JP2003315827A - 液晶表示装置 - Google Patents
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Abstract
に起因する輝度むらを低減して高輝度、高精彩表示を可
能とする。 【解決手段】 走査信号配線102と映像信号配線10
8で囲まれる領域で少なくとも一つの画素が構成され、
それぞれの画素に複数の画素にわたって共通信号配線1
03により接続された対向電極112と、対応する薄膜
トランジスタ113に接続された画素電極111とを有
し、対向電極112と画素電極111間に印加される電
圧により、液晶層に基板面と略平行な成分を持った電界
を発生させる構成とし、画素電極111の一部を層間絶
縁膜を介して画素電極111が接続されている薄膜トラ
ンジスタ113側の走査信号配線102と少なくとも1
箇所で重畳させ、画素電極111と走査信号配線102
の間に容量部115を形成した。
Description
り、特に所謂、横電界方式を用いたアクティブマトリク
ス型の液晶表示装置に関する。
に液晶層を挟持し、当該基板の内面に画素選択のための
電極や配線を形成した液晶パネルに駆動回路チップ、制
御回路等を組み合わせ、さらに必要に応じて照明光源装
置を組み込んで構成される。この液晶表示装置として、
マトリクス配列された多数の画素で構成する表示領域に
当該画素選択用の薄膜トランジスタ (TFT: Thin Fi
lm Transistors)を設けた構造のアクティブマトリック
ス方式が多く採用されている。この種の液晶表示装置の
表示方式の1つに、液晶パネルを構成する一対の基板の
一方(第一基板:薄膜トランジスタ基板))に並設した
画素電極と対向電極との間に、当該基板面に対してほぼ
平行な(支配的に平行な)電界成分を液晶に印加する横
電界方式(インプレインスイッチング方式、以下これを
IPS方式とも略称する)がある。
は、基板面にほぼ垂直な縦電界を液晶に印加する縦電界
方式(ツイストネマチック方式、TN方式とも略記す
る)に比べて、広視野角化と高コントラスト化が可能で
ある。しかし、液晶パネルの基板内に形成された電極仕
上がり寸法のばらつきにより、画素電極と対向電極との
間隔がばらつく。これによって液晶に印加される電界の
大きさも画素間でばらつき、表示輝度むらが発生すると
いう問題があった。
記載されているように、スイッチング素子に非晶質シリ
コン薄膜トランジスタを採用し、薄膜トランジスタのソ
ース・ドレイン電極と画素電極または対向電極を同一フ
ォトマスクでパターニングすることにより、画素電極と
対向電極との間隔(後述するL)、およびゲート信号線
とソース電極間の容量(同Cgs)を同時に変動させ、液
晶に印加する電界に対するお互いの影響を相殺、補償
し、表示輝度むらを低減する対策が取られている。
平10−543713(WO98/47044)号公報
のように、低電圧駆動を目的として画素電極と対向電極
を共にアクティブ素子である薄膜トランジスタの表面保
護絶縁膜上に配置するような、薄膜トランジスタTFT
のソース・ドレイン電極と画素電極または対向電極とを
別のフォトマスクでパターニングする画素構造や、例え
ば、トップゲート型多結晶シリコン薄膜トランジスタT
FTのように、走査信号配線とソース電極間の容量(C
gs)がない自己整合電極構造の薄膜トランジスタTFT
を用いた場合は、画素電極と対向電極との間隔(L)と
走査信号配線とソース電極間の容量Cgsとが連動しない
ため、液晶に印加される電界の大きさが画素間でばらつ
き、表示輝度むらが発生するという問題があった。
なされたもので、その目的は表示の輝度むらを低減して
高輝度、高精細の高品質表示を可能としたアクティブマ
トリクス型の液晶表示装置を提供することにある。
向電極と容量を形成する電極部分が加工の際に同時加工
されることに着目し、加工による電極間隔の加工量の変
動を容量を形成する電極部分の加工量の変動に連動させ
ることで液晶に印加される電界の大きさのばらつきを無
くし、表示輝度むらの発生を回避した。
による液晶表示装置は、例えば、一対の基板と、この基
板間に挟持された液晶層と、前記一対の基板の第一基板
には、複数の走査信号配線(以下、ゲート線とも言う)
とそれらにマトリクス状に交差する複数の映像信号配線
(以下、ドレイン線とも言う)と、これらの配線のそれ
ぞれの交点に対応して形成された複数の薄膜トランジス
タとを有し、前記複数の走査信号配線および、前記映像
信号配線で囲まれるそれぞれの領域で少なくとも一つの
画素が構成され、それぞれの画素には複数の画素にわた
って共通信号配線(以下、コモン線とも言う)により接
続された対向電極と、対応する薄膜トランジスタに接続
された画素電極とを有し、前記対向電極と前記画素電極
間に印加される電圧により、前記液晶層には前記第一基
板に対して支配的に平行な成分を持った電界を発生させ
る構成とした液晶表示装置であって、前記画素電極の一
部が少なくとも一層の層間絶縁膜を介して、前記画素電
極が接続されている薄膜トランジスタ側の前記ゲート線
と少なくとも1箇所で重畳し、前記画素電極と前記ゲー
ト線の間に容量部を形成した。
置によれば、画素電極をゲート線に重ねることで新たに
形成された容量Cgpの変動が画素電極と対向電極との間
隔Lの変動と連動するため、薄膜トランジスタのソース
・ドレイン電極と画素電極または対向電極とを別のフォ
トマスクでパターニングした画素構造や、ゲート線とソ
ース電極間の容量Cgsがない自己整合電極構造の薄膜ト
ランジスタを用いた場合にも表示輝度むらを低減するこ
とができる。
gsがない自己整合電極構造の薄膜トランジスタを用いた
場合を例に挙げ、電極間隔変動ΔLと容量変動ΔCgpの
輝度むらに対する補償関係を説明する。
依存し、輝度と電界との関係(T−E特性)は一般的に
しきい値電界(Eth)を用いて次式のように直線近似で
きる。 T(E)=α(E−Eth) 、 αは比例定数 ・・・・(1) さらに、Eを電極間隔(L)、液晶に印加される実効電
圧VLCを用いて E=VLC/L ・・・・(2) と近似すると、輝度―電圧(T−VLC)特性は T(VLC)=(α/L)(VLCd−EthL) ・・・・(3) と表すことができる。
透過率の変動(ΔT)は ΔT=(δT/δV)ΔVLC+(δT/δL)ΔL+(δT/δα)Δα =(α/L)ΔVLC−(αVLC/L2 )ΔL+((VLC−EthL)/L)Δα ・・・・(4) となる。
動の項で、表示輝度むらの主原因である。また、右辺第
1項(ΔVLCの項)は容量Cgp変動が寄与する項であ
る。電極間隔Lの変動による表示輝度むらを容量Cgp変
動によって相殺するには α/LΔVLC=αV/L2ΔL ・・・・(5) つまり、 (VLC/L)ΔL=ΔVLC ・・・・(6) の関係が成り立てばよい。
を固定したコモン固定駆動の駆動波形を示す。ドレイン
電圧VD は画像信号電圧VSIGの正書き込み(VD + )
と負書き込み(VD - )に対応して VD±=±VSIG +VD-CENTER ・・・・(7) と表すことができる。
ΔCf はTFTオン・オフ時のフィールドスルー容量で
あり、以下のように定義できる。すなわち、 Ctot =Cgp+Cstg +Clc ・・・・(9) ΔCf =Cfon −Cgp ・・・・(10)
量、Cfon は薄膜トランジスタがオン状態におけるフィ
ールドスルー容量である。このフィールドスルー容量を
介してゲート配線から画素電極にフィールドスルー電圧
Vf が入る。
に、コモン信号配線の電圧を交流化したコモン交流駆動
等があるが、いずれの方式も液晶に印加される実効駆動
電圧VLCは(8)式と同様な形で次式のように一般化で
きることが知られている。 VLC=V’SIG [1+ΔC’f/Ctot ] ・・・・(11)
流化されたフルコモン交流駆動では V’SIG =VSIG +VCPP /2 ・・・・(14) ΔC’f =ΔCf =Cfon −Cgp ・・・・(15)
モン交流駆動では V’SIG =VSIG +VCPP /2 ・・・・(16) ΔC’f =ΔCf −[VCPP /(2VSIG +VCPP )]Cfon =(VSIG /V’SIG ) Cfon −Cgp ・・・・(17) なお、VCPPはゲート配線に重畳するパルスである。
間隔Lの変動と連動することにより表示輝度むらを低減
することができる理由は、例えば画素電極と対向電極と
の間隔Lが設計値よりも大きくなった場合、(2)式よ
り、液晶に印加される電界Eが減少する方向に働く一方
で、容量Cgpは連動して設計値よりも小さくなるため、
(8)式より、液晶に印加される実効電圧VLCが増加す
る方向に働くからである。
20に記述されたように、画素電極と対向電極が同じ層
上に形成された構造の場合、仮に画素電極幅の設計値か
らの変動量をΔLとすると、これに連動する対向電極の
変動量もΔLとなり、画素電極間隔Lの変動量は2ΔL
になる。ここで、説明を簡単にするために画素電極とゲ
ート信号線の重畳部の形状を、図5のように幅W、長さ
Dの長方形とすると、重畳部の変動量はΔW=−2Δ
L、ΔD=−ΔLになる。
れたように、画素電極と対向電極が異なる層上に形成さ
れた構造の場合、仮に画素電極幅の設計値からの変動量
をΔLとすると、画素電極間隔Lの変動量はΔLにな
る。画素電極とゲート信号線の重畳部の形状が、幅W、
長さDの長方形のとき、重畳部の変動量はΔW=−2Δ
L、ΔL=−ΔLになる。
る液晶画素容量CLCの変化、画素電極と対向電極の重な
りで形成されている蓄積容量Cstのオーバーラップ面積
Sの変化ΔSが生じ、実行駆動電圧の変化は次式で与え
られる。
重なり部分の形状を短辺Lst、長辺aLstの長方形と
し、ΔLの2次の項を無視し、 ΔS=(Lst−2ΔL)(aLst−2ΔL)−aLst 2 〜−2(1+a )LstΔL ・・・・(19) とした。これを(6)式に代入し、各辺微分項を評価
し、後で定義するLtot を用いて整理すると、補償条件
として次式を得る。 (1/D)(1+ΔC' f /Ctot )=(1/Ctot )(Cgp/D+Cgp/W +ΔC' f /Ltot ) ・・・・(20)
ィールドスルー電圧起因の駆動電圧変動の項で、これら
2つの寄与が補償し合いトータルの透過率変動が見かけ
上0になる条件を示している。
項は画素電極変動で第2項はフィールドスルー電圧によ
る実効駆動電圧の変化に起因する補正項である。
とゲート信号線の重畳部の幅W及び長さDの変化の寄
与、第3項はオフ時の総負荷容量Ctotの変化の項で、
その変化の係数である1/Ltotは次式で定義される。 1/Ltot=(1/Ctot)[Cgp/D+2Cgp/W+CLC/L+2{(1+a )/a}Cst/Lst] ・・・・(21)
電圧が大きくなると、いわゆるDC残像が発生するとい
う問題がある。このため容量Cgpはできるだけ小さく抑
えて、Cgpの変動による補償量は確保する必要がある。
そこで、画素電極のうちゲート配線と重なっている部分
の屈曲部の数を5個以上にし、画素電極とゲート配線と
の重畳部の一定の面積に対し、前記画素電極のうち、ゲ
ート配線との重畳部の外周長をできるだけ長くなる形状
することにより、電極加工の際の容量Cgpの変動量がで
きるだけ大きくなるようにした。
2から4層の絶縁膜を介在させて補正容量を形成するた
め、従来例のように、ソース電極とゲート配線の間に1
層の絶縁膜を介在させて補正容量を形成する場合に比べ
て大きな面積で同じ容量を形成することができるように
なった。これによって、重なり部分を図6や図7のよう
に複雑な形状に加工することも可能になった。
せ、このフィールドスルー電圧が残留することによる表
示ぼやけの原因になるため、保持容量Cstg に対して1
%以上、20%以下にすることが望ましい。ここで、1
%以上とは現行製品のボトムゲート型薄膜トランジスタ
を用いた液晶表示装置におけるソース電極とゲート配線
との重なり容量Cgsの保持容量Cstg に対する割合と比
較して算出した値である。また、20%とは、これを超
えるとユーザーが表示ぼやけを認識する値である。
ップゲート型多結晶シリコン薄膜トランジスタのような
自己整合型薄膜トランジスタを用いた場合を例に挙げて
説明したが、例えば非晶質シリコン薄膜トランジスタの
ような非自己整合型薄膜トランジスタを用いた場合にも
同様の補償作用が働く。非自己整合型薄膜トランジスタ
ではソース電極とゲート配線との重なり部に容量Cgsを
形成するので、液晶に印加される実行駆動電圧は次式の
ように表すことができる。 VLC=V' SIG {1+(ΔC' f −Cgs)/Ctot } ・・・・(22)
ルコモン交流駆動では V' SIG =VSIG +VCPP /2 ・・・・(25) ΔC' f =ΔCf =Cfon −Cgp ・・・・(26) ゲートローのみが交流化された通常のコモン交流駆動
では V' SIG =VSIG+VCPP /2 ・・・・(27) ΔC' f =ΔCf −{VCPP /(2VSIG +VCPP )}Cfon =(VSIG /V' SIG )Cfon −Cgp ・・・・(28) となる。
義したLtot を用いて (1/L){1+(ΔC' f −Cgs)/Ctot }=(1/Ctot )(Cgp/D +Cgp/W+ΔC' f /Ltot ) ・・・・(29) となる。
形態について、実施例の図面を用いて詳細に説明する。
ィブマトリックス型液晶表示装置の薄膜トランジスタ側
基板の単位画素の平面図である。また、図2は図1のA
−A’線に沿って切断した断面図、図3は図1のB−
B' 線に沿って切断した断面図である。図1〜図3にお
いて、参照符号101は多結晶シリコン層、102は走
査信号配線(ゲート線)、102’は隣接する走査信号
配線、113は薄膜トランジスタ(TFT)、104は
ソース電極、105は映像信号配線(ドレイン線)を示
す。また、参照符号111は画素電極、112は対向電
極であり、低誘電率絶縁膜210上の同一平面に複数宛
形成されている。
スタ基板(TFT基板)と称する第一基板201には、
図1中のx方向に延在しy方向に並設された複数のゲー
ト線102、およびy方向に延在しx方向に並設された
複数のドレイン線108が形成されている。これらゲー
ト線102とドレイン線108の各配線で囲まれる領域
が画素領域となり、これら画素領域の集合により表示部
を形成している。また、画素領域をx方向に延在してy
方向に並設された複数の共通信号配線(以下、コモン
線)が形成されている。
圧供給によって駆動するTFT113と、このTFT1
13を介してドレイン線108から信号電圧が供給され
る画素電極111、コモン線103から映像信号に対し
て基準となる電圧が供給される対向電極112から構成
されている。画素電極111、及び対向電極112の少
なくとも一部は画素内で櫛歯状に複数に分割、またはス
リット状に加工されており、画素電極111、及び対向
電極112の櫛歯電極部分はy方向に延在し、ドレイン
線108の延在方向に一致している。
隣接する対向電極112との間に基板201に対してほ
ぼ平行な電界(第一基板201に対して支配的に平行な
成分を持った電界)を発生し液晶に印加する。印加する
電界によって液晶の光透過率を制御する。また、画素電
極111とコモン配線103との間には保持容量109
が形成され、この保持容量109によって前記TFT1
13がオフ状態になった際にも映像信号電圧を保持する
ことができる。
基板(例えばガラスやプラスチック)からなり、例えば
SiNとSiO2 の積層膜から成る第1絶縁膜202及
び第2絶縁膜203が形成されている。その上に、半導
体層である多結晶シリコン層101が島状に形成されて
いる。この多結晶シリコン層101にはP(燐)を低い
ドーズ量(1×1017〜1×1019atoms/cm3)でイオ
ン・ドーピングしたLDD領域204とその両端にPイ
オンを高いドーズ量(1×1019〜1×1021atoms/cm
3 )でイオン・ドーピングしたn+のソース領域205
およびドレイン領域206が形成されている。
第3絶縁膜207で覆われ、第3絶縁膜207の上面に
はゲート線102及びコモン線103が形成されてい
る。このゲート線102及びコモン線109は例えばC
r(クロム)あるいはその合金から成っている。前記多
結晶シリコン層101にPをドーピングする際には、前
記ゲート線102がマスクとなり、LDD領域204と
ゲート線102は自己整合化される。
第4絶縁膜208で覆われている。第4絶縁膜208上
にはソース電極104及びドレイン電極105が形成さ
れており、スルーホール106及び107を介して前記
n+のソース領域205とドレイン領域206に接続さ
れている。ソース電極104及びドレイン電極105は
ドレイン線108と同時に形成され、例えばCrあるい
はその合金から成っている。ここで、前記ソース電極1
04をコモン線103や前段のゲート線102’と重畳
させることによって、この重畳部分に保持容量109や
付加容量110を形成してもよい。
リコン)から成る第5絶縁膜209と第6絶縁膜である
ポリイミド等の低誘電率有機膜210の2層からなる保
護絶縁膜で覆い、その上に画素電極111と対向電極1
12が形成されている。ここで、有機膜210は電極間
の容量を低減するために比誘電率3.5以下の低誘電率
膜を用いることが望ましい。
に、例えばITO(Indium-Tin-Oxide)等の透明導電膜で
形成されている。また、画素電極111はスルーホール
106を介してソース電極104に接続され、対向電極
112はスルーホール114を介してコモン線103に
接続されている。スルーホール114をコモン線103
上に形成することによって、開口率の低下を回避する工
夫がなされている。
210を介してコモン線103と重畳することにより保
持容量109を形成している。なお、絶縁膜208と絶
縁膜210の間にもう1層の絶縁膜を成膜してもよい。
を完全に覆うように設けられている。これにより、ドレ
イン線108による電界の液晶への影響を遮断し、輝度
むら等の表示不良を防ぐことができる。前記保護絶縁膜
に低誘電率有機膜210を用いるのは、このように重畳
させた対向電極112とドレイン線108間の容量を低
く抑えるためである。
膜208210を介してゲート線102と重畳すること
により、表示むら低減用の容量Cgp115を形成してい
る。図1では容量Cgp115は一箇所で形成している。
より精度良く画素電極を加工することができる場合は、
容量Cgp115を分割して形成することにより補償効果
を高めることができる。
ィブマトリックス型液晶表示装置の薄膜トランジスタ側
基板の単位画素の平面図である。本実施例は画素電極1
11の本数と同数の容量Cgp115を形成した例であ
る。
02との重畳部に容量Cgp115を形成するためにゲー
ト線102に重畳する画素電極111の形状説明図であ
る。図5において、画素電極111のゲート線102に
重畳する重畳部分111’の一辺(幅)がW、他辺(長
さ)Dを有する略矩形であり、屈曲部はa,b,c,d
の4つである。したがって、ゲート線と重畳する画素電
極111の重畳部分111’の外周長は各辺の長さの合
計(a−b−c−d)である。重畳部分111’の面積
で容量Cgp115の値が決まる。
工の際の容量Cgp115の変動量に影響する。したがっ
て、この外周長が大きい程、電極加工の再の各電極の加
工変動量に相対的に追従させることで、加工した電極の
特にその幅の変動があっても、当該変動に応じた容量C
gp115の設定がなされることになる。
線102との重畳部111’における屈曲部を5つ以上
として画素電極111のうち、ゲート線102との重畳
部111’の外周長をできるだけ長くなる形状し、電極
加工の際の容量Cgp115の変動量ができるだけ大きく
なるようにした方が望ましい。
の重畳部における屈曲部を7つにして電極加工の際の容
量Cgp115の変動量ができるだけ大きくした例を説明
する要部平面図である。この構成では、重畳部分11
1’の形状は画素電極111の本体部分から略L字形に
屈曲しており、その屈曲部はa,b,c,d,e,f,
gの7つである。したがって、ゲート線と重畳する画素
電極111の重畳部分111’の外周長は各辺の長さの
合計(a−b−c−d−e−f−g)である。重畳部分
111’の面積で容量Cgp115の値が決まる。
02との重畳部における屈曲部を8つにして電極加工の
際の容量Cgp115の変動量ができるだけ大きくした例
を説明する要部平面図である。この構成では、画素電極
111とゲート線102との重畳部111’が図5と同
様の略矩形の外形を有し、さらに内部に矩形開口を設け
て略ロ字形とした。したがって、ゲート線と重畳する画
素電極111の重畳部分111’の外周長は各辺の長さ
(a−b−c−d)で、かつ内周長が矩形開口の各内辺
の長さ(e−f−g−h−e)であり、当該重畳部11
1’の内外周長の合計(a−b−c−d−e−f−g−
h−e)である。重畳部分111’の面積で容量Cgp1
15の値が決まる。
の重畳部分111’の形状は上記したような屈曲部を持
つ多角形に限るものではなく、曲線で形成される定型あ
るいは不定型な形状、あるいは定型あるいは不定型な形
状と1以上の屈曲部を持つ周縁で形成されるものでもよ
い。要は、ゲート線上に一定の重畳面積を保持して重畳
する画素電極が、当該画素電極の外縁周長または外縁周
長と内縁周長の総計が4つの折曲点を有する矩形形状の
外縁周長より大である形状を持たせることで電極加工の
際の電極部分の加工量の変動にこの重畳部分の加工量を
連動させるようにすることである。
ドレイン線108、対向電極112、画素電極111は
いずれもその一端から他端にかけてy方向に対して角度
θ(0°≦θ≦90°)で屈曲された後、角度−θで屈
曲されこれを繰り返すことによってジグザグ状に形成さ
れている。このような形状にするのは同一画素内に電界
の方向が異なる領域を形成することによって、異なる方
向から表示面を観察した場合の色調の変化を抑えるため
である。
び第2実施例においては、1つの画素を2本の画素電極
111とドレイン線108と重畳する部分も含めた3本
の対向電極112で4分割した構成になっているが、電
極本数を変更することによって分割数を変更することが
できる。特に、テレビ等の動画を表示するディスプレイ
では、静止画を表示するディスプレイに比べて画素を大
きくし、6分割・8分割、それ以上の分割にすることも
可能である。
ィブマトリックス型液晶表示装置の薄膜トランジスタ側
基板の単位画素の平面図である。また、図9は図8中の
A−A’線に沿って切断した断面図、図10は図8中の
B−B’線に沿って切断した断面図である。本実施例
は、画素電極111を対向電極112と異なる層に形成
したもので、画素電極111覆う第5絶縁膜210の上
に対向電極112を形成している。この構成とすること
により、駆動電圧は高くなるが、画素電極111と対向
電極112とが短絡する可能性が低減し、スループット
向上を図ることができる。
ティブマトリックス型の液晶表示装置の薄膜トランジス
タ側基板の単位画素の平面図である。本実施例では対向
電極112は液晶パネル全体から見るとメッシュ状にな
っており、ドレイン線108及びゲート線102に層間
絶縁膜を介して重ね合わせ、容量を形成した構造にして
もよい。この際、画素電極111と対向電極112の短
絡を防ぐため、対向電極112とゲート線102とが重
なるのは、画素電極111とゲート線102の重畳部と
その周囲の所定量(例えば1μm)の部分を除いた部分
である。
って、画素電極111と対向電極112の間隔変動によ
り発生する表示輝度むらを、これと連動する容量115
の変動が相殺、補償することによって低減することがで
きる。
ティブマトリックス型液晶表示装置の薄膜トランジスタ
側基板の単位画素の平面図である。図1と異なる構成
は、例えば透明電極ITOからなる画素電極111は、
第4絶縁膜208、第5絶縁膜210を介してコモン線
103及び前段のゲート線102’と重畳することによ
り保持容量109及び付加容量110を形成している点
である。
率有機膜を含む何層かの絶縁膜介して画素電極111と
コモン線103とで保持容量を形成した場合、保持容量
の不足のために、液晶に印加された電圧を保持しきれな
くなり輝度むら等の表示不良を引き起こす可能性があ
る。
10を加えることにより、液晶に印加された電圧を十分
に保持できるようになり、表示不良を防ぐことができ
る。本実施例においても実施例1と同様に、より精度良
く画素電極を加工することができる場合は、図6や図7
のように容量Cgp115を分割して形成することにより
電極間隔変動の補償効果を高めることができる。
02との重畳部における屈曲部を図6や図7で説明した
ように5つ以上にすることにより、画素電極111のう
ち、ゲート線102との重畳部の外周長をできるだけ長
くなる形状し、電極加工の際の容量115の変動量がで
きるだけ大きくなるようにした方が望ましい。また、画
素電極111を対向電極112と異なる層に形成するこ
とにより、駆動電圧は高くなるが、画素電極111と対
向電極112が短絡する可能性が低減し、スループット
向上を図ることができる。
ティブマトリックス型液晶表示装置の薄膜トランジスタ
側基板の単位画素の平面図である。また、図14は図1
3のA−A’線に沿って切断した断面図である。本実施
例が前記各実施例と大きく異なる点は、本実施例では非
自己整合型のボトムゲート型TFTを用いている点であ
る。絶縁基板(例えば、ガラスやプラスチック)201
上には、ゲート線102及びコモン線103が形成され
ている。このゲート線102及びコモン線103は例え
ばCrあるいはその合金から成っている。その上を例え
ばSiN等のゲート絶縁膜207で覆う。ゲート絶縁膜
207上には、半導体層である非晶質シリコン層901
が島状に形成されている。
は、TFTの形成領域だけでなく、ドレイン線108領
域にも形成することにより、該ドレイン線108とゲー
ト線102及びコモン線103の交差部の耐圧を向上さ
せることができる。非晶質シリコン半導体層901の上
には燐をドープしたn+の非晶質シリコンコンタクト層
1001を介してソース電極104及びドレイン電極1
05が形成されている。ソース電極104及びドレイン
電極105はドレイン配線108と同時に形成され、例
えばCrあるいはその合金から成っている。
103や前段のゲート線102’と重畳させることによ
って保持容量109や付加容量110を形成してもよ
い。さらに全体を、例えばSiNから成る絶縁膜209
と低誘電率有機膜210の2層からなる保護絶縁膜で覆
い、その上に画素電極111と対向電極112を形成す
る。画素電極111と対向電極112は同時に、例えば
ITO(Indium-Tin-Oxide)等の透明導電膜で形成されて
いる。また、画素電極111はスルーホール106を介
してソース電極104接続され、対向電極112はスル
ーホール114を介してコモン線103と接続されてい
る。
形成することによって、開口率の低下を回避する工夫が
なされている。対向電極112の一部はドレイン線10
8を完全に覆うように設けられている。これにより、ド
レイン配線108による電界の液晶への影響を遮断し、
前記したような表示不良を防ぐことができる。前記保護
絶縁膜に低誘電率有機膜210を用いるのは、このよう
に重畳させた対向電極112とドレイン配線108間の
容量を低く抑えるためである。
02と重畳することにより、表示むら低減用の容量Cgp
115を形成している。この容量115は図6や図7で
説明したものと同様に、画素電極111のうち、ゲート
線102との重畳部における屈曲部を5つ以上にするこ
とにより、画素電極111のうち、ゲート線102との
重畳部の外周長をできるだけ長くなる形状し、電極加工
の際の容量115の変動量ができるだけ大きくなるよう
にした方が望ましい。
12と異なる層に形成することにより、駆動電圧は高く
なるが、画素電極111と対向電極112が短絡する可
能性が低く、スループット向上のために用いられる構造
にしても良い。
シュ状にし、ドレイン線108及びゲート線102に層
間絶縁膜を介して重ね合わせ、容量を形成した構造にし
てもよい。この際、画素電極111と対向電極112の
短絡を防ぐため、対向電極112とゲート電極102と
が重なるのは、画素電極111とゲート線102の重畳
部とその周囲1μmを部分を除いた部分である。
極ITOからなる画素電極111は、絶縁膜208、2
09、210を介してコモン線103及び前段のゲート
線102’と重畳させて保持容量109及び付加容量1
10を形成してもよい。
に、より精度良く画素電極を加工することができる場合
は、図6や図7のように容量Cgp115を分割して形成
することで電極間隔変動の補償効果を高めることができ
る。また、画素電極111のうち、ゲート線102との
重畳部における屈曲部を5つ以上にすることにより、画
素電極111のうち、ゲート線102との重畳部の外周
長(および内周長)をできるだけ長くなる形状し、電極
加工の際の容量115の変動量ができるだけ大きくなる
ようにした方が望ましい。
ティブマトリックス型液晶表示装置の薄膜トランジスタ
側基板の単位画素の平面図である。また、図16は図1
5のA−A’線に沿って切断した断面図である。本実施
例では、図15に示すように画素電極111を対向電極
112と異なる層に形成することで、駆動電圧は高くな
るが、画素電極111と対向電極112が短絡する可能
性が低減し、スループット向上を図ることができる。
って、電極加工で生じる画素電極111と対向電極11
2の間隔変動により発生する表示輝度むらは、これと連
動する容量115を形成する重畳部分の加工による変動
で相殺、補償することによって低減することができる。
構成例を説明する展開斜視図である。また、図19は図
18のC−C’線の沿った断面図である。この液晶表示
装置は、所謂サイドライト型バックライトを備えたもの
である。図19および図20中、参照符号301は前記
実施例で説明した液晶パネルであり、その背面に第1拡
散シート302、プリズムシート303、第2拡散シー
ト304のを積層した光学補償部材3020が設置され
ている。この光学補償部材3020のさらに背面にはバ
ックライトを構成する導光板305、反射板306が設
置されている。
はドレイン線駆動回路チップ3011、ゲート線駆動回
路チップ3012がテープキャリアパッケージ、あるい
はFCA実装で搭載されている。これらの駆動回路チッ
プにはフレキシブルプリント基板3013、3014を
介して外部信号源から表示用信号や電圧が供給される。
沿って冷陰極蛍光ランプ309が設置されおり、冷陰極
蛍光ランプ309の導光板305に対向する面を除いて
ランプ反射シート3090が取り付けられてサイドライ
ト型バックライトを構成している。なお、この冷陰極蛍
光ランプ309はケーブル310を介して図示しない電
源(インバータ)に接続されている。参照符号307は
樹脂モールドで成形した下フレームであり、その周縁に
堤形状を有し、上記の反射板306、導光板305、冷
陰極蛍光ランプ309などのバックライト構成材はこの
堤形状で形成される下フレーム307の内部に収納され
る。
020を載置し、さらにその上に液晶パネル301を積
層し、上フレーム308を被せる。上フレーム308
は、その主要部分に窓を有し、液晶パネル308の表示
領域を露呈させる。当該窓の周縁は額縁と称し、この額
縁部分の外側は下フレーム307方向に折り曲げられ、
その部分に爪等の係合部材が形成される。この係合部材
を下フレームに有する係合部に係合させて一体化した液
晶表示装置が組み立てられる。なお、図19における参
照符号3101は冷陰極蛍光ランプ309への給電ケー
ブルの一方を示し、下フレーム307に設けた溝を通し
て図18に示したケーブル310として引き出される。
示装置は一例である。本発明は上記この他に液晶パネル
の直下に複数の光源を設置してバックライトとする、所
謂直下型、携帯端末や携帯電話機に多く用いられる反射
型、半透過反射型等、様々な表示方式の液晶表示装置に
対して、前記した本発明の液晶パネル構造を適用でき
る。
テムの一例を説明するブロック図である。参照符号AR
は液晶パネル301の表示領域を示し前記実施例におけ
る参照符号と同一符号は同一機能部分に対応する。表示
領域ARのx方向に延びるゲート線102は走査回路4
01で駆動され、表示領域ARのy方向に延びるドレイ
ン線108は映像信号駆動回路402で駆動される。走
査回路401、映像信号駆動回路402、コモン線10
3のコモン電圧Vcomは液晶駆動電源回路403から
供給される。CPU等の外部信号源405から入力され
た映像表示用信号はコントローラ(表示制御回路)40
4で液晶パネルでの表示に適用した信号データに変換さ
れ、また各種の表示用クロック信号等が生成され、それ
ぞれ制御信号、表示データとして液晶パネル301に供
給される。
装置によれば、電極の重畳部分で形成される容量変化が
当該電極の加工量の変動に連動させることで液晶に印加
される電界の大きさのばらつきが無くなり、表示輝度む
らの発生を回避され、高品質の映像表示を得ることがで
きる。
されるものではなく、本発明の技術思想を逸脱すること
なく、種々の変形が可能であることは言うまでもない。
晶表示装置によれば、画素電極をゲート配線に重ねるこ
とで新たに形成された容量Cgpの変動が画素電極と対向
電極との間隔Lの変動と連動するため、薄膜トランジス
タのソース・ドレイン電極と画素電極または対向電極と
を別のフォトマスクでパターニングした画素構造や、ゲ
ート信号線とソース電極間の容量Cgsがない自己整合電
極構造の薄膜トランジスタを用いた場合にも表示輝度む
らを低減することができ、残像やと表示むら、もしくは
駆動電圧と表示輝度むらを低減した高品質の液晶表示装
置を提供することができる。
ックス型液晶表示装置の薄膜トランジスタ側基板の単位
画素の平面図である。
る。
る。
ックス型液晶表示装置の薄膜トランジスタ側基板の単位
画素の平面図である。
形成するためにゲート線に重畳する画素電極の形状説明
図である。
を6つにして電極加工の際の容量の変動量ができるだけ
大きくした例を説明する要部平面図である。
を8つにして電極加工の際の容量の変動量ができるだけ
大きくした例を説明する要部平面図である。
ックス型液晶表示装置の薄膜トランジスタ側基板の単位
画素の平面図である。
ある。
である。
リックス型の液晶表示装置の薄膜トランジスタ側基板の
単位画素の平面図である。
リックス型液晶表示装置の薄膜トランジスタ側基板の単
位画素の平面図である。
リックス型液晶表示装置の薄膜トランジスタ側基板の単
位画素の平面図である。
である。
リックス型液晶表示装置の薄膜トランジスタ側基板の単
位画素の平面図である。
である。
の駆動波形の説明である。
明する展開斜視図である。
を説明するブロック図である。
線、103・・・コモン配線、104・・・ソース電
極、105・・・ドレイン電極、106,107,11
4・・・スルーホール、108・・・ドレイン配線、1
09・・・保持容量、110・・・付加容量、111・
・・画素電極、112・・・対向電極、113・・・薄
膜トランジスタ(TFT)、115・・・容量Cgp、2
01,202・・・絶縁基板(第一基板、第二基板)、
202・・・第1絶縁膜、203・・・第2絶縁膜、2
04・・・LDD領域、205・・・ソース領域、20
6・・・ドレイン領域、207・・・第3絶縁膜、、2
08・・・第4絶縁膜、210・・・第5絶縁膜(低誘
電率絶縁膜)、901・・・非晶質シリコン層、100
1・・・n+非晶質シリコン層。
Claims (42)
- 【請求項1】一対の基板と、この基板に挟持された液晶
層と、前記一対の基板の第一基板には、複数の走査信号
配線とそれらにマトリクス状に交差する複数の映像信号
配線と、これらの配線のそれぞれの交点に対応して形成
された複数の薄膜トランジスタとを有し、前記複数の走
査信号配線および、前記映像信号配線で囲まれるそれぞ
れの領域で少なくとも一つの画素が構成され、それぞれ
の画素には複数の画素にわたって共通信号配線により接
続された対向電極と、対応する薄膜トランジスタに接続
された画素電極とを有し、これら対向電極と画素電極は
同一フォトマスクによりパターニングされ、前記対向電
極と前記画素電極間に印加される電圧により、前記液晶
層には前記第一基板に対して支配的に平行な成分を持っ
た電界が発生する液晶表示装置であって、 前記画素電極の一部は、少なくとも一層の層間絶縁膜を
介して前記画素電極が接続されている薄膜トランジスタ
側の前記走査信号配線の少なくとも1箇所で重畳し、前
記画素電極と前記薄膜トランジスタ側の走査信号配線の
間で容量部を形成したことを特徴とする液晶表示装置。 - 【請求項2】前記薄膜トランジスタのソース電極及びド
レイン電極が前記走査信号配線に対して自己整合的に形
成されていることを特徴とする請求項1に記載の液晶表
示装置。 - 【請求項3】前記薄膜トランジスタのソース電極及びド
レイン電極が前記走査信号配線に対して非自己整合的に
形成されていることを特徴とする請求項1に記載の液晶
表示装置。 - 【請求項4】前記画素電極と前記薄膜トランジスタ側の
走査信号配線の間に形成する容量部が1箇所であること
を特徴とする請求項1乃至3の何れかに記載の液晶表示
装置。 - 【請求項5】前記画素電極と前記薄膜トランジスタ側の
走査信号配線の間で形成する容量部の数と画素電極の本
数が等しいことを特徴とする請求項1乃至4の何れかに
記載の液晶表示装置。 - 【請求項6】前記画素電極と対向電極が、前記薄膜トラ
ンジスタの表面保護膜としての機能を有する絶縁膜上に
形成されることを特徴とする請求項1乃至5の何れかに
記載の液晶表示装置。 - 【請求項7】前記画素電極と前記走査信号配線の層間絶
縁膜が少なくとも2種類の層から成り、そのうちの少な
くとも1層が有機絶縁膜であることを特徴とする請求項
1乃至6の何れかに記載の液晶表示装置。 - 【請求項8】前記有機絶縁膜の比誘電率が3.5以下で
あることを特徴とする請求項7に記載の液晶表示装置。 - 【請求項9】前記共通信号配線と前記画素電極とで絶縁
膜を介して容量を形成し、前段の前記走査信号配線と前
記画素電極および前記画素電極とで絶縁膜を介して容量
を形成していることを特徴とする請求項1乃至8の何れ
かに記載の液晶表示装置。 - 【請求項10】一対の基板と、この基板に挟持された液
晶層と、前記一対の基板の第一基板には、複数の走査信
号配線とそれらにマトリクス状に交差する複数の映像信
号配線と、これらの配線のそれぞれの交点に対応して形
成された複数の薄膜トランジスタとを有し、前記複数の
走査信号配線および、前記映像信号配線で囲まれるそれ
ぞれの領域で少なくとも一つの画素が構成され、それぞ
れの画素には複数の画素にわたって共通信号配線により
接続された対向電極と、対応する薄膜トランジスタに接
続された画素電極とを有し、これら対向電極と画素電極
は同一フォトマスクによりパターニングされ、前記対向
電極が、前記映像信号配線または前記走査信号配線のう
ちの少なくともいずれかの配線と層間絶縁膜を介して重
ね合わさり、この重ね合わさった部分に容量を形成し、
前記対向電極と前記画素電極間に印加される電圧によ
り、前記液晶層には前記第一基板に対して支配的に平行
な成分を持った電界が発生する液晶表示装置であって、 前記画素電極の一部が、少なくとも一層の層間絶縁膜を
介して前記画素電極が接続されている薄膜トランジスタ
側の前記走査信号配線の少なくとも1箇所で重畳し、前
記画素電極と前記薄膜トランジスタ側の前記走査信号配
線の間に容量部を形成したことを特徴とする液晶表示装
置。 - 【請求項11】前記薄膜トランジスタのソース電極及び
ドレイン電極が前記走査信号配線に対して自己整合的に
形成されていることを特徴とする請求項10に記載の液
晶表示装置。 - 【請求項12】前記薄膜トランジスタのソース電極及び
ドレイン電極が前記走査信号配線に対して非自己整合的
に形成されていることを特徴とする請求項10に記載の
液晶表示装置。 - 【請求項13】前記画素電極と前記薄膜トランジスタ側
の前記走査信号配線の間で形成する容量部が1箇所であ
ることを特徴とする請求項10乃至12の何れかに記載
の液晶表示装置。 - 【請求項14】前記画素電極と前記薄膜トランジスタ側
の前記走査信号配線の間で形成する容量部の数と画素電
極の本数が等しいことを特徴とする請求項10乃至12
の何れかに記載の液晶表示装置。 - 【請求項15】前記画素電極と対向電極が、前記薄膜ト
ランジスタの表面保護膜としての機能を有する絶縁膜上
に形成されることを特徴とする請求項10乃至14の何
れかに記載の液晶表示装置。 - 【請求項16】前記画素電極と前記走査信号配線の層間
絶縁膜が少なくとも2種類の層から成り、そのうちの少
なくとも1層が有機絶縁膜であることを特徴とする請求
項10乃至15の何れかに記載の液晶表示装置。 - 【請求項17】前記有機絶縁膜の比誘電率が3.5以下
であることを特徴とする請求項16に記載の液晶表示装
置。 - 【請求項18】前記ゲート配線のうち、前記画素電極と
の重畳部とその周囲1μm以上の領域を除いた部分が、
前記対向電極と層間絶縁膜を介して重ね合わさり、この
重ね合わさった部分に容量が形成されていることを特徴
とする請求項10乃至17の何れかに記載の液晶表示装
置。 - 【請求項19】共通信号配線と画素電極とで絶縁膜を介
して容量を形成し、前段の走査信号配線と画素電極との
間に絶縁膜を介挿して容量を形成していることを特徴と
する請求項10乃至18の何れかに記載の液晶表示装
置。 - 【請求項20】前記画素電極と共通信号配線とで形成さ
れる保持容量と、前記画素電極と前段の走査信号配線と
で形成される付加容量を備えていることを特徴とする請
求項1乃至19の何れかに記載の液晶表示装置。 - 【請求項21】一対の基板と、この基板に挟持された液
晶層と、前記一対の基板の第一基板には、複数の走査信
号配線とそれらにマトリクス状に交差する複数の映像信
号配線と、これらの配線のそれぞれの交点に対応して形
成された複数の薄膜トランジスタとを有し、前記複数の
走査信号配線および前記映像信号配線で囲まれるそれぞ
れの領域で少なくとも一つの画素が構成され、それぞれ
の画素には複数の画素にわたって共通信号配線により接
続された対向電極と、対応する薄膜トランジスタに接続
された画素電極とを有し、これら対向電極と画素電極及
び薄膜トランジスタのソース電極はそれぞれ異なる層に
パターニングされ、前記対向電極と前記画素電極間に印
加される電圧により、前記液晶層には前記第一基板に対
して支配的に平行な成分を持った電界が発生する液晶表
示装置であって、 前記画素電極の一部が少なくとも一層の層間絶縁膜を介
して、前記画素電極が接続されている薄膜トランジスタ
側の前記ゲート配線と少なくとも1箇所で重畳し、前記
画素電極と前記薄膜トランジスタ側のゲート信号線の間
に容量部を形成したことを特徴とする液晶表示装置。 - 【請求項22】前記薄膜トランジスタのソース電極及び
ドレイン電極が前記走査信号配線に対して自己整合的に
形成されていることを特徴とする請求項21に記載の液
晶表示装置。 - 【請求項23】前記薄膜トランジスタのソース電極及び
ドレイン電極が前記走査信号配線に対して非自己整合的
に形成されていることを特徴とする請求項21に記載の
液晶表示装置。 - 【請求項24】前記画素電極と前記薄膜トランジスタ側
の走査信号配線の間に形成する容量部が1箇所であるこ
とを特徴とする請求項21乃至23の何れかに記載の液
晶表示装置。 - 【請求項25】前記画素電極と前記薄膜トランジスタ側
の走査信号配線の間に形成する容量部の数と画素電極の
本数が等しいことを特徴とする請求項21乃至23の何
れかに記載の液晶表示装置。 - 【請求項26】前記対向電極が、前記薄膜トランジスタ
の表面保護膜としての機能を有する絶縁膜上に形成され
ることを特徴とする請求項21乃至25の何れかに記載
の液晶表示装置。 - 【請求項27】前記画素電極と前記走査信号配線の層間
絶縁膜が少なくとも2種類の層から成り、そのうちの少
なくとも1層が有機絶縁膜であることを特徴とする請求
項21乃至26の何れかに記載の液晶表示装置。 - 【請求項28】前記有機絶縁膜の比誘電率が3.5以下
であることを特徴とする請求項27に記載の液晶表示装
置。 - 【請求項29】前記共通信号配線と前記画素電極とで絶
縁膜を介して容量を形成し、前段の走査信号配線と画素
電極との間に絶縁膜を介挿して容量を形成していること
を特徴とする請求項21乃至28の何れかに記載の液晶
表示装置。 - 【請求項30】一対の基板と、この基板に挟持された液
晶層と、前記一対の基板の第一基板には、複数の走査信
号配線とそれらにマトリクス状に交差する複数の映像信
号配線と、これらの配線のそれぞれの交点に対応して形
成された複数の薄膜トランジスタとを有し、前記複数の
走査信号配線および、前記映像信号配線で囲まれるそれ
ぞれの領域で少なくとも一つの画素が構成され、それぞ
れの画素には複数の画素にわたって共通信号配線により
接続された対向電極と、対応する薄膜トランジスタに接
続された画素電極とを有し、これら対向電極と画素電極
及び薄膜トランジスタのソース電極はそれぞれ異なる層
にパターニングされ、前記対向電極が、前記ドレイン配
線または前記ゲート配線のうちの少なくともいずれかの
配線と層間絶縁膜を介して重ね合わさり、この重ね合わ
さった部分に容量を形成し、前記対向電極と前記画素電
極間に印加される電圧により、前記液晶層には前記第一
の基板に対して支配的に平行な成分を持った電界を発生
する液晶表示装置であって、前記画素電極の一部が、少
なくとも一層の層間絶縁膜を介して前記画素電極が接続
されている薄膜トランジスタ側の前記走査信号配線に少
なくとも1箇所で重畳し、前記画素電極と前記薄膜トラ
ンジスタ側の映像信号配線の間に容量部を形成したこと
を特徴とする液晶表示装置。 - 【請求項31】前記薄膜トランジスタのソース電極及び
ドレイン電極が前記走査信号配線に対して自己整合的に
形成されていることを特徴とする請求項30に記載の液
晶表示装置。 - 【請求項32】前記薄膜トランジスタのソース電極及び
ドレイン電極が前記走査信号配線に対して非自己整合的
に形成されていることを特徴とする請求項30に記載の
液晶表示装置。 - 【請求項33】前記画素電極と前記薄膜トランジスタ側
の走査信号配線の間に形成する容量部が1箇所であるこ
とを特徴とする請求項30乃至32の何れかに記載の液
晶表示装置。 - 【請求項34】前記画素電極と前記薄膜トランジスタ側
の走査信号配線の間に形成する容量部の数と画素電極の
本数が等しいことを特徴とする請求項30乃至32の何
れかに記載の液晶表示装置。 - 【請求項35】前記画素電極と前記対向電極が、前記薄
膜トランジスタの表面保護膜としての機能を有する絶縁
膜上に形成されることを特徴とする請求項30乃至32
の何れかに記載の液晶表示装置。 - 【請求項36】前記画素電極と前記走査信号配線の間の
層間絶縁膜が少なくとも2種類の層から成り、そのうち
の少なくとも1層が有機絶縁膜であることを特徴とする
請求項30乃至33の何れかに記載の液晶表示装置。 - 【請求項37】前記有機絶縁膜の比誘電率が3.5以下
であることを特徴とする請求項34に記載の液晶表示装
置。 - 【請求項38】前記走査信号配線のうち、前記画素電極
との重畳部とその周囲1μm以上の領域を除いた部分
が、前記対向電極と層間絶縁膜を介して重ね合わさり、
この重ね合わさった部分に容量が形成されていることを
特徴とする請求項30乃至35の何れかに記載の液晶表
示装置。 - 【請求項39】前記共通信号配線と前記画素電極との間
に絶縁膜を介して容量を形成し、前段の走査信号配線と
前記画素電極との間に絶縁膜を介して容量を形成してい
ることを特徴とする請求項30乃至36の何れかに記載
の液晶表示装置。 - 【請求項40】前記画素電極が、前記ゲート配線との重
畳部において、少なくとも5つの屈曲部を有することを
特徴とする請求項1乃至請求項37の何れかに記載の液
晶表示装置。 - 【請求項41】前記走査信号配線に一定の重畳面積を保
持して重畳する前記画素電極は、当該画素電極の外縁周
長または外縁周長と内縁周長の総計が4つの折曲点を有
する矩形形状の外縁周長より大である形状を有すること
を特徴とする請求項1乃至請求項37の何れかに記載の
液晶表示装置。 - 【請求項42】前記画素電極と前記共通信号配線との間
で保持容量が形成され、前記保持容量に対する前記画素
電極と前記走査新語配線とで形成する容量の割合が1%
以上、20%以下であることを特徴とする請求項1乃至
請求項39の何れかに記載の液晶表示装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002117115A JP4252255B2 (ja) | 2002-04-19 | 2002-04-19 | 液晶表示装置 |
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