JP3949945B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

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【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置に係り、特には、一方の基板上にスイッチング素子と画素電極とカラーフィルタ層とが設けられた液晶表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
アクティブマトリクス基板にカラーフィルタ層を設ける場合、カラーフィルタ層を構成する各着色層の画素電極に対する相対位置は容易且つ高精度に制御可能である。また、この場合、アクティブマトリクス基板と対向基板とを貼り合わせる際に、対向基板にカラーフィルタ層を設けた場合ほど高い精度で位置合わせを行う必要はない。すなわち、アクティブマトリクス基板にカラーフィルタ層を設けた構造を採用することにより、液晶表示装置を容易且つ高い歩留まりで製造することが可能となる。しかしながら、このような構造を採用した場合、以下の問題を生ずることがある。
【0003】
一般に、画素電極を形成するための導電性薄膜の成膜工程では、カラーフィルタ層の上面だけでなくスルーホールの側壁及び底部にも導電性材料をスパッタリングする。このような方法で得られる構造において、スルーホールの側壁及び底面に堆積した導電性薄膜は、画素電極とスイッチング素子とを電気的に接続する役割を担っている。そのため、上記導電性薄膜は、画素電極とスイッチング素子との間で連続していなければならない。したがって、スルーホールの断面形状は、上記導電性薄膜に不連続部を生じ難い順テーパ状であることが望まれる。
【0004】
ところで、スルーホールが設けられた着色層は、ネガ型の感光性樹脂と着色顔料或いは着色染料との混合物を用いて塗膜を形成し、この塗膜を露光・現像することによって形成されている。着色顔料或いは着色染料を含有した感光性樹脂では、透明な感光性樹脂とは異なり、着色顔料或いは着色染料による光吸収が生じる。着色顔料或いは着色染料によって吸収される光の波長域と感光性樹脂に架橋反応を生じさせる光の波長域との重なりは、当然、着色顔料或いは着色染料の色に応じて異なっている。このような理由から、或る色の着色層ではスルーホールの断面形状を順テーパ状とすることが容易であっても、他の色の着色層ではスルーホールの断面形状を順テーパ状とすることが困難となることがある。
【0005】
この問題に対しては、図4に示す構造が有効であると考えられる。図4は、スルーホールの断面形状を順テーパ状とし得る構造を採用したカラーフィルタ層を概略的に示す平面図であって、緑及び青の着色層8a,8bではスルーホール21a,21bの断面形状を順テーパ状とすることが困難であり且つ赤の着色層21cではスルーホールの断面形状を順テーパ状とすることが容易である場合を示している。
【0006】
図4に示すカラーフィルタ層8では、通常は縦方向に連続したストライプ状の緑及び青の着色層8a,8bを各スルーホール21a,21bの位置で分断するとともに、それらスルーホール21a,21bの周囲部分を赤の着色層8cで構成している。すなわち、全てのスルーホール21a〜21cの周囲部分を赤の着色層で構成している。そのため、このような構造によると、全てのスルーホール21a〜21cの断面形状を順テーパ状とすることが容易であり、したがって、画素電極10とスイッチング素子との間の接続不良及びそれに基づく表示不良の発生を抑制することができる。
【0007】
しかしながら、図4に示す液晶表示装置1は着色層8a,8bの剥離などを生じ易いことが判明した。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、カラーフィルタ層に設けられるスルーホールの断面形状を順テーパ状とすることが容易であり且つカラーフィルタ層を構成する着色層の剥離を生じ難い液晶表示装置を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、互いに対向した第1及び第2基板と、前記第1基板の前記第2基板との対向面上で縦方向と横方向とに配列した複数の画素電極と、前記第1基板と前記複数の画素電極との間に介在し且つ吸収波長域が互いに異なる第1着色層と第2着色層と赤色着色層とを備えたカラーフィルタ層と、前記第1基板と前記カラーフィルタ層との間に介在した複数のスイッチング素子と、前記第2基板の前記第1基板との対向面に設けられた共通電極と、前記複数の画素電極と前記共通電極との間に介在した液晶層とを具備し、前記カラーフィルタ層には複数のスルーホールが設けられ、前記複数の画素電極は前記複数のスルーホールを介して前記複数のスイッチング素子にそれぞれ電気的に接続され、前記複数のスルーホールの側壁はいずれも前記赤色着色層の材料と同一の材料で構成され、前記第1着色層と前記第2着色層と前記赤色着色層とは前記複数のスルーホールの位置で分断されることなく前記縦方向に連続した形状をそれぞれ有するとともに前記横方向に配列したことを特徴とする液晶表示装置を提供する。
【0010】
本発明において、第1着色層は縦方向に延び且つ縦方向に第1孔を繰り返し設けた帯状の形状を有し、第2着色層は縦方向に延び且つ縦方向に第2孔を繰り返し設けた帯状の形状を有し、赤色着色層は縦方向に延び且つ縦方向に第3孔を繰り返し設けた帯状の形状を有し、第1孔のそれぞれは赤色着色層の材料と同一の材料からなり且つ第4孔が設けられた第4着色層で埋め込まれ、第2孔のそれぞれは赤色着色層の材料と同一の材料からなり且つ第5孔が設けられた第5着色層で埋め込まれ、第3乃至第5孔が前記複数のスルーホールを構成していてもよい。
【0011】
この場合、第3乃至第5孔はそれぞれ順テーパ状の断面形状を有し、第1及び第2孔の少なくとも一部は逆テーパ状の断面形状を有していてもよい。なお、ここで、「順テーパ状の断面形状」は、「孔」や「スルーホール」に関して使用する場合、その開口から底部に向けて幅が狭くなる断面形状を意味する。
【0012】
本発明において、赤色着色層は第1及び第2着色層を形成した後に形成されていてもよい。なお、赤色着色層が第1及び第2着色層を形成した後に形成されているか否かは、例えば、カラーフィルタ層の断面構造をSEMで観察して第1着色層と第2着色層と赤色着色層との重なり方を調べることにより判別することができる。
【0013】
本発明において、例えば、第1着色層は緑色の着色層であり、第2着色層は青色の着色層であってもよい。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の各実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において同様の構成部材には同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。
【0015】
図1は、本発明の一実施形態に係る液晶表示装置を概略的に示す断面図である。また、図2は、図1に示す液晶表示装置のカラーフィルタ層を概略的に示す平面図である。なお、図1に示すカラーフィルタ層の断面構造は、図2に示すカラーフィルタ層のA−A線に沿った断面に相当している。
【0016】
図1に示す液晶表示装置1は、TN駆動方式のカラー型液晶表示装置であって、アクティブマトリクス基板2と対向基板3とを対向させ、それら基板2,3間に液晶層4を介在させた構造を有している。これら基板2,3間の周縁部には、液晶材料を注入するための注入口(図示せず)を除いて接着剤層16が設けられており、その注入口は封止剤を用いて封止されている。また、この液晶表示装置1の両面には偏光板5がそれぞれ貼り付けられており、その背面側には図示しない光源が配置されている。
【0017】
図1に示す液晶表示装置1において、アクティブマトリクス基板2は、ガラス基板のような透明基板6を有している。透明基板6上には、配線及びスイッチング素子7が形成されている。また、透明基板6の配線及びスイッチング素子7が設けられた面には、カラーフィルタ層8及び周縁遮光層9が形成されている。カラーフィルタ層8上には画素電極10及び柱状スペーサ11が順次積層されており、画素電極10上には配向膜12が形成されている。一方、対向基板3は、ガラス基板のような透明基板13を有している。透明基板13上には、共通電極14及び配向膜15が順次積層されている。
【0018】
アクティブマトリクス基板2に形成する配線は、透明基板6上で格子状に配列した走査線及び信号線などで構成されている。また、スイッチング素子7は、例えば、アモルファスシリコンやポリシリコンを半導体層とした薄膜トランジスタ(以下、TFTという)である。このスイッチング素子7は、走査線及び信号線などの配線並びに画素電極10と接続されており、それにより、所望の画素電極10に対して選択的に電圧を印加することを可能としている。
【0019】
カラーフィルタ層8は、画素電極10に対応してストライプ状に設けられた緑色の着色層8aと青色の着色層8bと赤色の着色層8cとで主に構成されている。着色層8a〜8cにはスルーホール21a〜21cがそれぞれ設けられている。スルーホール21a,21bは着色層8cと同一の材料からなる着色層8d,8eでそれぞれ埋め込まれており、着色層8d,8eにはスルーホール21d,21eがそれぞれ設けられている。
【0020】
着色層8a〜8eは、感光性樹脂とそれぞれの色に対応した着色顔料或いは着色染料とを含有する混合物を用いて形成することができる。着色層8a〜8eの成膜順に特に制限はないが、着色層8c〜8eは同一の材料からなるので、それらを同時に形成することにより製造プロセスを簡略化することができる。また、この場合、着色層8c〜8eは着色層8a,8bを形成した後に形成することが好ましい。このように着色層8c〜8eを後から形成すると、着色層8a,8bの断面が逆テーパ状になったとしても、着色層8a,8bの側面と着色層8c〜8eの側面とを良好に密着させることができる。そのため、着色層8a〜8eが剥離することに起因して接続不良が生じるのを効果的に防止することが可能となる。
【0021】
周縁遮光層9は、一般には額縁層などと呼ばれ、画面の周縁部に形成される。
周縁遮光層9は、例えば、カーボン微粒子のような黒色顔料や黒色染料と感光性樹脂との混合物を用いて形成することができる。
【0022】
画素電極10及び共通電極14は、ITOのような透明導電材料で構成されている。電極10,14は、例えばスパッタリング法などにより形成することができる。
【0023】
柱状スペーサ11は、感光性樹脂を用いて形成することができる。すなわち、
柱状スペーサ11は、例えば、カラーフィルタ層8上に感光性樹脂層を形成した後、この感光性樹脂層をパターン露光・現像することなどにより得られる。柱状スペーサ11は、その少なくとも一部を周縁遮光層9と同一の材料で及び同一の工程で形成することができる。また、カラーフィルタ層8を構成する各着色層8a〜8cを部分的に重ね合わせて、それらの積層部を柱状スペーサ11として利用することもできる。
【0024】
配向膜12,15は、ポリイミドなどの透明樹脂からなる薄膜にラビング処理等の配向処理を施すことにより形成され得る。
【0025】
さて、上記液晶表示装置1では、上述のようにスルーホール21c〜21eの側壁を同一の材料で構成している。このような構造によると、以下に説明するように、画素電極10とスイッチング素子7との間で導通不良が発生するのを防止することができるのに加え、カラーフィルタ層8を構成する着色層8a〜8cが剥離するのを防止することができる。
【0026】
先に説明したように、着色顔料或いは着色染料によって吸収される光の波長域と感光性樹脂に架橋反応を生じさせる光の波長域との重なりは着色顔料或いは着色染料の色に応じて異なっているため、或る色の着色層ではスルーホールの断面形状は順テーパ状となり、他の色の着色層ではスルーホールの断面形状が順テーパ状となることがある。例えば、或る条件のもとで着色層8a〜8cを形成した場合には、青の着色層8bではスルーホール21bの断面形状は逆テーパ状となり、緑の着色層8aではスルーホール21aの断面形状は順テーパ状と逆テーパ状とが混在した状態となり、赤の着色層8cではスルーホール21cの断面形状は順テーパ状となる。
【0027】
図3(a)〜(c)は、画素電極とスイッチング素子との間で生じる導通不良とスルーホールの断面形状との関係を示す断面図である。図3(a)に示すように、スルーホール21cの断面形状が順テーパ状である場合、画素電極10を構成する導電性材料は着色層8c上だけでなくスルーホール21cの側壁及び底部にも堆積するため、導通不良を生ずることはない。他方、図3(b)に示すように、スルーホール21bの断面形状が逆テーパ状である場合、画素電極10を構成する導電性材料は着色層8b及びスルーホール21bの底部に堆積するもののスルーホール21bの側壁には堆積し得ない。そのため、図3(b)に示す構造では、画素電極10とスイッチング素子7との間の導通が不完全となる。
【0028】
これに対し、図3(c)に示すように、着色層8cと同一の材料からなる着色層8eでスルーホール21bを埋め込んだ場合、スルーホール21b内に断面形状が順テーパ状のスルーホール21eを容易に形成することができる。このような構造によると、図3(a)を参照して説明したように、画素電極10を構成する導電性材料は着色層8b上だけでなくスルーホール21eの側壁及び底部にも堆積する。したがって、画素電極10とスイッチング素子7との間の導通不良の発生を防止することができる。
【0029】
本実施形態に係る液晶表示装置1では、スルーホールの断面形状が逆テーパ状になり易い緑及び青の着色層8a,8bの位置で図3(c)に示す構造を採用している。そのため、全ての位置で、画素電極10とスイッチング素子7との間の導通不良の発生を防止することができる。
【0030】
また、本実施形態では、図2に示すように、着色層8a〜8cはスルーホールの位置で分断されておらず、縦方向に連続した形状を有している。図4に示す構造は、着色層8a,8bがスルーホールの位置で分断されているため、それら着色層8a,8bの端部の丸まりや剥離を生じ易い。これに対し、本実施形態で採用する構造では、着色層8a,8bの個々の寸法が、図4に示す構造に比べて遥かに大きいため、それら着色層8a,8bの端部の丸まりや剥離を十分に防止することができる。
【0032】
記実施形態では、カラーフィルタ層8を図2に示す構造としたが、カラーフィルタ層8は他の構造を有していてもよい。例えば、図2に示す構造において着色層8cと着色層8d,8eとを繋ぎ合わせてもよい。
【0033】
また、上記実施形態では、スペーサ11をアクティブマトリクス基板2に形成したが、スペーサ11は対向基板3に設けてもよく、基板2,3の双方に設けてもよい。さらに、上記実施形態では、TN型の液晶表示装置1について説明したが、表示方式は、STN型、GH型、ECB型、或いは強誘電性液晶を利用したタイプ等であってもよい。
【0034】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。
【0035】
(実施例)
図1に示す液晶表示装置1を以下の方法により作製した。
まず、ガラス基板6上に通常の方法により配線及びTFT7を形成して、縦方向に768ピクセル及び横方向に1024×3(R、G、B)ピクセルの画素数を有するTFTアレイ基板とした。
【0036】
次に、基板6のTFT7などを形成した面に緑色の顔料を分散させた紫外線硬化型アクリル樹脂レジストCG−2000(富士フィルムオーリン社製)をスピナーを用いて塗布した。このようにして形成した塗膜の上方にフォトマスクを配置し、このフォトマスクを介して上記塗膜に露光量が100mJ/cm2となるように波長365nmの紫外線を照射した。上述した条件で露光を終えた後、1%のKOH水溶液を用いて上記塗膜を10秒間現像することにより、厚さが3.0μmでありストライプ幅が70μmの緑色の着色層8aを形成した。なお、この着色層8aには、25μm×30μmのサイズのスルーホール21aを設けた。
【0037】
次いで、青色の顔料を分散させた紫外線硬化型アクリル樹脂レジストCB−2000(富士フィルムオーリン社製)を用いて、緑色の着色層8aに関して説明したのと同様の方法により、厚さが3.0μmでありストライプ幅が70μmの青色の着色層8bを形成した。なお、この着色層8bには、25μm×30μmのサイズのスルーホール21bを設けた。
【0038】
その後、赤色の顔料を分散させた紫外線硬化型アクリル樹脂レジストCR−2000(富士フィルムオーリン社製)を用いて、緑色の着色層8aに関して説明したのと同様の方法により、厚さが3.0μmでありストライプ幅が70μmの赤色の着色層8cを形成した。また、これと同時に、スルーホール21a,21b内に赤色の着色層8d,8eを形成した。なお、着色層8c〜8eには、15μm×20μmのサイズのスルーホール21c〜21eをそれぞれ設けた。
【0039】
次に、上述した方法で得られたカラーフィルタ層8上に、スパッタリング法を用いて厚さ1500ÅのITO膜を形成し、これをフォトリソグラフィ技術とエッチング技術とを用いてパターニングすることにより画素電極10を得た。なお、これら画素電極10は、それぞれカラーフィルタ層8に設けたスルーホール21c〜21eを介してTFTのソース電極と接続されるように形成した。
【0040】
その後、基板6の画素電極10を形成した面に、感光性のカーボンレス黒色樹脂(富士フィルムオーリン社製)を6.0μmの厚さに塗布した。これにより得られた塗膜を90℃で10分間乾燥させた後、塗膜の上方にフォトマスクを配置し、このフォトマスクを介して上記塗膜に露光量が500mJ/cm2となるように波長365nmの紫外線を照射した。上述した条件で露光を終えた後、pH11.5のアルカリ水溶液を用いて上記塗膜を現像し、さらに、200℃で60分間焼成することにより、高さが5.0μmのスペーサ11と周縁遮光層9とを同時に形成した。
【0041】
その後、基板6の画素電極10を形成した面に、配向膜材料であるAL−3456(JSR社製)を500Åの厚さで塗布し、得られた塗膜にラビング処理を施して配向膜12を形成した。以上のようにして、アクティブマトリクス基板2を完成した。
【0042】
上述した方法でアクティブマトリクス基板2を作製する一方で、以下の方法により対向基板3を作製した。すなわち、まず、ガラス基板13上に、スパッタリング法を用いて厚さ1500ÅのITO膜を形成した。このITO膜をフォトリソグラフィ技術とエッチング技術とを用いてパターニングすることにより共通電極14を得た。その後、基板13の共通電極14を形成した面に、配向膜材料であるAL−3456(JSR社製)を500Åの厚さで塗布し、得られた塗膜にラビング処理を施して配向膜15を形成した。以上のようにして、対向基板3を完成した。
【0043】
次いで、対向基板3の配向膜15を形成した面の周縁部に接着剤16を注入口が残されるように印刷した。さらに、アクティブマトリクス基板2から共通電極14に電圧を印加するための電極転移材(図示せず)を接着剤16の周辺部の電極転移材(図示せず)上に形成した。
【0044】
その後、アクティブマトリクス基板2と対向基板3とを、それらの配向膜12,15同士が対向するように及びそれらのラビング方向が直交するように貼り合わせ、さらに加熱して接着剤16を硬化させることによりセルを形成した。このセル中に液晶材料としてZLI−1565(E.メルク社製)にS811を添加してなる組成物を通常の方法により注入して液晶層4を形成した。さらに、注入口を紫外線硬化樹脂で封止し、ガラス基板6,13のそれぞれに偏光板5を貼り付けた。
【0045】
次に、以上のようにして得られた液晶表示装置1の表示性能について調べた。
その結果、この液晶表示装置1では、明点や半明点などの表示不良は観察されず、高コントラスト比で優れた表示品位が得られた。
【0046】
(比較例1)
図5は、比較例1に係る液晶表示装置を概略的に示す断面図である。また、図6は、図5に示す液晶表示装置のカラーフィルタ層を概略的に示す平面図である。
【0047】
本比較例では、カラーフィルタ層8を図6に示す構造としたこと以外は上記実施例で説明したのとほぼ同様の方法により図6に示す液晶表示装置1を作製した。なお、ここでは、スルーホール21a〜21cのサイズを15μm×20μmとした。
【0048】
次に、以上のようにして得られた液晶表示装置1の表示性能について調べた。
その結果、この液晶表示装置1では、明点や半明点などの表示不良が認められた。
【0049】
(比較例2)
カラーフィルタ層8を図4に示す構造としたこと以外は上記実施例で説明したのとほぼ同様の方法により図1に示す液晶表示装置1を作製した。なお、ここでは、スルーホール21a〜21cのサイズを15μm×20μmとした。
【0050】
次に、以上のようにして得られた液晶表示装置1の表示性能について調べた。
その結果、この液晶表示装置1では、緑ムラや青ムラなどの表示不良が認められた。
【0051】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、各スルーホールの側壁を全て同一の材料で構成しているため、それらスルーホールの断面形状を順テーパ状とすることができ、したがって、画素電極とスイッチング素子との間の導通不良の発生を防止することができる。また、本発明では、各着色層をスルーホールの位置で分断することなく連続した形状としているため、それら着色層の端部の丸まりや剥離を十分に防止することができる。
すなわち、本発明によると、カラーフィルタ層に設けられるスルーホールの断面形状を順テーパ状とすることが容易であり且つカラーフィルタ層を構成する着色層の剥離を生じ難い液晶表示装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係る液晶表示装置を概略的に示す断面図。
【図2】図1に示す液晶表示装置のカラーフィルタ層を概略的に示す平面図。
【図3】(a)〜(c)は、画素電極とスイッチング素子との間で生じる導通不良とスルーホールの断面形状との関係を示す断面図。
【図4】スルーホールの断面形状を順テーパ状とし得る構造を採用したカラーフィルタ層を概略的に示す平面図。
【図5】比較例1に係る液晶表示装置を概略的に示す断面図。
【図6】図5に示す液晶表示装置のカラーフィルタ層を概略的に示す平面図。
【符号の説明】
1…液晶表示装置
2…アクティブマトリクス基板
3…対向基板
4…液晶層
5…偏光板
6…透明基板
7…スイッチング素子
8…カラーフィルタ層
8a〜8e…着色層
9…周縁遮光層
10…画素電極
11…柱状スペーサ
12…配向膜
13…透明基板
14…共通電極
15…配向膜
16…接着剤層
21a〜21e…スルーホール

Claims (3)

  1. 互いに対向した第1及び第2基板と、
    前記第1基板の前記第2基板との対向面上で縦方向と横方向とに配列した複数の画素電極と、
    前記第1基板と前記複数の画素電極との間に介在し且つ吸収波長域が互いに異なる第1着色層と第2着色層と赤色着色層とを備えたカラーフィルタ層と、
    前記第1基板と前記カラーフィルタ層との間に介在した複数のスイッチング素子と、
    前記第2基板の前記第1基板との対向面に設けられた共通電極と、
    前記複数の画素電極と前記共通電極との間に介在した液晶層とを具備し、
    前記カラーフィルタ層には複数のスルーホールが設けられ、前記複数の画素電極は前記複数のスルーホールを介して前記複数のスイッチング素子にそれぞれ電気的に接続され、
    前記複数のスルーホールの側壁はいずれも前記赤色着色層の材料と同一の材料で構成され、前記第1着色層と前記第2着色層と前記赤色着色層とは前記複数のスルーホールの位置で分断されることなく前記縦方向に連続した形状をそれぞれ有するとともに前記横方向に配列したことを特徴とする液晶表示装置。
  2. 前記赤色着色層は前記第1及び第2着色層を形成した後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。
  3. 前記第1着色層は緑色の着色層であり、前記第2着色層は青色の着色層である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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