の反射率を説明するグラフ。第１実施例の反射特性を有する透明誘電体層の断面図。透明誘電体層を構成する多層膜の材料の一例を説明する図。有機ＥＬ表示装置の平面図。図６に示したＡ−Ａ’線に沿った有機ＥＬ表示装置の断面図。第２実施形態に係る有機ＥＬ表示装置の断面図。第２実施形態に係る有機ＥＬ表示装置の具体的な構成を示す断面図。第３実施形態に係る有機ＥＬ表示装置の断面図。

以下、実施形態について図面を参照して説明する。ただし、図面は模式的または概念的なものであり、各図面の寸法および比率等は必ずしも現実のものと同一とは限らないことに留意すべきである。また、図面の相互間で同じ部分を表す場合においても、互いの寸法の関係や比率が異なって表される場合もある。特に、以下に示す幾つかの実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための装置および方法を例示したものであって、構成部品の形状、構造、配置等によって、本発明の技術思想が特定されるものではない。なお、以下の説明において、同一の機能及び構成を有する要素については同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。

［第１実施形態］
［１．有機ＥＬ表示装置の基本構成］
本実施形態では、発光素子として有機ＥＬ素子を用いた表示装置（有機ＥＬ表示装置）を例に挙げて説明する。また、本実施形態では、発光素子が形成される基板側から光を取り出すボトムエミッション構造の有機ＥＬ表示装置を例に挙げて説明する。

図１は、本発明の第１実施形態に係る有機ＥＬ表示装置１０の断面図である。基板１１は、透明基板から構成され、例えばガラス基板又はプラスチック基板などが用いられる。基板１１上には、有機ＥＬ素子からなる発光素子１２が設けられる。本実施形態の有機ＥＬ素子は、透過型の有機ＥＬ素子である。

発光素子１２は、下部電極１３、有機層１４、及び上部電極１５がこの順に積層されて構成される。有機層１４は、正孔輸送層１６、発光層１７、及び電子輸送層１８がこの順に積層されて構成される。下部電極１３は、陽極として機能するものであり、透明電極から構成され、例えば導電性を有する金属酸化物が用いられる。透明かつ導電性を有する金属酸化物としては、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）又はＩＺＯ（インジウム亜鉛酸化物）などが挙げられる。上部電極１５は、陰極として機能するものであり、透明電極から構成され、例えば導電性を有する金属酸化物（ＩＴＯ又はＩＺＯなど）が用いられる。

正孔輸送層１６、発光層１７、及び電子輸送層１８はそれぞれ、有機材料から構成され、また、これらの具体的な有機材料は、公知の材料から選択できる。正孔輸送層１６は、下部電極１３との界面から注入された正孔を発光層１７に輸送する機能を有する。電子輸送層１８は、上部電極１５との界面から注入された電子を発光層１７に輸送する機能を有する。発光層１７は、正孔輸送層１６から輸送される正孔と、電子輸送層１８から輸送される電子とを再結合させることで発光する機能を有する。

なお、有機層１４は、前述した３層構造に限定されず、５層構造などを用いてもよい。すなわち、正孔輸送層１６は、下部電極１３側から正孔注入層と正孔輸送層とに機能的に分けて２層で構成してもよい。同様に、電子輸送層１８は、上部電極１５側から電子注入層と電子輸送層とに機能的に分けて２層で構成してもよい。

発光素子１２の上方には、封止層１９を介して基板２０が設けられる。封止層１９は、例えば、基板１１と基板２０とを接着する接着部材（図示せず）によって密封された空気層から構成される。封止層１９は、外部から有機層１４への水分の侵入を防止する機能を有する。なお、封止層１９は、例えば紫外線（ＵＶ）硬化樹脂又は熱硬化樹脂などからなる絶縁性樹脂を用いてもよい。封止層１９として絶縁性樹脂を用いた場合、封止層１９は、基板１１と基板２０とを接着する機能と、有機ＥＬ表示装置１０の機械的な強度を増す機能とをさらに有する。

基板２０は、透明基板から構成され、例えばガラス基板又はプラスチック基板などが用いられる。基板２０の発光素子１２側には、透明誘電体層２１が設けられる。透明誘電体層２１は、特定の波長領域を有する光をほぼ完全に反射し、それ以外の波長領域を有する光を透過する機能を有する。すなわち、透明誘電体層２１は、光透過性を有する。

本実施形態では、一例として、有機ＥＬ表示装置１０は、赤色のキャラクターを表示するものとする。よって、発光素子１２は、赤色光を放射する。図２は、発光素子１２が放射する光の波長と放射輝度との関係を示すグラフである。縦軸は放射輝度（任意単位）を示し、横軸は波長（ｎｍ）を示している。発光素子１２は、波長６００ｎｍ近辺から長波長側の光を放射し、かつ波長６３０ｎｍ近辺に放射輝度のピークを有する光を放射する。

（透明誘電体層２１の構成）
図３は、透明誘電体層２１の反射率を説明するグラフである。図３の縦軸は透明誘電体層２１の反射率を示し、横軸は透明誘電体層２１への入射光の波長（ｎｍ）を示している。図３には、反射率が異なる３つのケース（第１乃至第３実施例）のグラフを載せている。

第１実施例に係る透明誘電体層２１は、６１０ｎｍ以上の波長の光をほぼ完全に反射し、その他の波長領域の光を透過する。図４は、第１実施例の反射特性を有する透明誘電体層２１の断面図である。図５は、透明誘電体層２１を構成する多層膜の材料の一例を説明する図である。

透明誘電体層２１は、相対的に高屈折率の第１誘電体膜と低屈折率の第２誘電体膜とが交互に積層されて構成される。また、透明誘電体層２１を構成する第１及び第２誘電体膜はそれぞれ、透明誘電体膜から構成される。

図４及び図５の構成例では、透明誘電体層２１は、３２層の誘電体膜が積層された誘電体多層膜（積層膜）から構成される。具体的には、透明誘電体層２１は、第１誘電体膜として例えばチタン酸化膜（ＴｉＯ_２）と、第２誘電体膜として例えばシリコン酸化膜（ＳｉＯ_２）とが交互に３２層だけ積層されて構成される。シリコン酸化膜の屈折率（１．４５程度）は、チタン酸化膜の屈折率（２．３０程度）より小さい。さらに、複数の第１誘電体膜と複数の第２誘電体膜とは、所望の反射特性を有するように各層の膜厚が設定される。第１誘電体膜としてチタン酸化膜、第２誘電体膜としてシリコン酸化膜を用いた場合、各層の膜厚の一例は、図５に示す通りである。透明誘電体層２１を構成する各層の膜厚は、１０ｎｍ以上１４０ｎｍ以下の範囲に設定される。

このように構成された透明誘電体層２１は、発光素子１２が放射した光のうち６１０ｎｍ以上の波長の光をほぼ完全に反射し、その他の波長領域の光を透過することができる。図１に示すように、観察者２２は、発光層１７が放射した光のうち、発光層１７から直接届く光と、透明誘電体層２１によって反射された光とを視認できる。また、基板２０側から入射する外光のうち６１０ｎｍ未満の波長の光は、透明誘電体層２１を透過し、観察者２２に視認される。なお、外光とは、透過型の有機ＥＬ表示装置１０を介して観察者２２が視認する背景（被写体）からの光に対応する。例えば、有機ＥＬ表示装置１０をカメラのファインダーとして用いた場合、外光は、カメラのレンズを介してファインダーに入射される背景からの光に対応する。観察者２２は、外光としての背景に、有機ＥＬ表示装置１０が表示するキャラクターを重ねて視認する。

また、第１実施例（反射率９９％程度）に比べて反射率が低い透明誘電体層２１を用いてもよい。図３において、第２実施例に係る透明誘電体層は、チタン酸化膜（ＴｉＯ_２）と、シリコン酸化膜（ＳｉＯ_２）とを交互に９層だけ積層して構成される。第３実施例に係る透明誘電体層は、チタン酸化膜（ＴｉＯ_２）と、シリコン酸化膜（ＳｉＯ_２）とを交互に７層だけ積層して構成される。第２実施例の透明誘電体層は、波長６３０ｎｍの光に関する反射率６８％程度である。第３実施例の透明誘電体層は、波長６３０ｎｍの光に関する反射率５４％程度である。発光素子１２の放射輝度のピークに対応する波長の光における透明誘電体層２１の反射率は、１０％以上１００％以下の範囲に設定される。

このように、本実施形態では、透明誘電体層２１を用いることにより、発光素子１２から観察者２２と反対方向に放射された光を観察者２２側に反射することができる。これにより、発光素子１２の消費電力を小さくした場合でも、有機ＥＬ表示装置１０の発光輝度を向上させることができる。

［２．有機ＥＬ表示装置の具体的な構成例］
次に、有機ＥＬ表示装置１０の具体的な構成例について説明する。本実施形態では、文字や図形など予め形状が決められた複数のキャラクターを表示するパターン表示型の有機ＥＬ表示装置を例に挙げて説明する。図６は、有機ＥＬ表示装置１０の平面図である。図７は、図６に示したＡ−Ａ’線に沿った有機ＥＬ表示装置１０の断面図である。

基板１１と基板２０とは、接着材２３によって接着される。基板１１に形成された発光素子は、接着材２３及び基板２０によって封止される。接着材２３は、画像（キャラクター）が表示される表示領域（アクティブ領域）ＡＡを囲むように形成される。

基板１１のうちアクティブ領域ＡＡ以外の周辺領域ＰＡには、ＬＳＩ（large-scale integrated）回路２４が設けられる。ＬＳＩ回路２４は、発光素子を駆動するドライバ、及び該ドライバを制御する制御回路などを含む。ＬＳＩ回路２４には、複数の端子を介して、フレキシブルプリント基板（ＦＰＣ：flexible printed circuit）２５が電気的に接続される。フレキシブルプリント基板２５は、ＬＳＩ回路２４に各種信号を送るための信号線、及びＬＳＩ回路２４に電源を供給するための電源線を含む。フレキシブルプリント基板２５は、例えば、ポリイミドフィルムの基材に配線などが形成された柔軟性を有する回路基板である。フレキシブルプリント基板２５は、複数の端子を介して外部機器（外部回路）に電気的に接続される。

有機ＥＬ表示装置１０は、フレキシブルプリント基板２５を介して、外部機器から電力や画像信号を含む制御信号の供給を受けることにより、アクティブ領域ＡＡにキャラクターを表示する。

図６には、有機ＥＬ表示装置１０が表示可能なキャラクターの一例を示している。有機ＥＬ表示装置１０は、例えばカメラのファインダーに適用可能である。有機ＥＬ表示装置１０が表示可能なキャラクター（発光領域）ＣＲ１は、カメラのファインダーなどに表示させるフォーカスポイント（四角形）を表しており、キャラクター（発光領域）ＣＲ２は、フォーカスポイントの領域を示す枠を表している。キャラクターＣＲ１、ＣＲ２は、発光素子１２によって発光される領域（発光領域）に対応する。

図７において、基板１１上には、配線電極３０が設けられる。配線電極３０は、ＬＳＩ回路２４に電気的に接続される。配線電極３０上には、絶縁膜３１が設けられる。絶縁膜３１上には、発光素子１２が設けられる。発光素子１２は、下部電極（陽極）１３、有機層１４、及び上部電極（陰極）１５がこの順に積層されて構成される。有機層１４は、正孔輸送層１６、発光層１７、及び電子輸送層１８がこの順に積層されて構成される。下部電極１３は、コンタクトプラグ３２を介して配線電極３０に電気的に接続される。

隣接する発光領域の間には、隔壁３３が設けられる。隔壁３３は、下部電極１３と上部電極１５との間の絶縁性を確保する機能を有する。このように、複数の発光素子１２が隔壁３３により区画されることで、隔壁３３が形成されていない領域に発光素子１２が形成される。具体的には、発光素子１２が形成される発光領域には、下部電極１３が形成され、また、隔壁３３には、下部電極１３を露出する開口部が形成される。そして、隔壁３３の開口部かつ下部電極１３上に、有機層１４、及び上部電極１５が積層される。一方、発光領域以外の非発光領域では、有機層１４の下に下部電極１３が形成されないので、発光は起こらない。

上部電極１５の上方には、封止層１９を介して基板２０が設けられる。基板２０の発光素子１２側には、前述したように、発光素子１２が放射した特定の波長領域を有する光を反射する透明誘電体層２１が設けられる。

絶縁膜３１及び隔壁３３としては、透明な絶縁材料が用いられ、例えば、アクリル系樹脂、ポリイミド系樹脂、又はエポキシ系樹脂のような有機材料や、ＳｉＯ_２のような無機材料が用いられる。配線電極３０及びコンタクトプラグ３２としては、透明な導電材料が用いられ、例えば、ＩＴＯ又はＩＺＯなどが用いられる。

［３．効果］
以上詳述したように第１実施形態では、有機ＥＬ表示装置１０は、基板１１に設けられた透過型の発光素子１２と、基板１１に発光素子１２を挟んで対向する基板２０に設けられた透明誘電体層２１とを備える。発光素子１２は、有機ＥＬ素子から構成され、例えば単色光である第１波長領域を有する光を放射する。透明誘電体層２１は、上記第１波長領域の少なくとも一部を含む第２波長領域を有する光を観察者２２側に反射し、かつ、外光のうち上記第２波長領域以外の光を透過する。

従って第１実施形態によれば、透明誘電体層２１により、発光素子１２から観察者２２と反対方向に放射された光を観察者２２側に反射させることができる。これにより、発光素子１２の消費電力を小さくした場合でも、有機ＥＬ表示装置１０の発光輝度を向上させることができる。

また、透明誘電体層２１は、外光を透過することができる。これにより、透過型の有機ＥＬ表示装置を実現できる。また、有機ＥＬ表示装置１０の透過率が低下するのを抑えつつ、有機ＥＬ表示装置１０の発光輝度を向上させることができる。

［第２実施形態］
第２実施形態は、基板２０に対して透明誘電体層２１を第１実施形態と反対側に配置するようにしている。

図８は、本発明の第２実施形態に係る有機ＥＬ表示装置１０の断面図である。基板１１上に設けられた発光素子１２の構成は、第１実施形態と同じである。基板２０の発光素子１２と反対側には、透明誘電体層２１が設けられる。透明誘電体層２１の構成及び特性は、第１実施形態と同じである。

図９は、第２実施形態に係る有機ＥＬ表示装置１０の具体的な構成を示す断面図である。有機ＥＬ表示装置１０の平面図は、図６と同じである。

第２実施形態においても、第１実施形態と同様に、有機ＥＬ表示装置１０の透過率が低下するのを抑えつつ、有機ＥＬ表示装置１０の発光輝度を向上させることができる。

［第３実施形態］
第３実施形態では、透明誘電体層２１を、発光素子１２が形成される基板１１に配置するようにしている。すなわち、第３実施形態は、発光素子１２を封止するための基板２０側から光を取り出すトップエミッション構造を有する有機ＥＬ表示装置の構成例である。

図１０は、本発明の第３実施形態に係る有機ＥＬ表示装置１０の断面図である。基板１１上に設けられた発光素子１２の構成は、第１実施形態と同じである。基板２０は、接着材２３によって基板１１に接着され、封止層１９を介して発光素子１２を封止する。

透明誘電体層２１は、基板１１の発光素子１２と反対側に設けられる。透明誘電体層２１の構成及び特性は、第１実施形態と同じである。観察者２２は、基板２０側から有機ＥＬ表示装置１０を観察する。外光は、基板１１側から有機ＥＬ表示装置１０に入射する。

第３実施形態においても、第１実施形態と同様に、有機ＥＬ表示装置１０の透過率が低下するのを抑えつつ、有機ＥＬ表示装置１０の発光輝度を向上させることができる。

なお、上記各実施形態では、波長６３０ｎｍ近辺に放射輝度のピークを有する赤色光を放射する発光素子１２を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではなく、赤色光以外の色の光を放射する発光素子にも適用することが可能であることは勿論である。この場合は、発光素子が放射する単色光の波長領域の少なくとも一部を反射するように透明誘電体層２１を構成する。

また、上記各実施形態では、発光素子として有機ＥＬ素子を用いた表示装置を例に挙げて説明しているが、これに限定されるものではなく、有機ＥＬ素子以外の発光素子（例えば、ＬＥＤなど）を用いた表示装置にも適用可能である。

また、上記各実施形態では、有機ＥＬ表示装置１０をカメラのファインダーに適用した構成例を示している。しかし、これに限定されず、被写体、背景、及び画像などに、これらと異なる画像を重ねて表示する用途の様々な電子機器に、本実施形態の表示装置を適用することが可能である。

本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で、構成要素を変形して具体化することが可能である。さらに、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、１つの実施形態に開示される複数の構成要素の適宜な組み合わせ、若しくは異なる実施形態に開示される構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を構成することができる。例えば、実施形態に開示される全構成要素から幾つかの構成要素が削除されても、発明が解決しようとする課題が解決でき、発明の効果が得られる場合には、これらの構成要素が削除された実施形態が発明として抽出されうる。

１０…有機ＥＬ表示装置、１１，２０…基板、１２…発光素子、１３…下部電極、１４…有機層、１５…上部電極、１６…正孔輸送層、１７…発光層、１８…電子輸送層、１９…封止層、２１…透明誘電体層、２２…観察者、２３…接着材、２４…ＬＳＩ回路、２５…フレキシブルプリント基板、３０…配線電極、３１…絶縁膜、３２…コンタクトプラグ、３３…隔壁。

Claims

キャラクターの形状を有する第１領域と、前記第１領域に隣接する第２領域とを有する第１基板と、
前記第１基板上に設けられた配線と、
前記配線上及び前記第１基板上に設けられた第１絶縁膜と、
前記第１絶縁膜上かつ前記第１領域に設けられ、透明な第１電極と、
前記配線と前記第１電極とを電気的に接続するコンタクトと、
前記第１絶縁膜上かつ前記第２領域に設けられ、絶縁体からなる隔壁と、
前記第１電極上に設けられ、第１波長領域を有する光を放射する第１発光層と、
前記隔壁上に設けられ、前記第１発光層と同じ構成を有する第２発光層と、
前記第１及び第２発光層上に設けられ、透明な第２電極と、
前記第２電極の上方に間隔を空けて配置された第２基板と、
前記第２基板の前記第１基板側の面に設けられ、前記第１波長領域の少なくとも一部を含む第２波長領域を有する光を前記第１基板側に反射し、前記第２基板側から入射する外光のうち前記第２波長領域以外の光を透過する誘電体層と、
を具備することを特徴とする表示装置。
キャラクターの形状を有する第１領域と、前記第１領域に隣接する第２領域とを有する第１基板と、
前記第１基板上に設けられた配線と、
前記配線上及び前記第１基板上に設けられた第１絶縁膜と、
前記第１絶縁膜上かつ前記第１領域に設けられ、透明な第１電極と、
前記配線と前記第１電極とを電気的に接続するコンタクトと、
前記第１絶縁膜上かつ前記第２領域に設けられ、絶縁体からなる隔壁と、
前記第１電極上に設けられ、第１波長領域を有する光を放射する第１発光層と、
前記隔壁上に設けられ、前記第１発光層と同じ構成を有する第２発光層と、
前記第１及び第２発光層上に設けられ、透明な第２電極と、
前記第２電極の上方に間隔を空けて配置された第２基板と、
前記第２基板の前記第１基板と反対側の面に設けられ、前記第１波長領域の少なくとも一部を含む第２波長領域を有する光を前記第１基板側に反射し、前記第２基板に接する面と反対側の面から入射する外光のうち前記第２波長領域以外の光を透過する誘電体層と、
を具備することを特徴とする表示装置。
前記第１及び第２電極の各々は、導電性を有する金属酸化物からなることを特徴とする請求項１又は２に記載の表示装置。
前記第１発光層の放射輝度のピークに対応する波長の光における前記誘電体層の反射率は、１０％以上１００％以下の範囲に設定されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の表示装置。
前記誘電体層は、第１屈折率を有する複数の第１誘電体膜と、前記第１屈折率より低い第２屈折率を有する複数の第２誘電体膜とが交互に積層されて構成されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の表示装置。
前記複数の第１誘電体膜に含まれる２つの誘電体膜は、互いに膜厚が異なり、
前記複数の第２誘電体膜に含まれる２つの誘電体膜は、互いに膜厚が異なることを特徴とする請求項５に記載の表示装置。
前記第１発光層は、単色の光を放射することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の表示装置。