JPH05289103A - 液晶表示装置 - Google Patents

液晶表示装置

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JPH05289103A
JPH05289103A JP8713992A JP8713992A JPH05289103A JP H05289103 A JPH05289103 A JP H05289103A JP 8713992 A JP8713992 A JP 8713992A JP 8713992 A JP8713992 A JP 8713992A JP H05289103 A JPH05289103 A JP H05289103A
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tft
crystal display
display device
drain
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JP8713992A
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Kazunari Mori
一成 森
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 p−SiTFTを用いた液晶表示装置におい
て、リーク電流を効果的に抑えることができ、かつLD
Dの長さのばらつきに起因する表示不良の発生を避け
て、表示品質の良好な高精度のLDD構造を有するTF
Tを具備した液晶表示装置を提供する。 【構成】 スイッチング動作を行なうp−Si(多結晶
シリコン)TFT6を有するアクティブマトリックス型
液晶表示装置において、前記のp−SiTFT6が、ソ
ース24とドレイン25との間に 2つのゲート22a、
22bを有し、その直下のチャンネル部31a、31b
の間に前記ソース24またはドレイン25の不純物の量
よりも少量の不純物を含有するp−Siからなる接続領
域30を具備することを特徴とする液晶表示装置であ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はリーク電流を低減させた
薄膜トランジスタを有する液晶表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】アクティブマトリックス型液晶表示装置
は、スイッチング動作して液晶を駆動するTFT素子が
アレイ状に形成されたTFT基板と、ITOのような透
明電極からなる共通対向電極が形成された対向基板と、
その間に封入され挟持される液晶組成物とからその主要
部が構成されている。
【0003】TFT基板の一般的な回路構成を図6に示
す。ガラスのような透明材料からなる基板601上には
直交するデータ信号線604と走査線605とがマトリ
ックス状に配置され、その交差点にはスイッチング動作
を行なうTFT606が配設されている。データ信号線
604と走査線605はそれぞれTFT606のドレイ
ン(D)とゲート(G)に接続されている。そして外部
回路によって線順次に走査線605が選択されてTFT
606がオンとなるとき、データ信号線604の信号電
圧がTFT606を介して画素電極607および保持用
コンデンサに印加され書き込まれる。
【0004】前記のスイッチング用TFT606として
は、従来、チャンネル領域にアモルファスシリコン(a
−Si)を用いたTFT606が使われてきた。この場
合、データ信号線604に信号を供給するための回路で
ある、いわゆるXドライバ回路602や、走査線605
を線順次に選択するための回路である、いわゆるYドラ
イバ回路603からなる駆動回路として、TFT基板6
01の外部に、あるいはTFT基板601上にて接続パ
ッドで接続される多ピンの液晶ドライバLSIが使われ
てきた。いわゆる駆動回路外付け型の液晶表示装置であ
る。
【0005】ところで、近年、液晶表示装置の高速駆動
および低価格化を図るために、TFT基板上に駆動回路
を作り込んだ駆動回路一体化の試みが成されている。そ
してこの場合には、TFT606のチャンネル用半導体
材料として、多結晶シリコン(以下、p−Siと略称)
を用いることが一般的である。これはp−Siの電界効
果移動度がa−Siの10〜 100倍と大きいため、駆動回
路の高速動作を実現できるからである。
【0006】しかしながら、p−Siを用いたTFT
は、上記のような長所を持つ半面、オフ状態でのリーク
電流が大きいという欠点を持っている。その一例とし
て、図7に従来構造のp−SiTFT(Nチャンネル)
の代表的なゲート電圧(VG )−ドレイン電流(ID
特性、(これを以後トランスファ特性と呼ぶ)を示す。
図に明らかなように、p−SiTFTのリーク電流はゲ
ート電圧が負の方向、即ち逆バイアス側に大きくなるに
つれて急激に増大する。このようなp−SiTFTに発
生する大きなリーク電流は、以下のような原因による。
【0007】例えばNチャンネル型のTFTの場合、ゲ
ート電圧が負になるとチャンネル領域の表面にはP型の
蓄積層が形成される。Nチャンネル型のTFTでは、ソ
ース領域およびドレイン領域は高濃度なN型にドープさ
れた領域であるから、チャンネル領域のP型の蓄積層と
でPN接合を作ることになる。従って、良好なPN接合
が形成されていればリーク電流は流れないはずである。
しかしp−Siでは多数のトラップ準位が存在するた
め、良好なPN接合が形成されていない。このため、ゲ
ート電圧が負の方向に増加すると特にドレイン接合部近
傍に電界が集中し、チャンネル領域とドレイン領域との
PN接合にかかる電圧が高くなり、リーク電流は急激に
増加する。
【0008】通常、液晶表示装置は液晶の劣化を避ける
ためなどの理由から交流駆動されており、信号電圧とし
て 1〜 9[V]が用いられている。そしてスイッチング
用TFTをオン、オフするためのゲート電圧は、それぞ
れ 0[V]、15[V]程度が必要である。このような電
圧の条件下では、TFTはゲートオフ時には図7の斜線
で示した範囲の電圧に対する電流で動作する。従ってリ
ーク電流は最大10-10[A]にまで達する。このように
大きなリーク電流があると、通常の保持用コンデンサの
電気容量は 1pFと小さいためにリーク電流の影響は大
きく、保持していた電荷が急激にリークして、その結果
画素電極の電圧が急激に低下し画面のコントラストが大
幅に低下することになる。そして近年のようにますます
画素サイズが多画素化に伴なって小さくなるにつれて、
保持用コンデンサの電気容量もさらに小さくなるため、
リーク電流の問題はさらに深刻なものとなるので、この
ようなリーク電流の問題を解消することが急務である。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】リーク電流を低減させ
るためには、トラップ準位を減少させ良好なPN接合を
作る方法と、構造上の工夫によってドレイン接合部への
電界集中を緩和する方法とがある。後者の代表的なもの
に、Light Doped Drain(以下LDD
と略称)がある。これは、図8に示すように、チャンネ
ル領域810とドレイン領域825との間に低濃度にド
ープされた領域(即ちLDD)812を、またチャンネ
ル領域810とソース領域824との間に低濃度にドー
プされた領域811を形成しPN接合の空乏層領域の幅
を広くすることによって、接合部分にかかる電界を緩和
して、リーク電流を抑止しようとするものである。なお
図8に示すように、液晶表示装置に用いられるTFTに
おいては、チャンネル領域のドレイン領域と接する側お
よびソース領域と接する側のように、両側にLDD領域
を設けている。これは液晶表示装置のスイッチング素子
のようにソース、ドレイン間の電位差が正負にわたって
交互に変化する場合には、ソースおよびドレインのいず
れについても電界が集中する場合が想定されるからであ
る。
【0010】LDD構造は、一般的には図9に示すよう
なプロセスで製作される。
【0011】まず、通常のコプラナー型TFTの製造方
法に従って、p−Siの島状領域820、ゲート酸化膜
821、ゲート822が順次形成される。ゲート材料と
してはP(燐)のような不純物を高濃度にドープしたp
−Siが用いられることが多い。そして基板全面に低濃
度のAsまたはPをイオン注入し、このゲートをマスク
として自己整合的にゲートの両側の領域に低濃度にドー
プする。この際のドーズ量によって、LDD領域の濃度
が決定される。
【0012】次にLDD領域となるべき前記のゲートの
両脇の部分をレジスト823で覆い、高濃度のAsまた
はPをイオン注入して、ソース領域824、ドレイン領
域825を形成する。そして層間絶縁膜826を堆積し
コンタクトホールを穿設して、金属配線827および画
素電極828の形成を行なってTFTを完成する。
【0013】このようなTFTのトランスファ特性を、
図10(A)、(B)、(C)に示す。図10(A)は
LDD構造を有していない通常のTFTの特性を、また
同図(B)および(C)は、TFTがソースとドレイン
の両方にLDDとして不純物濃度 1×1017/cm3 の低
濃度領域を有し、その長さ(δLLD)がそれぞれ片側1
μmおよび片側 2μmである場合を示している。なおチ
ャンネルの幅(W)および長さ(L)はこれら 3つの場
合ですべて同じで、それぞれ10μmおよび 7.5μmであ
る。
【0014】図10に明らかなように、LDDの長さδ
LD= 1μmの場合では、その効果は不十分で、ゲート
の逆バイアス電圧が増加するにつれてかなり大きなリー
ク電流が生じる場合がある。しかしLDDの長さδLLD
をさらに大きくして、δLLD= 2μmとした場合では、
同図に示すようにゲートの逆バイアス電圧に対する依存
度は殆ど解消し、リーク電流が大幅に減少する。
【0015】ところが、LDDの長さδLLDを大きくす
ると、オフ時のリーク電流だけでなく、オン電流も減少
する。例えばVG =15[V]、VDS=10[V]の場合の
ドレイン電流ID は、通常のTFTが図10(A)に示
すようにID = 2×10-4[A]であるのに対し、δLLD
= 2μmのLDD構造を有するTFTでは、同図(C)
に示すようにID = 5×10-5[A]となり、約 1/4に大
幅に減少している。
【0016】これは、前記のLDD構造が高抵抗素子の
ように作用してソースとドレインとの間の電圧が降下す
るためである。このために、前記のLDDは、長さδL
LDを余り長くすることができず、通常、 1〜 2μm程度
以内に設定されている。
【0017】ところで、このLDDを形成する前述のよ
うな製造工程においては、LDDの長さδLLDはレジス
トによって決定されるため、その精度はマスクの合わせ
精度に左右され、このようなLDDの長さのばらつきに
よりTFTの電流電圧特性にばらつきが生じるという問
題がある。即ち、LDDの長さδLLDが長い場合ではそ
の抵抗によりTFTのオン時にソース−ドレイン電流が
不十分となって信号電圧を所定の時間内に画素電極およ
び保持用コンデンサに十分に書き込めないことによる表
示不良が発生し、逆にLDD領域が短い場合にはリーク
電流が大きいのでTFTオフ時の電圧保持特性が悪くな
りコントラストの低下などの表示不良が発生するという
問題がある。従って、LDD構造を用いる場合には、L
DDの長さδLLDを高精度に制御できるプロセスを確立
して、このような問題を解消することが必要である。
【0018】本発明は、このような問題を解決するため
に成されたもので、その目的は、p−SiTFTを用い
た液晶表示装置において、リーク電流を効果的に抑える
ことができ、かつLDDの長さのばらつきに起因する表
示不良の発生を避けて、表示品質の良好な高精度のLD
D構造を有するTFTを具備した液晶表示装置を提供す
ることにある。
【0019】
【課題を解決するための手段】本発明の液晶表示装置
は、アクティブ素子アレイ基板上に画素アレイと前記画
素アレイに接続しスイッチング動作を行なう多結晶シリ
コン薄膜トランジスタとを有するアクティブマトリック
ス型液晶表示装置において、前記多結晶シリコン薄膜ト
ランジスタが、ソースとドレインとの間に 2つのゲート
を有するデュアルゲート型であって、前記 2つのゲート
の直下のチャンネル部の間に前記ソースまたはドレイン
の不純物の量よりも少量の不純物を含有する多結晶シリ
コンからなる接続領域を具備することを特徴としてい
る。
【0020】なお、前記の少量の不純物を含有する多結
晶シリコンからなる低濃度の接続領域が配設される位置
は、前記のような 2つのゲートの直下のチャンネル部の
間のみには限定されない。前記の部分の他にも、前記の
ソースとこのソースに近い側の前記チャンネル部との間
や、前記のドレインとこのドレインに近い側の前記チャ
ンネル部との間に併せ設けてもよい。ただしその場合に
は、低濃度の接続領域は前記の 2つのゲートの直下のチ
ャンネル部の間に設けるようには自己整合的には形成さ
れないので、その領域の長さを正確に制御すべく、不純
物ドープ時のレジストの位置合わせを正確に行なうこと
が必要となるが、TFTオフ時のリーク電流を抑えて、
より少なくすることができる。
【0021】また、前記のアクティブ素子アレイ基板の
周辺部に、薄膜トランジスタに接続されて画素アレイを
駆動する異種導電型の多結晶シリコン薄膜トランジスタ
を有する駆動回路を具備するようにしてもよい。
【0022】
【作用】従来技術においては、LDDの長さのばらつき
は製造時にゲート電極の配設された位置のずれと不純物
ドープの際のマスクの位置ずれとがあいまって大きくな
ってしまう。しかし本発明に係るLDDにおいては、 2
つのゲート電極により自己整合的に配設されるので、そ
のゲート電極の位置ずれだけがLDDの長さのばらつき
となる。このため、従来のようなマスクの位置合わせを
高精度に行なわなくとも 2つのゲート電極間の距離を正
確に配設しておけばよいので、製造上のLDDの長さの
ばらつきの制御が極めて簡易になる。
【0023】そして、このようにして 2つのゲート電極
直下のチャンネルの間に高精度に配設されたLDDは、
抵抗値が抑えられているので順方向の電流は十分な量を
流すことができ、かつゲート電圧が逆バイアス方向に増
加する際にはLDDの効果を発揮して、デュアルゲート
型であることによる効果とあいまって、効果的にリーク
電流を抑えることができる。
【0024】
【実施例】以下、本発明の一実施例を、図面に基づいて
詳細に説明する。
【0025】図1は本発明の液晶表示装置の構成を模式
的に示す図、図2はそれに用いられるTFTの構造を示
す断面図である。
【0026】アクティブ素子アレイ基板1上に、走査線
2と、これに直交するように配置されたデータ信号線3
と、画素電極4およびこれに接続され電荷を保持する保
持用コンデンサ5と、前記の走査線2とデータ信号線3
との交差部に配設され画素電極4に接続されるTFT6
とがアレイ状に配置された画素アレイ部分が配設されて
いる。またその周辺部には、駆動回路としてXドライバ
回路7およびYドライバ回路8が配設されている。そし
て前記の画素電極4に対向するように共通対向電極9が
形成された対向基板(図示省略)がアクティブ素子アレ
イ基板1に組み合わされている。
【0027】前記のTFT6としては、後述するように
LDD構造を有するデュアルゲートのp−Si型TFT
を用い、また駆動回路であるXドライバ回路7およびY
ドライバ回路8としてはLDDを有さない通常の異種導
電型の(CMOS型)TFTを用いている。
【0028】前記のTFT6は、図2に示すように、両
端にそれぞれソース24とドレイン25が形成されたp
−Siからなる島状領域の上にゲート酸化膜21を介し
て第1および第2のゲート22a、22bが形成され、
その直下にそれぞれ第1および第2のチャンネル部31
a、31bが形成されている。そして第1のチャンネル
部31aと第2のチャンネル部31bとの間に不純物が
低濃度にドープされた接続領域30が配設されている。
さらにゲート酸化膜21および22a、22bを覆うよ
うに、コンタクトホールが穿設されたゲート層間絶縁膜
26が配設されている。そしてコンタクトホール部分に
てそれぞれソース24、ドレイン25に接続するように
画素電極27、データ信号線電極28が各々配設されて
いる。
【0029】前記の接続領域30の不純物の濃度は、本
実施例のTFTでは 1×1017/cm3 とした。また、そ
の長さLLDは 4μmとした。
【0030】画素電極27に接続するソース24は、第
1のチャンネル31aに面して接続しており、第1のチ
ャンネル31aは接続領域30に、接続領域30は第2
のチャンネル31bに、第2のチャンネル31bはドレ
イン25に面して接続している。従って合計 4つの接合
面が形成されていることになるが、これらを順にJ1、
J2、J3、J4のように付番すると、J2およびJ3
がそれぞれチャンネル31a、31bと接続領域30と
の接合である。
【0031】ゲート電圧が 0[V]でTFTがオフ状態
のとき、画素電極27の電位がデータ信号線電極28の
電位よりも高い場合には、電界は画素電極27からデー
タ信号線電極28へと向うので、J2およびJ4の接合
に集中する。ところがJ2はLDD構造の接合となって
おり電界の集中は緩和されるため、ゲート電圧が逆バイ
アス方向に増加してもリーク電流は抑えられる。またJ
4の接合にも電界は集中するもののJ2ほどの影響はな
い。逆に画素電極27の電位がデータ信号線電極28の
電位よりも低い場合には、電界はデータ信号線電極28
から画素電極27へと向うので、J1およびJ3の接合
に集中する。ところがJ3はLDD構造の接合となって
おり電界の集中は緩和されるため、ゲート電圧が逆バイ
アス方向に増加してもリーク電流は抑えられる。またJ
1の接合にも電界は集中するもののJ3ほどの影響はな
い。このようにして、ゲート電圧が逆バイアス方向に増
加する際のリーク電流を抑えることができる。
【0032】次に、図3および図4に基づいて本発明の
液晶表示装置の製造方法を、そのTFT6および駆動回
路部分のTFTの製造方法を中心に説明する。
【0033】まず、通常のコプラナー型TFTのプロセ
スにより、p−Siの島状領域20と、その上にゲート
酸化膜21、ゲート22を形成した後、Asイオンを10
12/cm2 程度の低濃度で基板全面に注入する(図4
(a)および図4(d))。そしてTFT6の接続領域
30と、基板の周辺部に配置された駆動回路としてのX
ドライバ回路7およびYドライバ回路8のPチャンネル
型TFT部分とをレジスト23にて覆った後、Asイオ
ンを1015/cm2 程度注入してTFT6のソース24お
よびドレイン25を形成する(図4(b)および図4
(e))。もしこの工程でマスク合わせが若干ずれたと
しても、レジスト23を 2つのゲート22a、22bに
若干オーバーラップするように配置しておけば、接続領
域30にはレジスト23のマスクずれの影響はなく、ま
たその他の不要な部分にレジストが付着することによる
不良の発生もないので、得られるLDDの長さは 2つの
ゲート22a、22b間の距離により自己整合的に一義
的に決定され、製造上のばらつきを極めて小さく抑える
ことができる。
【0034】そして駆動回路としてのXドライバ回路7
およびYドライバ回路8のPチャンネル型TFT部分の
レジスト23を剥離し、今度はTFT6の全体を別の第
2のレジスト29にて覆い、前記のXドライバ回路7お
よびYドライバ回路8のPチャンネル型TFTにBF2
イオンを注入して、そのソース(S)およびドレイン
(D)を形成する。その後、通常の工程と同様にTFT
6の層間絶縁膜26および前記の駆動回路のPチャンネ
ル型TFTの層間絶縁膜40を堆積し、コンタクトホー
ルを穿設した後、データ信号電極28などの金属配線お
よび画素電極27等を配設して、TFT6および前記の
駆動回路のPチャンネル型TFTを完成させる(図4
(c)および図4(f))。
【0035】このような本発明に係るTFT6のトラン
スファ特性を検証したところ、図5(a)に明らかなよ
うに、ゲートに逆バイアス電圧が印加されるときのリー
ク電流を効果的に抑えることができることが確認され
た。また、比較のために本発明に係るようなLDD構造
を有さない通常のデュアルゲートTFTの特性を、図5
(b)に示す。同図に明らかなように、通常のデュアル
ゲートTFTの場合では、リーク電流の発生が顕著に見
られた。
【0036】また、このようなLDDを有するデュアル
ゲート型のTFT6と、異種導電型のTFTで構成され
たXドライバ回路7およびYドライバ回路8からなる駆
動回路とを用いた本発明の液晶表示装置に表示を行なわ
せて、その表示品質を検証したところ、LDDの長さの
ばらつきに起因するようなコントラストの低下などの表
示不良は見受けられず、良好な表示品質を実現すること
が確認された。
【0037】なお、前述の接続領域30のように少量の
不純物がドープされたp−SiからなるLDD(低濃度
の接続領域)の配設される位置は、前記のような 2つの
ゲートの直下のチャンネル部の間のみには限定されな
い。前記の接続領域30のような部分の他にも、前記の
ソース24とこのソース24に近い側の第1のチャンネ
ル31aとの間や、前記のドレイン25とこのドレイン
25に近い側の第2のチャンネル部31bとの間に併せ
設けてもよい。ただしその場合には、低濃度の接続領域
は前記の 2つのゲート22a、22bの直下のチャンネ
ル部31a、31bの間に設けるようには自己整合的に
は形成されないので、その低濃度ドープ領域の長さを正
確に制御すべく、不純物ドープ時のドープしない部分を
覆うレジストの位置合わせを正確に行なうことが必要と
なるものの、そのようにソース24およびドレイン26
に低濃度ドープ領域を設けることにより、TFTオフ時
のリーク電流をさらに抑えて少なくすることができる。
【0038】また、前述の接続領域30に低濃度にドー
プする不純物の濃度は、 2×1011/cm2 から 1×1013
/cm2 程度が好適である。ただし、このときの島状p
−Siの層厚は 0.1μmから 0.2μm程度が好ましい。
【0039】
【発明の効果】以上、詳細な説明で明示したように、本
発明の液晶表示装置は、リーク電流を効果的に抑えるこ
とができ、かつLDDの長さのばらつきに起因する表示
不良の発生を避けて、表示品質の良好な高精度のLDD
構造を有するp−SiTFTを用いた液晶表示装置であ
る。しかも、駆動回路も基板の周辺部に作り込むことも
できるので、構造が簡易で製造も低コストとなり、しか
も液晶表示素子の高速駆動を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の液晶表示装置の構成を模式的に示す
図。
【図2】本発明の液晶表示装置に用いられる画素アレイ
部分のTFTの構造を示す断面図。
【図3】本発明の液晶表示装置の画素アレイ部分のTF
Tの製造方法を示す断面図。
【図4】本発明の液晶表示装置の画素アレイ部分のTF
Tの製造方法および駆動回路部分のTFTの製造方法を
示す断面図。
【図5】本発明の液晶表示装置の画素アレイ部分のTF
Tのトランスファ特性を示す図。
【図6】従来の液晶表示装置の構成を模式的に示す図。
【図7】従来の液晶表示装置の画素アレイ部分のTFT
のトランスファ特性を示す図。
【図8】従来の液晶表示装置の画素アレイ部分のLDD
を有するTFTの構造を示す断面図。
【図9】従来の液晶表示装置の画素アレイ部分のTFT
の製造方法を示す断面図。
【図10】従来のの液晶表示装置の画素アレイ部分のT
FTのトランスファ特性を示す図。
【符号の説明】
1…アクティブ素子アレイ基板 2…走査線2 3…データ信号線 4…画素電極 5…保持用コンデンサ5 6…TFT 7…Xドライバ回路 8…Yドライバ回路 9…共通対向電極 21…ゲート酸化膜 22a…第1のゲート 22b…第2のゲート 23…レジスト 24…ソース 25…ドレイン 26…ゲート層間絶縁膜 27…画素電極 28…データ信号線電極 29…第2のレジスト 30…接続領域 31a…第1のチャンネル 31b…第2のチャンネル

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 アクティブ素子アレイ基板上に画素アレ
    イと前記画素アレイに接続しスイッチング動作を行なう
    多結晶シリコン薄膜トランジスタとを有するアクティブ
    マトリックス型液晶表示装置において、 前記多結晶シリコン薄膜トランジスタが、ソースとドレ
    インとの間に 2つのゲートを有するデュアルゲート型で
    あって、前記 2つのゲートの直下のチャンネル部の間に
    前記ソースまたはドレインの不純物の量よりも少量の不
    純物を含有する多結晶シリコンからなる接続領域を具備
    することを特徴とする液晶表示装置。
  2. 【請求項2】 前記アクティブ素子アレイ基板の周辺部
    に、前記薄膜トランジスタに接続されて前記画素アレイ
    を駆動する異種導電型の多結晶シリコン薄膜トランジス
    タを有する駆動回路を具備することを特徴とする請求項
    1記載の液晶表示装置。
JP8713992A 1992-04-08 1992-04-08 液晶表示装置 Pending JPH05289103A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP8713992A JPH05289103A (ja) 1992-04-08 1992-04-08 液晶表示装置

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JP8713992A JPH05289103A (ja) 1992-04-08 1992-04-08 液晶表示装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH05289103A true JPH05289103A (ja) 1993-11-05

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