JP2001337346A - 液晶表示装置 - Google Patents

液晶表示装置

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JP2001337346A
JP2001337346A JP2000157066A JP2000157066A JP2001337346A JP 2001337346 A JP2001337346 A JP 2001337346A JP 2000157066 A JP2000157066 A JP 2000157066A JP 2000157066 A JP2000157066 A JP 2000157066A JP 2001337346 A JP2001337346 A JP 2001337346A
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JP
Japan
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liquid crystal
video signal
display pixel
display device
substrate
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Application number
JP2000157066A
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English (en)
Inventor
Kiyoshi Shobara
潔 庄原
Takeshi Yamamoto
武志 山本
Atsuyuki Manabe
敦行 真鍋
Natsuko Maya
奈津子 磨矢
Norihiro Yoshida
典弘 吉田
Takashi Yamaguchi
剛史 山口
Hitoshi Hado
仁 羽藤
Daisuke Miyazaki
大輔 宮崎
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 映像信号線と表示画素電極の側端部とが重な
るように配置した配線ブラックマトリクス構成におい
て、この構成を採用しても発生していた縦縞状の表示ム
ラを、表示画面上に再現されないように防止した液晶表
示装置を提供する。 【解決手段】 映像信号線13と表示画素電極16の側
端部とが重なるように両者を配置し、このうちの重ね幅
が大きい方の全表示画素面内の平均重ね幅をaとし、そ
のバラツキを△aとした場合に、△a/a<0.16と
なるように設定することによって、縦縞状表示ムラの不
良発生率を低減させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示装置に関
し、特に表示画素電極間に配置される映像信号線を、遮
光部として利用する液晶表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】現在の液晶表示装置としては、隣接画素
間でのクロストークがなく、良好な表示画像の実現が可
能なことから、アクティブマトリクス型液晶表示装置が
主流となっている。
【0003】このような液晶表示装置について説明する
と、ガラス材から構成される透明な絶縁基板の主面上に
は、映像信号を供給する映像信号線、及びゲート信号を
供給する走査線を、互いに交差するようにマトリクス状
に配列し、この交点部分に薄膜トランジスタ(TFT)
が接続されている。このTFTには、酸化インジウムス
ズ(ITO)等から構成される透明な表示画素電極が接
続されてアレイ基板が構成されている。そして、これら
TFTや表示画素電極、映像信号線、走査線等の上面に
は、更にポリイミド等から構成される配向膜が設けられ
ている。
【0004】また、このアレイ基板と対向配置される対
向基板は、同様にガラス材にて形成された透明な絶縁基
板を有し、この絶縁基板のアレイ基板と対向する主面上
には、アクリル材等から構成される三原色カラーフィル
タ、及びブラックマトリクスが設けられており、更にこ
の上面に、ITO等から構成される透明な対向電極が設
けられて対向基板を構成している。そして、この透明対
向電極上には、ポリイミド等から構成される配向膜が設
けられている。
【0005】このアレイ基板と対向基板間とは、所定の
間隙を持って対向配置されると共に、両基板は、シール
材を介して貼合わされており、このシール材によって区
画された間隙部には、液晶部材が注入封止されている。
この液晶部材の厚さは、このアレイ基板と対向基板間に
介在されるスペーサによって規定されて、液晶パネルが
構成されている。
【0006】この液晶パネルの両外側面には、偏光板が
接着剤によって貼付され、更にアレイ基板側の偏光板の
外方には、バックライト等の光源が配置されて、アクテ
ィブマトリクス型液晶表示装置が構成されている。
【0007】この液晶表示装置で一般的なTN表示方式
の場合には、画素電極と映像信号線とによる横電界や、
絶縁基板並びに配向膜表面の凹凸の影響により、表示画
素電極端部にリバースチルトドメインと称されている液
晶の配向不良領域が発生し、このためにコントラストの
低下といった表示不良の一因となっている。
【0008】更に、このようなアクティブマトリクス型
液晶表示装置においては、明るい表示画像を得るため
に、表示画素が高開口率を得られるように、種々の工夫
がなされている。例えば、その一例として、映像信号線
と表示画素電極との一部を重ねて遮光部として利用す
る、所謂配線ブラックマトリクス(BM)と称されてい
る構成が採用されている。
【0009】この配線BMでは、上述の液晶の配向不良
を映像信号線を利用して遮光することによって、視覚的
に配向不良に基づく画像不良が見えないようにしてい
る。この遮光するための映像信号線と表示画素電極との
重ね幅は、液晶の配向不良の発生する大きさ程度に設計
される。その反面、高開口率を得るためには、できる限
り遮光面積を小さくする必要があり、このために、表示
画素の左右で発生する異なる配向不良の発生幅に応じ
て、映像信号線と表示画素電極の重ね幅を、表示画素の
左右で異ならせている。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】ところで、最近市場で
要求される大画面・高開口率の液晶表示装置を製造する
ためには、露光パターンの面内ズレ幅、露光装置のアラ
インメント精度ズレ量等の製造バラツキが無視できなく
なり、それらのバラツキが大きくなると、液晶表示装置
の表示面に周期的縦縞模様の表示ムラが発生してしまう
ことになる。
【0011】この現象は、前述の液晶配向不良発生領域
を充分に遮光することができないことが発生の原因で、
特に配向不良発生領域側と反対方向から見た際に、例え
ば表示画素の左側に配向不良領域が発生した場合、これ
を表示画素の右側方向から見た場合のように、表示面を
斜めに見るような場合に、特に顕著に観察される。
【0012】このように、従来の液晶表示装置において
は、周期的縦縞模様の表示ムラ等が表示面に発生し、高
開口率の液晶表示装置の画像品位を著しく低下させてい
た。
【0013】本発明は、このような課題に対処してなさ
れたものであり、縦縞状の表示ムラ等による表示不良の
発生がなく、大画面・高開口率の液晶表示装置に採用し
ても、画像の高品位化を図ることが可能な液晶表示装置
を提供するにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】本発明は、基板上に互い
に交差するようにマトリクス状に配列された複数の映像
信号線及び走査線と、この映像信号線及び走査線の交点
部分に接続されたスイッチング動作をする薄膜トランジ
スタと、この薄膜トランジスタに接続され、絶縁膜を介
して前記基板上にマトリクス状に配列された透明な複数
の表示画素電極と、を備えたアレイ基板と、このアレイ
基板と対向して配置される対向基板と、この対向基板と
アレイ基板の間隙部分に封入された液晶と、を具備し、
前記映像信号線を隣り合う表示画素電極同志の中間部分
に、その一部が前記表示画素電極に夫々重なるように配
置し、その重ね幅が大きい方の全表示画素面内の平均重
ね幅をaとし、そのバラツキを△aとした場合に、△a
/a<0.16に設定することを特徴とする液晶表示装
置である。
【0015】また、前記平均重ね幅は、1μm≦a≦5
μmに設定することを特徴とする。
【0016】更に、前記絶縁膜は、着色層で構成されて
いることを特徴とする。
【0017】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。図1は、本発明に係る液晶表示装置のアレ
イ基板における表示画素電極及びTFT、走査線等のパ
ターン配置を示す平面図である。図2は、図1中の5〜
6線に沿う表示画素電極と映像信号線との配置関係を説
明する概略断面図で、また図3は、図1中の1〜6線に
沿う断面を、切断方向から見て断面として示す一部概要
断面図図である。
【0018】以下、図面を参照しながら詳細に説明す
る。即ち図1において、アレイ基板11側の絶縁基板1
2上に複数本の映像信号線13と複数本の走査線14
が、互いに交差してマトリクス状に配置され、その交点
部分にスイッチング素子としてのnチャンネルTFT1
5が接続されている。このTFT15には、夫々透明な
表示画素電極16が接続されており、この表示画素電極
16は、全体がマトリクス状に配列されている。
【0019】更にこの走査線14と並行して補助容量線
17が配置され、この補助容量線17の一部を映像信号
線13の一側に沿って延在させることで、静電遮蔽性を
有するシールド電極18を形成している。このシールド
電極18は、一画素ピッチ内で映像信号線13と交差
し、且つ隣接する表示画素電極16の周辺部の一部とも
重なるように配置している。このために、映像信号線1
3とシールド電極18は、表示画素電極16の左右辺の
光漏れを防ぐ遮光対を形成している。
【0020】この映像信号線13と表示画素電極16と
の配置関係は、図2に示すように配置される。後述する
配向膜のラビングは、アレイ基板11側では、図1の矢
印A方向に右上方斜め方向から左下側斜め方向に向けて
ラビング処理され、また対向基板側の配向膜は、これと
直交する図1中に破線の矢印で示すB方向に、左上斜め
方向から右下斜め方向にラビング処理される。
【0021】この際、矢印Aで示すラビング方向の下流
側にあたる映像信号線13端部に位置する表示画素電極
16の図中左辺側は、前述の原因によって配向不良が発
生する領域となる。このため表示画素電極16と映像信
号線13の重畳する図中右側の幅aが、液晶の配向不良
領域を隠せるように大きく設定されるように配置されて
いる。
【0022】反対に、配向不良領域が発生しない、若し
くは小さな配向不良領域しか存在しない表示画素電極1
6の図中右辺側と映像信号線13との重畳する幅bは、
幅aよりも小さく設定されている。なお、各表示画素電
極16は、夫々所定の間隔cを隔てて配置されている。
【0023】このように設定されたパターン配置を有す
る液晶表示装置の構成を図3に示す。なお、図1及び図
2に示した構成については、同じ符号を用いて説明す
る。図3において、高歪点ガラス基板や石英基板等から
構成される透明な絶縁基板12の主面上には、nチャン
ネルのTFT15を構成する半導体層19、並びに一方
の補助容量電極20が設けられる。
【0024】この半導体層19及び補助容量電極20
は、CVD法等によってアモルファスシリコン膜を絶縁
基板12面上に50nm程度被着させ、450℃で1時
間ほど炉アニールを行なった後に、XeCLエキシマレ
ーザを照射してアモルファスシリコンを多結晶化する。
その後に多結晶シリコンをフォトエッチング法によりパ
ターニングして、表示領域のTFT15を構成するチャ
ンネル層21、及び補助容量電極20となる半導体層が
形成される。
【0025】そして、これらチャンネル層21及び補助
容量電極20となる半導体層を覆うように、絶縁基板1
2面上には、ゲート絶縁膜22が形成される。このゲー
ト絶縁膜22は、CVD法により絶縁基板12の全面
に、ゲート絶縁膜22となるSiOx膜を100nmか
ら150nm程度被着して形成される。
【0026】このゲート絶縁膜22上には、Ta,C
r,Al,Mo,W,Cu等の単体、またはその積層膜
や合金膜を、200nmから400nm程度被着し、フ
ォトエッチング法によりTFT15を構成するゲート電
極23並びに走査線14、補助容量線17が夫々形成さ
れる。
【0027】また、TFT15を構成するドレイン領域
24とソース領域25が、このゲート電極23をマスク
として、イオン注入やイオンドーピング法によって不純
物注入を行うことによって形成される。この不純物の注
入は、例えば80keVの加速電圧で、且つ5×10
15atom/cmのドーズ量で、PH/Hによ
ってリンを高濃度注入し、その後に絶縁基板12をアニ
ールすることにより、不純物を活性化し、更にN−ch
型LDD(Lightly Doped Drain)
26を形成するための不純物注入を行い、絶縁基板12
をアニールすることにより、不純物を活性化することで
得られる。
【0028】これらゲート電極23、走査線14、補助
容量線17を覆うように、ゲート絶縁膜22上には、層
間絶縁膜27が形成されている。この層間絶縁膜27
は、例えばPE−CVD法を用いて、絶縁基板12の全
面にSiOを500nmから700nm程度被着する
ことによって得られる。この層間絶縁膜27には、層間
絶縁膜27をフォトエッチング法を用いてエッチングす
ることにより、ソース領域25、及びドレイン領域24
に到達するコンタクトホール28が形成されている。
【0029】更に、この層間絶縁膜27上には、Ta,
Cr,Al,Mo,W,Cu等の単体層、またはその積
層膜もしくはその合金膜を、500nmから700nm
程度被着し、その後フォトエッチング法によってエッチ
ング処理し、所定形状にパターニングして形成した映像
信号線13が得られる。このとき同時にコンタクトホー
ル28を介してTFT15のソース領域25に接続する
ソース電極29の形成が行なわれる。
【0030】これら映像信号線13及びソース電極29
等の上には、PE−CVD法によって絶縁基板12の全
面にSiNxからなる透明保護絶縁膜30が形成されて
おり、この透明保護絶縁膜30には、ソース電極29に
到達する第1のスルーホール31がフォトエッチング法
により設けられている。
【0031】この透明保護絶縁膜30上には、更に有機
絶縁膜32が形成され、この有機絶縁膜32には、前記
透明保護絶縁膜30の第1のスルーホール31を介し
て、ソース電極29に到達する第2のスルーホール33
が形成されている。この有機絶縁膜32は、次に述べる
ような方法にて作成される。
【0032】即ち、紫外線硬化型アクリル系赤色レジス
ト液を、透明保護絶縁膜30が形成された絶縁基板12
上の全面に、2μmから4μm程スピンナ塗布し、続い
て約90℃で約5分間プリベークする。
【0033】更に赤色着色層に対応するストライプ形状
パターン、並びに表示画素電極16とソース電極29と
を接続する、第2のスルーホール33を形成するための
直径15μmの円形形状パターンを有する所定のマスク
パターンを用いて、150mJ/cmの強度を有する
紫外線により露光する。
【0034】続いて約0.1重量%のTMAH水溶液を
用いて約60秒間現像し、更に水洗い後、約200℃で
1時間程ポストベークをすることによって、第2のスル
ーホール33を有する赤色着色層をまず形成する。
【0035】続いて、緑色着色層、青色着色層を順次同
様な工程を経て形成する。これによって、有機絶縁膜3
2は、赤Rの着色層、緑Gの着色層、青Bの着色層がス
トライプ状に配置されることになり、これらの着色層、
即ち有機絶縁膜32がカラーフィルタとしての機能を呈
することになる。
【0036】この有機絶縁膜32上には、透明な表示画
素電極16が形成されており、この表示画素電極16
は、第2のスルーホール33を介して、ソース電極29
と接続されるように形成されている。この表示画素電極
16は、スパッタ法によりITO膜を100nm程度成
膜し、フォトエッチング法によって所定の形状にパター
ニングすることにより、表示画素電極16を形成し、ア
クティブマトリクス型液晶表示装置のアレイ基板11が
構成されている。
【0037】この液晶表示装置には、アレイ基板11と
対向する対向基板34が配置されている。この対向基板
34は、アレイ基板11の絶縁基板12と同様に、透明
な絶縁基板35が使用され、この透明な絶縁基板35の
主面上には、例えばITO膜からなる透明な対向電極3
6がスパッタ法によって形成され、対向基板34を構成
している。
【0038】更に、これらアレイ基板11及び対向基板
34上に、低温キュア型ポリイミドからなる配向膜37
を夫々印刷し、そして両基板11,34の対向時に、そ
の配向軸が互いに90°となるように、図1中のA方向
及びB方向にラビング処理が施されている。
【0039】これら両基板11,34は、互いの配向膜
37が対向するように配置され、配向膜37の周辺部の
両基板11,34間にシール材(図示せず)を配置して
接着固定される。
【0040】このシール材によって区画された両基板1
1,34の間隙部分には、ネマティック液晶部材38が
注入封止されている。これらの互いに対向するアレイ基
板11及び対向基板34間の間隙部分の間隔は、例えば
粒状や柱状のスペーサ(39)によって、所定の間隙を
保持するように規定されている。これら両基板11,3
4を構成する絶縁基板12,35の外側には、偏光板4
0を夫々貼着することによって、液晶表示装置が形成さ
れている。
【0041】このように構成された液晶表示装置によれ
ば、前述の図2において説明した映像信号線13と表示
画素電極16との相対的な配置関係について、例えば表
示画素電極16の配向不良領域が発生する端部側と映像
信号線13とが重なる幅aを、表示画素電極16の他方
の端部側と映像信号線13とが重なる幅bとを、b<a
の関係に設定し、製造時のフォトマスクのずれや装置位
置精度により、不良発生率について試行を行った結果
を、表1に示す。
【表1】 試行のNo1の場合は、表示画素電極16のオフセット
をずらした場合である。この場合には、互いに隣接する
表示画素電極16間の間隔cは、5μm一定とし、オフ
セットがない0の状態から0.9μmまで、0.3μm
ずつ映像信号線16をずらせてオフセットさせた場合を
示している。
【0042】従って、重ね幅aも3.0μmから順次
0.3μmずつ増加していくこととなる。この際に、こ
の重ね幅aの全表示画素面内でのバラツキ△aを調べた
結果は、重ね幅aの各値のときも、何れも0.5μm以
内に納まっていたが、このバラツキ△aと重ね幅aの比
率をみると、0.167からその数値は減少し、最大重
ね幅aの3.9のときは、0.128となっている。
【0043】この状態での不良発生率をみてみると、△
a/aの値が0.167のときには60%で、0.15
2の場合には30%の発生率が確認されたが、この0.
152以下になると、不良の発生はみられなかった。従
って、△a/aの値を0.16未満に納めれば、不良の
発生を抑制されることが判る。
【0044】また、試行のNo2は、表示画素を太らせ
た場合、即ち表示画素電極16の幅を大きく設定した場
合で、当然のことながら、間隔cは小さくなり、逆に重
ね幅aは大きくなる。この場合でもバラツキ△aは、
0.5で、△a/aは0.125となり、不良率は0を
記録した。
【0045】更に、試行のNo3は、露光アライメント
の精度を向上させた場合を示しており、バラツキ△aを
夫々0.45及び0.4の場合に、△a/aは夫々0.
150と0.133となった。この0.150の場合に
は、20%の不良発生率を記録したが、0.133の場
合には、不良は発生しなかった。
【0046】同様に、試行のNo4は、映像信号線13
の線幅を拡大させたもので、当然それに応じて重ね幅a
も3.5及び4.0と拡大していく。この場合も△a/
aは、0.143と0.125となり、0.143の場
合に、不良発生率が5%となった。
【0047】また、試行のNo5は、試行のNo3の場
合とNo4の場合とを組合せ、映像信号線13の線幅を
拡大させ、且つ露光アライメント精度を向上させた場合
を示している。この場合には、△a/aは0.100と
なり、不良の発生は見られなかった。
【0048】また、重ね幅aは、遮光性を維持するため
には、1μm以上を必要とし、更に高開口率を達成させ
るために5μm以下となるように設定すれば、これらの
要件を満足させながら、且つ不良発生率を抑制できるこ
とも判明した。
【0049】これらの試行の結果から、不良発生率が0
のもの、及び不良発生率が数%以内のものを最良品
(◎)とし、不良発生率がこれ以上で、且つ50%以下
のものを良品(○)とし、不良発生率が50%を超える
ものは不良品(×)と判定すると、表1の結果欄に示す
ように纏めることができる。この試行の結果から導かれ
た結論は、△a/aの値を0.16未満に抑えるように
設計及び製造することによって、表示画面に発生する縦
縞模様の表示ムラを防止できることが判明した。
【0050】この△a/aの値と、縦縞状表示ムラの不
良発生率との関係を纏めると、図4に示すようになる。
この図4からも、△a/aの値を0.16未満に設定す
れば、不良発生率を50%以下に抑制できることが判
る。
【0051】なお、上記説明では、半導体としてポリシ
リコン層を用いたアクティブマトリクス型液晶表示装置
の場合を例として説明してきたが、本発明は半導体とし
て、例えばアモルファスシリコン層等の半導体層を用い
たアクティブマトリクス型液晶表示装置にも適用するこ
とが可能であり、また、配線パターンやその接続形態、
更には構成物の構造並びに製造方法等については、種々
の変形や応用が可能であり、本発明は、これら実施例に
限定されないことは明らかである。
【0052】
【発明の効果】以上述べてきたように、本発明によれ
ば、表示画素電極と映像信号線の重畳する両側の重ね幅
のうち、重ね幅の広い端部側について、その重ね幅の全
表示画素面内での平均値aと、そのバラツキ△aとを、
△a/a<0.16を満足するように設定することによ
って、縦縞状表示ムラ等の発生を表示面上で防止できる
ので、表示品位に優れ、また製品の歩留まりの向上を図
れる液晶表示装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に関する液晶表示装置を構成するアレイ
基板のパターニング状態を説明するための平面図。
【図2】本発明に関する液晶表示装置の一部構成の概要
を示す断面図。
【図3】同じく画素電極と信号線との配置関係を説明す
るための一部断面図。
【図4】映像信号線と表示画素電極との重ね幅及びその
バラツキと、縦縞状表示ムラ不良発生率との関係を示す
説明図。
【符号の説明】
11:アレイ基板 12:絶縁基板 13:映像信号線 14:走査線 15:薄膜トランジスタ(TFT) 16:表示画素電極 32:有機絶縁膜 34:対向基板 35:絶縁基板 36:対向電極 37:配向膜 38:液晶部材 39:スペーサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 真鍋 敦行 埼玉県深谷市幡羅町一丁目9番2号 株式 会社東芝深谷工場内 (72)発明者 磨矢 奈津子 埼玉県深谷市幡羅町一丁目9番2号 株式 会社東芝深谷工場内 (72)発明者 吉田 典弘 埼玉県深谷市幡羅町一丁目9番2号 株式 会社東芝深谷工場内 (72)発明者 山口 剛史 埼玉県深谷市幡羅町一丁目9番2号 株式 会社東芝深谷工場内 (72)発明者 羽藤 仁 埼玉県深谷市幡羅町一丁目9番2号 株式 会社東芝深谷工場内 (72)発明者 宮崎 大輔 埼玉県深谷市幡羅町一丁目9番2号 株式 会社東芝深谷工場内 Fターム(参考) 2H092 JA24 JA34 JA37 JA46 JB04 JB06 JB22 JB25 JB31 JB56 JB61 KA04 KA05 KA12 KA18 KB04 KB05 KB25 MA05 MA07 MA13 MA17 MA30 NA01 NA04 PA02 5C094 AA03 AA09 AA10 AA42 AA43 BA03 BA44 CA19 EA04 EA05 EA07 EC03 ED14 ED15 JA08 5F110 CC02 DD02 DD03 EE02 EE03 EE04 EE06 EE14 FF02 FF29 GG02 GG13 GG44 HJ04 HJ12 HJ13 HJ23 HL02 HL03 HL04 HM15 NN04 NN23 NN24 NN27 NN35 NN43 NN72 NN73 PP03 PP29 QQ11

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板上に互いに交差するようにマトリク
    ス状に配列された複数の映像信号線及び走査線と、 この映像信号線及び走査線の交点部分に接続されたスイ
    ッチング動作をする薄膜トランジスタと、 この薄膜トランジスタに接続され、絶縁膜を介して前記
    基板上にマトリクス状に配列された透明な複数の表示画
    素電極と、 を備えたアレイ基板と、 このアレイ基板と対向して配置される対向基板と、 この対向基板とアレイ基板の間隙部分に封入された液晶
    と、 を具備し、 前記映像信号線を隣り合う表示画素電極同志の中間部分
    に、その一部が前記表示画素電極に夫々重なるように配
    置し、その重ね幅が大きい方の全表示画素面内の平均重
    ね幅をaとし、そのバラツキを△aとした場合に、△a
    /a<0.16に設定することを特徴とする液晶表示装
    置。
  2. 【請求項2】 前記平均重ね幅は、1μm≦a≦5μm
    に設定することを特徴とする請求項1記載の液晶表示装
    置。
  3. 【請求項3】 前記絶縁膜は、着色層で構成されている
    ことを特徴とする請求項1記載の液晶表示装置。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007333835A (ja) * 2006-06-13 2007-12-27 Casio Comput Co Ltd 薄膜トランジスタパネルおよび液晶表示装置
JP2010008437A (ja) * 2008-05-26 2010-01-14 Seiko Epson Corp 電気光学装置及びその製造方法並びに電子機器

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