JP3905054B2 - Thin film transistor substrate manufacturing method and liquid crystal display device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は例えば液晶表示装置で使用される薄膜トランジスタ基板の製造方法及び液晶表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
最近では、液晶表示装置の大型化や高精細化に伴い、アクティブマトリクス駆動を行う液晶表示装置の開発が盛んに行われている。アクティブマトリクス駆動を行う液晶表示装置では、液晶が薄膜トランジスタ基板とカラーフィルタ基板の間に封入されており、電圧を印加することにより液晶の光透過状態を変化させて表示を行う。薄膜トランジスタ基板は、ゲートバスラインと、ドレインバスラインとがマトリクス状に配置され、ゲートバスラインとドレインバスラインとの交差部に薄膜トランジスタ及び画素電極が配置される。
【0003】
薄膜トランジスタ基板の製造においては、ゲートバスライン及びゲート電極が透明な絶縁板の上に最初に形成され、第1のフォトマスクを使用して所定の形状にパターニングされる。その上に絶縁層が形成され、それから薄膜トランジスタを構成するための半導体膜が形成され、さらにその上に、チャネル保護膜が形成される。チャネル保護膜はゲート電極の上にのみ存在するように第2のフォトマスクを使用して所定の形状にパターニングされる。それから、オーミックコンタクト層、並びにドレインバスライン、ドレイン電極及びソース電極を形成するための導電体層が形成され、第3のフォトマスクを使用して薄膜トランジスタの形状にパターニングされる。そして最終保護膜が形成され、画素電極を薄膜トランジスタのゲート電極に接続するためのコンタクトホールが第4のフォトマスクを使用して最終保護膜に形成される。その後、画素電極の材料層(例えばITO)が成膜され、第5のフォトマスクを使用して所定の形状にパターニングされる。
【0004】
画素電極の形成に際しては、従来は無機系のエッチャント(例えばリン酸、硝酸、塩化第2鉄やその他のハーゲン系の塩化水素酸、フッ化水素酸、臭化水素酸、ヨウ水素酸等)を用いていた。また、有機系のエッチャントとして、シュウ酸溶液を使用することが特許文献1に記載されている。
【特許文献1】
特開平4−48631号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように、薄膜トランジスタ基板の製造においては、フォトマスクを使用して各パターニング工程を行う。各パターニング工程は、フォトマスクとなるレジストの塗布、マスクを使用したレジストの露光、レジストのエッチング、こうして形成されたフォトマスクを使用した所定のプロセス、及びフォトマスクの剥離を含む。従来はフォトマスクを使用したパターニング工程が多い(上記例の場合には5個のフォトマスクを使用している)ために、工程数が多く、生産性が低いばかりでなく、歩留りの低下にもつながっていた。
【0006】
画素電極の形成に際して無機系のエッチャントを使用する場合には、オーバーエッチングになりやすく、あるいは画素電極の材料層とその下地にある材料層とのエッチングの選択性に問題があり、画素電極のエッチング時に絶縁膜やドレインバスライン等を傷つける可能性があった。シュウ酸溶液等の有機系のエッチャントを使用するとこれらの問題点はある程度解決されるが、それでも画素電極の寸法精度が十分ではない等の問題点が残っており、さらに確実なエッチングを行うことが求められている。
【0007】
本発明の目的は、製造工程を簡単化できる薄膜トランジスタ基板の製造方法及び液晶表示装置を提供することである。
本発明の他の目的は、画素電極を確実に形成できる薄膜トランジスタ基板の製造方法及び液晶表示装置を提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明による薄膜トランジスタ基板の製造方法は、画素電極18の材料層を非晶質状態で成膜する工程と、該画素電極18の材料層を有機系の酸によってエッチングする工程と、エッチング後に非晶質状態の画素電極18を結晶状態にするために熱処理を行う工程とを含むことを特徴とする。この方法によれば、画素電極のエッチングが、より確実に達成され、画素電極の下地を傷つけることなく、画素電極の望ましい所定の形状に仕上がる。
また、本発明による薄膜トランジスタ基板の製造方法は、絶縁透明性基板上に形成される第一の電極層であるゲートバスラインと前記ゲートバスライン上に形成される第一の絶縁層であるゲート絶縁膜、前記ゲートバスラインと交差して前記ゲート絶縁膜上に配置された第二の電極層であるドレインバスラインと、前記ゲートバスラインと前記ドレインバスラインとの交差部に配置された薄膜トランジスタ及び前記薄膜トランジスタ上に形成された第二の絶縁層である保護膜上に形成される第三の電極層である透明画素電極が前記第二の絶縁膜に形成されたコンタクトホールを介して前記薄膜トランジスタと電気的に接続される薄膜トランジスタ基板の製造方法において、前記透明画素電極の材料層を非晶質状態で成膜する工程と、前記透明画素電極の材料層を有機系の酸によってエッチングする工程と、エッチング後に非晶質状態の前記透明画素電極を結晶状態にするために熱処理を行うことを特徴とする。この方法によれば、優れた膜質の画素電極を得ることができる。
【0009】
【実施例】
図1は本発明の実施例の薄膜トランジスタ基板10を示す平面図であり、薄膜トランジスタ基板10に形成されるアクティブマトリクスを示している。図2は図1の線II─IIに沿った断面図、図3は図1の線III ─III に沿った断面図である。
この薄膜トランジスタ基板10は、液晶表示装置に使用される。この場合、液晶が薄膜トランジスタ基板10とカラーフィルタ基板(図示せず)との間に封入される。薄膜トランジスタ基板10は図1に示すアクティブマトリクスと配向膜とを含むが、配向膜はここでは省略されている。
【0010】
図1から図3において、薄膜トランジスタ基板10に形成されたアクティブマトリクスは、マトリクス状に配置されたゲートバスライン12とドレインバスライン14と、ゲートバスライン12とドレインバスライン14との交差部に配置された薄膜トランジスタ16と画素電極18とからなるものである。
【0011】
薄膜トランジスタ16は、ゲート電極20と、ゲート絶縁膜22と、半導体膜24と、チャネル保護膜26と、オーミックコンタクト層28と、ドレイン電極30と、ソース電極32とからなる。画素電極18はパッシベーション膜(絶縁膜)34に設けたコンタクトホール36を介してソース電極32に接続される。ゲートバスライン12及びゲート電極22はガラス等の透明な絶縁板40上に一体的に形成され(図5)、例えばアルミニウムとチタンの2層構造からなる。ドレインバスライン14はドレイン電極30及びソース電極32と一体的に形成され、ソース電極32はドレイン電極30から分離される。さらに、蓄積容量電極42がドレインバスライン14と同じ材料層として形成される。蓄積容量電極42はパッシベーション膜34に設けたコンタクトホール44を介して画素電極18に接続される。
【0012】
図3に示されるように、ゲートバスライン12及びゲート電極20は一体的に形成されており、半導体膜24はゲート電極20の上方及びゲートバスライン12の上方に形成されている。また、チャネル保護膜26は半導体膜24の上にゲート電極20と同じパターンで形成されている。素子分離用穴50が、ゲートバスライン12上で薄膜トランジスタ10に近い位置に、パッシベーション膜34、チャネル保護膜26、半導体膜24、及びゲート絶縁膜22に形成され、それによって、隣接する薄膜トランジスタ10が互いに分離されている。
【0013】
図4は薄膜トランジスタ基板10の製造手順を示す図である。図4(A)において、ガラス等の透明な絶縁板40上にチタン及びアルミニウムをスパッタにより蒸着してゲートバスライン12及びゲート電極20を成膜し、フォトマスクを使用し、図5(A)に示されるような形状にパターニングする。
【0014】
図4(B)に示されるように、プラズマCVDにて、窒化シリコンからなるゲート絶縁膜22、及びアモルファスシリコンからなる半導体膜24、及び窒化シリコンからなるチャネル保護膜26をそれぞれ成膜する。そこで、矢印で示されるように紫外線を照射しながら、ゲート電極20及びゲートバスライン12をマスクとして背面露光を行う。
【0015】
図4(C)に示されるように、それから、チャネル保護膜26の紫外線の当たった部分を溶解させるエッチャントを用いて、エッチングを行う。すると、チャネル保護膜26はゲートバスライン12及びゲート電極20に整列するパターンで形成される。半導体膜24は全面的な膜として残っている。このように本発明ではチャネル保護膜26の形成工程ではフォトマスクを使用しないので、従来のようにこの工程でフォトマスクを使用した場合よりも工程が簡単になる。
【0016】
次に、図4(D)に示されるように、(n+ a−Si)からなるオーミックコンタクト層28、及びクロムからなるドレインバスライン14、ドレイン電極30及びソース電極32を成膜する。そこで、フォトレジストを用いてエッチングを行い、ドレインバスライン14、ドレイン電極30、ソース電極32、オーミックコンタクト層28、及び半導体膜24を、個々の素子に対応する所定の形状に形成する。ここで、ゲートバスライン12上にはチャネル保護膜26の層が存在するので、ゲートバスライン12上の半導体膜24はエッチングされない。つまり、半導体膜24はゲートバスライン12及びゲート電極20上に図5(B)のハッチングした形状で残り、隣接する薄膜トランジスタ16を電気的に接続していることになる。
【0017】
次に、図4(E)に示されるように、窒化シリコン膜からなるパッシベーション膜34を形成し、フォトマスクを用いてエッチングし、このパッシベーション膜34にコンタクトホール36、44、及び素子分離用穴50を形成する。このエッチャントは、パッシベーション膜34、チャネル保護膜26、半導体膜24、及びゲート絶縁膜22を溶解できるものであり、例えばフッ素系のエッチャントを用いてドライエッチングする。
【0018】
このようにして、素子分離用穴50が図5(C)及び図3に示されるように形成され、ゲートバスライン12上にあった半導体膜24が切断されるので、隣接する薄膜トランジスタ16が互いに分離されることになる。また、このときに使用するフォトマスクはゲート端子及びドレイン端子のための穴(図示せず)あけも同時に行うことができるようになっている。最後に図2に示されるように、ITOからなる画素電極18を成膜し、フォトマスクを用いてエッチングし、画素電極18を所定の形状に仕上げる。
【0019】
図6は本発明の実施例を示す図である。この実施例でも、前の実施例と同様に素子分離用穴50が形成されており、基本的に前の実施例と同様の特徴を備えている。ただし、前の実施例では蓄積容量電極42が画素電極18のほぼ中央にあったのに対して、この実施例では蓄積容量電極42が画素電極18の端部にゲートバスライン12と重なるような位置に形成されている。蓄積容量電極42はドレインバスライン14と同じ材料層として形成され、パッシベーション膜34に設けたコンタクトホール44を介して画素電極18に接続される。この場合、蓄積容量電極42は素子分離用穴50と干渉しないように形成される。
【0020】
図7は本発明の実施例を示す図であり、画素電極18の形成のためにエッチング工程にあるところを示している。この実施例の原理は図1から図6の実施例と同様な薄膜トランジスタ基板10に適用されることができ、あるいはチャネル保護膜26をフォトマスクを使用して形成したその他の薄膜トランジスタ基板にも適用されることができる。
【0021】
図7では、薄膜トランジスタ基板10はアクティブマトリクスを含むものであり、薄膜トランジスタ16は、ゲート電極20と、ゲート絶縁膜22と、半導体膜24と、チャネル保護膜26と、オーミックコンタクト層28と、ドレイン電極30と、ソース電極32とからなる。画素電極18はパッシベーション膜34に設けたコンタクトホールを介してソース電極32に接続される。図7では、ドレイン電極30及びソース電極32(及びドレインバスライン)は、チタン、アルミニウム、及びチタンの3層構造である。
【0022】
図7は、ITOからなる画素電極18の材料層がパッシベーション膜34上に成膜され、画素電極18を所定の形状に形成するためのフォトマスク60が形成されており、エッチャント62中に浸されているところを示している。エッチング槽には超音波発生装置64が取りつけられており、30〜35KHz以上の超音波周波数でエッチャント62を振動させつつエッチングを行うようになっている。また、エッチャント62は50℃以下の温度に維持されるようになっている。
【0023】
この実施例の特徴の一つは、画素電極18の材料層を非晶質状態で成膜することにある。画素電極18の材料層を非晶質状態で成膜するためには、ITOを室温(特別に加熱しない状態)で水又は酸素を注入しながらスパッタリングするとよいことが確認されている。
【0024】
次に、フォトマスク60を形成する際に、露光及びエッチングした後のレジストのポストベークの温度を、画素電極18の材料層が非晶質状態から結晶状態に転移する温度以下で行うことが必要である。ITOの結晶化の転移点は150〜200℃であるから、フォトマスク60のポストベークは110℃程度で行うのが好ましい。このようにして、フォトマスク60をエッチングにかけるまで非晶質状態に維持する。
【0025】
次に、エッチングに際しては、有機系の酸によってエッチングする。好ましいエッチャント62はシュウ酸であり、カルボン基(−COOH)をもつその他の有機酸、例えば、マロン酸、マレイン酸、クエン酸、酢酸、サリチル酸、マルキル酢酸等、及びその誘導体も使用できる。有機系の酸からなるエッチャント62を使用することにより、画素電極18をその下地層に対して選択性よくエッチングすることができ、その下地層であるパッシベーション膜34やドレインバスライン14を傷めることがなくなり、低抵抗を実現できるアルミニウムをドレインバスライン14のために使用できるようになった。
【0026】
さらに、エッチングに際して、有機系の酸からなるエッチャント62の温度を50℃以下に維持しながら、非晶質状態のITOにエッチングすることによって、高いエッチングレートで、サイドエッチングのない、フォトマスク60とほとんど一致した形状で画素電極18をパターニングできることが分かった。このため、エッチング工程をよりスムーズに実施できるとともに、下地層への影響はますます小さくなった。
【0027】
さらに、エッチング後に非晶質状態の画素電極18を結晶状態にするために熱処理を行う。上記したように、ITOの結晶化の転移点は150〜200℃であるから、実施例においては200℃で熱処理を行った。これによって、品質の優れた画素電極18を形成できた。
液晶表示装置は、上記した薄膜トランジスタ基板の製造方法を用いて製造される。
【0028】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、製造工程を簡単化でき、あるいは画素電極を確実に且つ高いスループットで形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例の薄膜トランジスタ基板を示す平面図である。
【図2】図1の線II─IIに沿った断面図である。
【図3】図1の線III ─III に沿った断面図である。
【図4】図1の薄膜トランジスタ基板の製造手順を示す図である。
【図5】素子分離用穴の特徴を説明する図である。
【図6】本発明の実施例の薄膜トランジスタ基板を示す平面図である。
【図7】本発明の実施例の薄膜トランジスタ基板のエッチングを示す図である。
【符号の説明】
10…薄膜トランジスタ基板
12…ゲートバスライン
14…ドレインバスライン
16…薄膜トランジスタ
18…画素電極
24…半導体膜
26…チャネル保護膜
34…パッシベーション膜(絶縁膜)
36…コンタクトホール
50…素子分離用穴[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a thin film transistor substrate used in, for example, a liquid crystal display device and a liquid crystal display device.
[0002]
[Prior art]
Recently, with the increase in size and definition of liquid crystal display devices, liquid crystal display devices that perform active matrix driving have been actively developed. In a liquid crystal display device that performs active matrix driving, liquid crystal is sealed between a thin film transistor substrate and a color filter substrate, and display is performed by changing the light transmission state of the liquid crystal by applying a voltage. In the thin film transistor substrate, gate bus lines and drain bus lines are arranged in a matrix, and thin film transistors and pixel electrodes are arranged at intersections of the gate bus lines and the drain bus lines.
[0003]
In manufacturing a thin film transistor substrate, a gate bus line and a gate electrode are first formed on a transparent insulating plate and patterned into a predetermined shape using a first photomask. An insulating layer is formed thereon, a semiconductor film for forming a thin film transistor is then formed, and a channel protective film is further formed thereon. The channel protective film is patterned into a predetermined shape using a second photomask so as to exist only on the gate electrode. Then, an ohmic contact layer and a conductor layer for forming a drain bus line, a drain electrode, and a source electrode are formed and patterned into the shape of a thin film transistor using a third photomask. Then, a final protective film is formed, and a contact hole for connecting the pixel electrode to the gate electrode of the thin film transistor is formed in the final protective film using a fourth photomask. Thereafter, a material layer (for example, ITO) of the pixel electrode is formed and patterned into a predetermined shape using a fifth photomask.
[0004]
In forming the pixel electrode, conventionally, an inorganic etchant (for example, phosphoric acid, nitric acid, ferric chloride or other Hagen-type hydrochloric acid, hydrofluoric acid, hydrobromic acid, hydroiodic acid, etc.) is used. I used it. Patent Document 1 describes the use of an oxalic acid solution as an organic etchant.
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 4-48631
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in manufacturing the thin film transistor substrate, each patterning process is performed using a photomask. Each patterning step includes application of a resist to be a photomask, exposure of the resist using the mask, etching of the resist, a predetermined process using the photomask thus formed, and peeling of the photomask. Conventionally, there are many patterning processes using photomasks (in the case of the above example, 5 photomasks are used), so the number of processes is large and not only productivity is low, but also yield is lowered. It was connected.
[0006]
When an inorganic etchant is used in forming the pixel electrode, overetching is likely to occur, or there is a problem in the etching selectivity between the pixel electrode material layer and the underlying material layer, and the pixel electrode etching is problematic. sometimes there is a possibility that damage to the insulating film and the drain bus line or the like. These problems can be solved to some extent by using an organic etchant such as an oxalic acid solution, but there are still problems such as insufficient dimensional accuracy of the pixel electrode, and more reliable etching can be performed. It has been demanded.
[0007]
An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a thin film transistor substrate and a liquid crystal display device that can simplify the manufacturing process.
Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a thin film transistor substrate and a liquid crystal display device capable of reliably forming pixel electrodes.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The method of manufacturing a thin film transistor substrate according to the present invention includes a step of forming a material layer of the
The method of manufacturing a thin film transistor substrate according to the present invention includes a gate bus line that is a first electrode layer formed on an insulating transparent substrate and a gate insulation that is a first insulating layer formed on the gate bus line. A film, a drain bus line which is a second electrode layer disposed on the gate insulating film so as to intersect the gate bus line, a thin film transistor disposed at an intersection of the gate bus line and the drain bus line, and A transparent pixel electrode which is a third electrode layer formed on a protective film which is a second insulating layer formed on the thin film transistor is connected to the thin film transistor through a contact hole formed in the second insulating film. In the method for manufacturing an electrically connected thin film transistor substrate, a step of forming a material layer of the transparent pixel electrode in an amorphous state, and the transparent Etching the material layer of the pixel electrode by an acid organic, and performing heat treatment of the transparent pixel electrode of the amorphous state to the crystalline state after the etching. According to this method, a pixel electrode having excellent film quality can be obtained.
[0009]
【Example】
FIG. 1 is a plan view showing a thin
The thin
[0010]
1 to 3, the active matrix formed on the thin
[0011]
The
[0012]
As shown in FIG. 3, the
[0013]
FIG. 4 is a diagram showing a manufacturing procedure of the thin
[0014]
As shown in FIG. 4B, a
[0015]
Then, as shown in FIG. 4C, etching is performed using an etchant that dissolves the portion of the channel
[0016]
Next, as shown in FIG. 4D, an
[0017]
Next, as shown in FIG. 4E, a
[0018]
In this way, the
[0019]
FIG. 6 is a diagram showing an embodiment of the present invention. Also in this embodiment, the
[0020]
FIG. 7 is a view showing an embodiment of the present invention, and shows a state in an etching process for forming the
[0021]
In FIG. 7, the thin
[0022]
In FIG. 7, a material layer of the
[0023]
One of the features of this embodiment is that the material layer of the
[0024]
Next, when forming the
[0025]
Next, the etching is performed with an organic acid. The
[0026]
Further, when etching, etching is performed on the amorphous ITO while maintaining the temperature of the
[0027]
Further, heat treatment is performed to bring the
The liquid crystal display device is manufactured using the above-described method for manufacturing a thin film transistor substrate.
[0028]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the manufacturing process can be simplified, or the pixel electrodes can be reliably formed with high throughput.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view showing a thin film transistor substrate according to an embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view taken along line II-II in FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line III-III in FIG.
4 is a diagram showing a manufacturing procedure of the thin film transistor substrate of FIG. 1. FIG.
FIG. 5 is a diagram for explaining characteristics of element isolation holes;
FIG. 6 is a plan view showing a thin film transistor substrate according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing etching of a thin film transistor substrate according to an embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
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