JP2002148657A - 液晶表示装置 - Google Patents

液晶表示装置

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JP2002148657A
JP2002148657A JP2000346799A JP2000346799A JP2002148657A JP 2002148657 A JP2002148657 A JP 2002148657A JP 2000346799 A JP2000346799 A JP 2000346799A JP 2000346799 A JP2000346799 A JP 2000346799A JP 2002148657 A JP2002148657 A JP 2002148657A
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JP
Japan
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liquid crystal
crystal display
display device
colored layer
line
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Application number
JP2000346799A
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English (en)
Inventor
Tetsuya Iizuka
哲也 飯塚
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Toshiba Corp
Toshiba Development and Engineering Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Toshiba Electronic Engineering Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 アレイ基板の配線上に着色層を形成した配線
BM構造を有するアクティブマトリクス型液晶表示装置
において、高精細化に伴う開口率の低下を抑え、高開口
率を実現する。また、柱状スペーサの形状及び高さの制
御を容易とし、セルギャップを均一に保てるようにす
る。 【解決手段】 着色層22(a)の片側に形成した凹形
状の切り欠き部23(a)と、この切り欠き部23
(a)に隣接する着色層22(c)の周縁部24(c)
とを組み合わせてコンタクトホール24aを形成する。
また、切り欠き部23(a)と、これと対向する他方の
側に形成した周縁部24(a)との間に存在する平坦な
領域に柱状スペーサ27を配置するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は薄膜トランジスタ
(Thin Film Transistor、以下TFTと称する)からな
るスイッチング素子を各画素電極毎に配置したアクティ
ブマトリクス型液晶表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、高密度かつ大容量でありながら、
高機能、高精細な表示が得られる液晶表示装置の実用化
が進められている。
【0003】この液晶表示装置には各種方式があるが、
中でも隣接画素間のクロストークが小さく、高コントラ
ストの表示が得られ、透過型表示が可能かつ大面積化も
容易などの理由から、互いに交差する方向に設けられた
複数本の走査線と複数本の信号線により区画された複数
個の領域に、TFTをスイッチング素子とする画素電極
がマトリクス状に設けられたアレイ基板を備える、アク
ティブマトリクス型液晶表示装置が多く用いられてい
る。
【0004】このようなアクティブマトリクス型液晶表
示装置では、通常、画素間の光漏れを防ぐ目的でブラッ
クマトリクス(BM)が設けられている。従来、BMは
カラーフィルタ用の着色層とともに、アレイ基板と液晶
層を介して対向して配置される対向基板側に配置される
のが一般的であった。しかしながら、このような構造で
は、アレイ基板と対向基板との合わせずれを考慮する必
要が有り、光を透過する開口部分の割合(開口率)の低
下を引き起こしていた。このため、近年においては、配
線をBMとして用いる配線BM構造が提案されている。
これは、アレイ基板の開口部分と配線上に有機絶縁膜を
形成するとともに、その上層に画素電極を形成し、かつ
その端部がマトリクス状に設けられた配線上に重なるよ
うにしたものである。このような構造では、アレイ基板
と対向基板との合わせずれによる開口率の低下がないた
め、高開口率を実現することができる。
【0005】また、前記有機絶縁膜の代わりに、従来、
対向基板側に配置されていたカラーフィルタの着色層を
形成した構造も提案されている。このような構造では、
従来、アレイ基板と組み合わせていた対向基板側のカラ
ーフィルタが不要となるため、高開口率を実現するとと
もに、製造コストの低減を図ることができる。
【0006】さらに、基板間のギャップ(セルギャッ
プ)を保持するための樹脂の柱状スペーサも、アレイ基
板上の非表示領域に配置した構造も提案されている。こ
のような構造においては、セルの製造工程におけるスペ
ーサ散布工程の削減、及び表示領域でのスペーサによる
光抜けをなくすことによるコントラスト比の改善も同時
に実現することができる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したア
レイ基板の配線上に着色層を形成し、この着色層を挟ん
で配線と画素電極とを重ね合わせた配線BM構造におい
ては、着色層の上部に画素電極が形成されるため、画素
電極とスイッチング素子とを電気的に接続するためにコ
ンタクトホール(スルーホール)を形成する必要があ
る。このコンタクトホールは画素の開口部とならないた
め、開口率を低下させないためにも可能な限り微細であ
ることが望ましい。しかしながら、BMとなる配線と画
素電極との間に生じる寄生容量を抑えるために着色層は
数μmの膜厚が必要となるうえ、着色層は透明の有機絶
縁膜と比較して加工性が劣ることから、着色層に微細な
コンタクトホールを形成することは極めて困難であっ
た。
【0008】このように、アレイ基板の配線上に着色層
を形成した配線BM構造においては、着色層に微細なコ
ンタクトホールを形成することが難しく、高精細化した
際にはコンタクトホールの分だけ開口率が低下するとい
う問題点があった。
【0009】また、アレイ基板上に柱状スペーサを配置
する場所としては、出来るだけ平坦な部分が望ましい
が、高精細化に伴い配置場所が制限され、隣接する着色
層同士が重なり合う境界部分に形成せざるを得なくなっ
ている。このため、平坦な部分に形成する場合に比べ
て、柱状スペーサの形状及び高さの制御が難しく、セル
ギャップを均一に保つことが難しいという問題点があっ
た。
【0010】この発明の目的は、アレイ基板の配線上に
着色層を形成した配線BM構造において、高精細化に伴
う開口率の低下を抑えて、高開口率を実現した液晶表示
装置を提供することにある。
【0011】また、この発明の他の目的は、上記目的に
加えて、さらに柱状スペーサの形状及び高さの制御を容
易とし、セルギャップを均一に保つことができる液晶表
示装置を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項1の発明は、主面上に、互いに交差して配置
された複数の信号線及び複数の走査線と、前記複数の走
査線と並行に配置された複数の補助容量線と、前記信号
線と走査線の各交差部毎に配置されたスイッチング素子
と、前記信号線、前記走査線、前記補助容量線及び前記
スイッチング素子の少なくとも一部を覆うように配置さ
れたストライプ形状の赤色、緑色、青色の着色層と、前
記着色層上に形成されたスルーホールを介して前記スイ
ッチング素子の各々に電気的に接続されるとともに、前
記走査線又は前記補助容量線のいずれか一方と前記信号
線により開口部が規定された複数の画素電極とを含むア
レイ基板を備えた液晶表示装置において、前記ストライ
プ形状の赤色、緑色、青色の着色層の片側に形成した凹
形状の切り欠き部と、前記切り欠き部に隣接する着色層
の周縁部との組み合わせにより前記スルーホールが形成
されることを特徴とする。
【0013】請求項2の発明は、請求項1において、前
記切り欠き部に隣接する着色層の周縁部が凸形状である
ことを特徴とする。
【0014】請求項3の発明は、請求項1又は2におい
て、前記ストライプ形状の赤色、緑色、青色の着色層の
片側に形成した凹形状の切り欠き部と、前記切り欠き部
と対向する他方の側に形成された周縁部との間に柱状ス
ペーサを配置したことを特徴とする。
【0015】
【発明の実施の形態】次に、この発明に係わる液晶表示
装置をアクティブマトリクス型液晶表示装置に適用した
場合の実施形態について説明する。
【0016】なお、以下の実施形態において、同一構造
の部分が複数あるときは、その一つを代表して説明する
ものとし、同一部分を複数の図面を使って説明する場合
は、一つの図面に示された符号で他の図面をも説明す
る。また、符号に付くa,b,cは赤(R),緑
(G),青(B)の各画素の識別を示すが、一部省略し
て記述する。さらに、“着色層22a,22b,22
c”のように複数の同一部分があるときは、必要に応じ
て“着色層22”と総称して記述する。
【0017】図2は、この実施形態に係わる液晶表示装
置10の電極構造を示す概略平面図であり、赤色
(R),緑色(G),青色(B)の順に着色層が配置さ
れた状態を示している。また図3は、図2の一点鎖線A
−Bに沿って切断した概略断面図である。
【0018】液晶表示装置10は、後述する着色層(カ
ラーフィルタ)を有するアレイ基板110と対向基板1
20との間に液晶層70を挟持している。これらの2枚
の基板間の距離は樹脂からなる柱状スペーサ27によっ
て規定されており、さらにアレイ基板110及び対向基
板120は、基板外周を囲むように配置された図示しな
いシール部材によって接着されている。また対向基板1
20は、透明基板51上にITOからなる対向電極5
2、配向膜53が順に形成されている。
【0019】一方、アレイ基板110は、透明基板11
上に走査線15、これと平行に設けられた補助容量線1
6及び絶縁膜17を介してこれらと直交する信号線19
aが配置されている。また、走査線15と信号線19の
交点近傍にはスイッチング素子としてNch型LDD構
造のTFT素子30と、このTFT素子30と電気的に
接続されたソース電極12aと、このソース電極12a
と後述する画素電極26とを電気的に接続するコンタク
ト電極18bが配置されている。
【0020】補助容量線16と信号線19は配線BMと
して機能し、画素電極26の開口部を平面的に規定して
いる。
【0021】また、透明基板11上にはTFT素子30
だけでなく、図示しない駆動回路が表示領域周辺に形成
されている。そして、TFT素子30および前記駆動回
路を覆うように保護絶縁膜20が形成され、さらにその
上部にカラーフィルタとして赤色着色層(R)22a,
緑色着色層(G)22b,青色着色層(B)22cがス
トライプ形状に配置されている。
【0022】ここで、各着色層22に形成されたコンタ
クトホール25の構造について説明する。
【0023】図1は、図2の部分拡大図であり、とくに
図2の一点鎖線A−Bに相当する部分を示している。こ
こでは、主に着色層22a、22cを例として説明する
が、着色層22に形成されたコンタクトホール25の構
造は各色共通である。
【0024】ストライプ形状に配置された着色層22a
の片側には、凹形状の切り欠き部23aが形成されてい
る。また、この切り欠き部23aに隣接する着色層22
cにおいて、切り欠き部23aに対応する片側には凸形
状の周縁部24cが形成されている。これら凹形状の切
り欠き部23aと凸形状の周縁部24cとが組み合わさ
れることで、着色層22a上にコンタクトホール25a
が形成されている。また着色層22aにおいて、切り欠
き部23aと対向する他方の側には凸形状の周縁部24
aが形成されている。この周縁部24aは、図2に示す
ように着色層22bの切り欠き部23bと組み合わされ
ることで、着色層22b上にコンタクトホール25bが
形成されている。同様にして、図2に示すように着色層
22bに形成された凸形状の周縁部24bは、着色層2
2cの切り欠き部23cと組み合わされることで、着色
層22c上にコンタクトホール25cが形成されてい
る。
【0025】画素電極26は、これら着色層22上に配
置されており、着色層上のコンタクトホール25及び保
護絶縁膜20に形成されている保護絶縁膜コンタクトホ
ール21を介して、ソース電極12aと接続している。
また、画素電極26の周縁部は、配線BMとして機能す
る補助容量線16と信号線19の上に重なり合うように
形成されている。
【0026】さらに、画素電極26及び着色層22を覆
うように基板全面には配向膜28が形成されている。そ
して、緑色着色層(G)22bのパターンの端は、赤色
着色層(R)22aや青色着色層(B)22cで覆われ
ている。これは、各着色層を加工する際に用いる遮光マ
スクを適合するように作製することで達成される。
【0027】また、着色層22aの切り欠き部23a
と、この切り欠き部23aと対向する他方の側に形成さ
れた周縁部24aとの間には、柱状スペーサ27が配置
されている。この柱状スペーサ27は所定間隔で配置さ
れている。この実施形態では柱状スペーサ27を着色層
22a上に形成した例を示しているが、柱状スペーサ2
7は他の着色層上に配置されていてもよい。
【0028】上記のように構成された液晶表示装置10
によれば、着色層22の切り欠き部23と、この切り欠
き部23と隣接する着色層に形成された周縁部24とを
組み合わせることでコンタクトホール25が形成されて
いる。着色層22の切り欠き部23と周縁部24は、と
もにパターニングにより高精度に形成することができる
ため、着色層22に微細なコンタクトホールを容易に作
ることができる。このコンタクトホールの寸法は、着色
層22のストライブと直交する方向については、色のパ
ターン精度と合わせ精度の限界まで縮小することができ
る。またストライプと平行な方向の寸法についても、通
常のコンタクトホールよりも小さく形成することができ
るため、結果として従来構造のコンタクトホールに比べ
大幅に微細化することが可能となる。このようにして、
高精細化に伴いコンタクトホールを微細化することで、
開口率の低下を抑えて、高開口率を実現することが可能
となる。
【0029】図4は、微細寸法のコンタクトホールを形
成した場合の例を示す概略平面図であり、図2と同等部
分を同一符号で示している。図4に示すように、凹形状
の切り欠き部23aと凸形状の周縁部24cの寸法関係
を変えることにより、着色層上のコンタクトホール25
の大きさを大幅に縮小することができる。図4では、コ
ンタクトホール25を着色層22のストライプと直交す
る方向に小さくした例を示したが、コンタクトホールの
形成位置や形状は任意に設定することができることは言
うまでもない。
【0030】さらに、この実施形態では、凹形状の切り
欠き部23aと凸形状の周縁部24cとを組み合わせた
例について示したが、周縁部24は必ずしも凸形状でな
くてもよく、例えば図5に示すような形状であってもよ
い。
【0031】また、柱状スペーサ27が着色層22上の
平坦な部分に形成されているため、隣接する着色層同士
が重なり合う境界部分に形成する場合に比べて、柱状ス
ペーサの形状及び高さの制御が容易なものとなる。した
がって、高精細化に伴い柱状スペーサの配置場所が制限
されるような場合でも、セルギャップを均一に保つこと
ができる。
【0032】次に、上述した液晶表示装置10の製造方
法について説明する。
【0033】まず、高歪点ガラス基板や石英基板などの
透明基板(透光性絶縁性基板)11上にCVD法などに
よりa−Si膜を被着する。炉アニールを行った後、X
eClエキシマレーザを照射し、a−Siを多結晶化す
る。その後に、多結晶Siをフォトエッチング法により
パターンニングして、表示領域内画素部のTFT素子3
0(画素TFT)のチャネル層12及び図示しない駆動
回路領域のTFT(回路TFT)のチャネル層となり、
さらには補助容量素子の補助容量下部電極となるポリシ
リコン膜13を形成する。このポリシリコン膜13は、
着色層(R)22a,着色層(G)22b,着色層
(B)22c上の画素電極26と電気的に並列に配列さ
れる。
【0034】次に、CVD法により透明基板11の全面
にゲート絶縁膜14となるSiOx膜を被着する。続い
て、SiOx膜上全面にTa,Cr,Al,Mo,W,
Cuなどの単体又はその積層膜あるいは合金膜を被着
し、フォトエッチング法により所定の形状にパターニン
グし、走査線15とこれを延在して成るTFT素子30
のゲート電極15b、補助容量線16及び図示しない回
路TFTのゲート電極と駆動回路領域内の各種配線を形
成する。ここで補助容量素子130の補助容量下部電極
13とゲート絶縁膜14を介して対向し、補助容量素子
130の上部電極となり、かつ信号線19とともに配線
BMとなる補助容量線16を形成する。
【0035】その後、これら電極をマスクとしてイオン
注入又はイオンドーピング法により不純物の注入を行
い、TFT素子30のソース電極12a、ドレイン電極
12b、及び図示しない駆動回路領域のNch型のTF
Tのソース電極とドレイン電極を形成する。
【0036】次に、TFT素子30及び図示しない駆動
回路領域のNch型のTFTには不純物が注入されない
ようにレジストで被覆した後、図示しない駆動回路領域
のPch型のTFTの走査電極をそれぞれマスクとし
て、ボロンを高濃度注入して、駆動回路領域のPch型
のTFTのソース電極とドレイン電極を形成する。その
後、さらに図示しないNch型LDD(Lightly Doped
Drain)を形成するための不純物注入を行い、基板をア
ニールすることにより不純物を活性化する。
【0037】続いて、例えばPECVD法により、TF
T素子30のソース電極12に至る層間絶縁膜コンタク
トホール18aとドレイン電極12bに至る層間絶縁膜
コンタクトホール18bと、図示しない駆動回路(TF
T)のソース電極とドレイン電極に至る層間絶縁膜コン
タクトホールを形成する。
【0038】次に、Ta,Cr,Al,MO,W,Cu
などの単体又はその積層膜あるいは合金膜を被着し、フ
ォトエッチング法により所定の形状にパターニングし、
信号線19、TFT素子30のドレイン電極12bと信
号線19の接続、ソース電極12a、及び図示しない駆
動回路領域の回路TFTの各種配線等を行う。
【0039】さらに、PECVD法により絶縁基板の全
面にSiNxからなる保護絶縁膜20を成膜した後、フ
ォトエッチング法により画素電極26に至る保護絶縁膜
コンタクトホール21を形成する。
【0040】次に、紫外線硬化型アクリル系緑色レジス
ト液を、電極が形成された基板上にスピンナ塗布により
塗布する。続いて、これをプリベークし、所定のマスク
・パターンを用いて露光する。ここで用いるフォトマス
ク・パターンは、赤色着色層(R)22aに対応するス
トライプ形状パターンと、画素電極26とソース電極1
2aとの接続のためのコンタクトホール25を形成する
ための凹形状の切り欠き部23aと凸形状の周縁部24
aを有している。続いて、現像水洗い後、ポストベーク
をすることによって、赤色着色層(R)22aを形成す
る。
【0041】続いて、切り欠き部23bと周縁部24b
を有している緑色着色層(G)22b、切り欠き部23
cと周縁部24cを有している青色着色層(B)22c
も同様の工程で形成する。このとき、切り欠き部23a
と周縁部24cを組み合わせることにより、赤色着色層
(R)22a上のコンタクトホール25aが形成され
る。同様に、切り欠き部23bと周縁部24a、並びに
切り欠き部23cと周縁部24bとをそれぞれ組み合わ
せることにより、緑色着色層(G)22b及び青色着色
層(B)22c上のコンタクトホール25b、25cが
形成される。これは、先に述べたように、加工する際に
用いる露光マスクを適合するように作製することで高精
度に形成することができる。
【0042】次に、着色層22上にスパッタリング法に
よりインジウム・すず酸化物(ITO)を堆積し、その
周縁部が補助容量線16及び信号線19と重なり合うよ
うにパターニングすることにより画素電極26を形成す
る。
【0043】次に、樹脂で形成された柱状スペーサ27
を、切り欠き部23aと周縁部24aとの間に配置す
る。この柱状スペーサ27の下層は、赤色着色層(R)
22a、緑色着色層(G)22b又は青色着色層(B)
22cの平坦な領域となる。
【0044】その後、ポリイミドからなる配向膜材料を
基板全面に塗布、配向処理を施して配向膜28を形成す
ることで、カラーフィルタ(着色層)を有するアレイ基
板110を完成する。
【0045】次に、透明基板51上にスパッタ法により
ITOを堆積して対向電極52を形成し、続いてポリイ
ミドからなる配向膜材料を基板全面に塗布、配向処理を
施して配向膜53を形成することで、対向基板120を
完成する。
【0046】続いて、対向基板120の外局周辺部に図
示しないシール材を、図示しない液晶注入用の注入口を
除いて塗布する。そして、この対向基板120及びアレ
イ基板110とをシール材により貼り合わせて、空状態
のセルを完成する。
【0047】さらに、カイラル材が添加されたネマティ
ック液晶材料(70)を、図示しない注入口からセル内
に真空注入する。注入後、前記注入口を図示しない封止
材としての紫外線硬化樹脂を用いて封止したあと、セル
の両側にそれぞれ偏光板を配置することにより液晶表示
装置10を完成する。
【0048】上述した実施形態では、画素電極26の開
口部を補助容量線16と信号線19により規定した例に
ついて示したが、画素電極26の開口部は補助容量線1
6と走査線15により規定したものであってもよい。
【0049】
【発明の効果】以上説明したように、この発明に係わる
液晶表示装置では、着色層上に微細なコンタクトホール
を容易に作ることができるので、高精細化に伴いコンタ
クトホールを微細化することで、開口率の低下を抑え
て、高開口率を実現することができる。
【0050】また、柱状スペーサを着色層上の平坦な部
分に形成することにより、柱状スペーサの形状及び高さ
の制御を容易なものとすることができるため、高精細化
に伴い柱状スペーサの配置場所が制限されるような場合
でも、セルギャップを均一に保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図2の一点鎖線A−Bに相当する部分拡大図。
【図2】実施形態に係わる液晶表示装置の電極構造を示
す概略平面図。
【図3】図2の一点鎖線A−Bに沿って切断した概略断
面図。
【図4】微細寸法のコンタクトホールを形成した場合の
例を示す概略平面図。
【図5】周縁部の他の形状例を示す概略平面図。
【符号の説明】 11…(アレイ側)透明基板、12…ソース電極(TF
Tチャネル層)、13…ポリシリコン膜(補助容量下部
電極)、14…ゲート絶縁膜、15…走査線、16…補
助容量線、17…絶縁膜、18…コンタクト電極(層間
絶縁膜コンタクトホール)、19…信号線、20…保護
絶縁膜、21…保護絶縁膜コンタクトホール、22…着
色層、23…切り欠き部、24…周縁部、25…(着色
層)コンタクトホール、26…画素電極、27…柱状ス
ペーサ、28…配向膜、30…TFT素子、51…(対
向側)透明基板、52…対向電極、53…配向膜、11
0…アレイ基板、120…対向基板、130…補助容量
素子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2H089 LA09 QA14 QA16 TA04 TA05 TA09 TA12 2H091 FA02 GA02 GA07 GA08 GA13 LA12 LA16 2H092 GA13 GA23 HA04 HA06 HA28 JA24 JA46 JB64 KA05 KA22 KB14 KB24 KB25 MA07 MA14 MA27 NA07 PA02 PA03 PA08 5F110 BB02 DD02 DD03 EE02 EE03 EE04 FF02 FF29 GG02 GG13 GG44 HJ01 HJ12 HJ13 HJ23 HL02 HL03 HL04 HM15 NN02 NN24 NN35 NN72 NN73 PP03

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 主面上に、互いに交差して配置された複
    数の信号線及び複数の走査線と、前記複数の走査線と並
    行に配置された複数の補助容量線と、前記信号線と走査
    線の各交差部毎に配置されたスイッチング素子と、前記
    信号線、前記走査線、前記補助容量線及び前記スイッチ
    ング素子の少なくとも一部を覆うように配置されたスト
    ライプ形状の赤色、緑色、青色の着色層と、前記着色層
    上に形成されたスルーホールを介して前記スイッチング
    素子の各々に電気的に接続されるとともに、前記走査線
    又は前記補助容量線のいずれか一方と前記信号線により
    開口部が規定された複数の画素電極とを含むアレイ基板
    を備えた液晶表示装置において、 前記ストライプ形状の赤色、緑色、青色の着色層の片側
    に形成した凹形状の切り欠き部と、前記切り欠き部に隣
    接する着色層の周縁部との組み合わせにより前記スルー
    ホールが形成されることを特徴とする液晶表示装置。
  2. 【請求項2】 前記切り欠き部に隣接する着色層の周縁
    部が凸形状であることを特徴とする請求項1に記載の液
    晶表示装置。
  3. 【請求項3】 前記ストライプ形状の赤色、緑色、青色
    の着色層の片側に形成した凹形状の切り欠き部と、前記
    切り欠き部と対向する他方の側に形成された周縁部との
    間に柱状スペーサを配置したことを特徴とする請求項1
    又は2に記載の液晶表示装置。
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