JPH0829803A - 液晶表示装置 - Google Patents

液晶表示装置

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JPH0829803A
JPH0829803A JP18278494A JP18278494A JPH0829803A JP H0829803 A JPH0829803 A JP H0829803A JP 18278494 A JP18278494 A JP 18278494A JP 18278494 A JP18278494 A JP 18278494A JP H0829803 A JPH0829803 A JP H0829803A
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Hidetsugu Kojima
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 液晶を表示制御するスイッチング素子のソー
ス側に発生する飛込み電圧を抑えて、液晶に直流成分が
印加されないようにして、液晶の劣化を防止する。 【構成】 薄膜トランジスタ(TFT)のゲート電極に
交番変化するゲート電圧をかけて、ドレイン領域とソー
ス領域間のチャネル領域でスイッチングを行い、画素電
極に印加される駆動電圧を作成する。TFTのソース領
域15cとゲート電極Gとの間のゲート絶縁膜14中に
は、補助容量用電極12に接続されるとともに、ソース
領域15cとチャネル領域15aの境まで延在形成した
寄生容量阻止電極13を設けている。このため、ソース
−ゲート電極間で発生していた寄生容量が除去され、T
FTから出力されるソース電圧波形が飛込み電圧により
非対称とならず、液晶に直流成分が印加されないので、
液晶の劣化を防止することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、液晶表示装置に関し、
詳細には、画像データに基づいてスイッチング素子を切
換えながら液晶を駆動する液晶表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】アクティブマトリクス型の液晶表示装置
は、図3に示すように、画素毎の等価回路として、行方
向にゲートライン(走査線)1が設けられ、列方向にド
レインライン(信号線)2が設けられている。このドレ
インライン2には、データ信号が入力され、ゲートライ
ン1には、水平走査に対応して順次ゲート電圧が選択的
に印加される。
【0003】このゲートライン1とドレインライン2と
の各交点に対応する各画素毎にスイッチング素子として
の薄膜トランジスタ(TFT:Thin Film Transistor)
3が接続され、このTFT3のソース電極Sに液晶容量
CLCと補助容量CS が接続されている。
【0004】また、TFT3のゲート電極Gは、ゲート
ライン1に接続され、ドレイン電極Dはドレインライン
2に接続されている。そして、TFT3のゲート電極G
とソース電極Sとの間には、一般に、ゲート−ソース間
寄生容量CGSを有している。
【0005】上記構成からなる従来の液晶表示装置は、
図4に示すように、ゲートライン1にVGHとVGLとに交
互に変化するゲート電圧VG が印加され、液晶容量CLC
と補助容量CS とを有するTFT3のソース電極と液晶
を介して対向配置された共通電極には、基準電圧VCOM
が印加される。そして、TFT3のゲートライン1にV
GLが印加されてオンとなる選択状態時に、ドレインライ
ン2から図4に示すような波形のデータ信号電圧(ドレ
イン電圧)VD が液晶容量CLC及び補助容量CS に電荷
の形で書き込まれ、別なゲートライン1が選択されてい
る間は、選択されていないTFT3をオフして、書き込
まれた電荷によって各画素毎の液晶が駆動される。
【0006】尚、図4は、マトリックス状に配置された
画素のうち一行が黒画像で、他の全ての行が白画像であ
る場合のゲート電圧VG とドレイン電圧VD の波形を示
している。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の液晶表示装置にあっては、図3に示すよう
に、ゲート電極とソース電極間にゲート−ソース間寄生
容量CGSを有しているため、画素を駆動する際の液晶容
量CLC及び補助容量CS からなる画素容量の電圧、すな
わち、TFT3のソース電圧VS の波形が、図5及び図
6に示すように、ドレイン電圧VD とは異なる歪んだ波
形となる。
【0008】図5は、pチャネルMOSの場合のソース
電圧VS の波形図であり、図6はnチャネルMOSの場
合のソース電圧VS の波形図である。図5に示すよう
に、ソース電圧VS の波形は、図4に示すドレイン電圧
VD とは異なり、ソース電圧VS の立ち上がり及び立
ち下がり部分が緩やかとなり、ΔVGSだけ正側にずれ
るとともに(nチャネルMOSの場合は図6に示すよう
に負側)、“Low”及び“High”部分で減衰し
ている。
【0009】これは、については、TFTが液晶容量
CLCを充電するために一定時間が必要である(書き込み
特性)こと、については、ゲート・ソース間寄生容量
CGSの影響でゲート電圧VG が“Low”から“Hig
h”に切り換わる時に、急激にソース電圧VS が上昇す
る(飛込み特性)こと、(この飛込み特性は、pチャネ
ルMOSの場合は、ゲート電圧VG がVGLからVGHに変
化するため正側にずれ、nチャネルMOSの場合は、ゲ
ート電圧VG がVGHからVGLに変化するため負側にずれ
る。)、については、TFTのリーク電流によりソー
ス電圧VS が減衰すること(保持特性)が主な原因であ
る。
【0010】ソース電圧VS の波形は、液晶に印加され
る実効電圧Vrms を決めるので液晶表示装置(LCD)
の光学特性への影響が大きいものであるが、特に、上記
したによるVS 波形中のΔVGSの成分は、ドレイン電
圧VD が正の場合も負の場合も同じ極性側(pチャネル
MOSの場合は正側、nチャネルMOSの場合は負側)
に作用するため、VS 波形を基準電圧VCOM に対して非
対称にし、このVS 波形の非対称性による直流成分が液
晶に印加され、液晶を劣化させる。
【0011】上記したΔVGSは飛込み電圧とも称され、
次式により表すことができる。
【0012】 ΔVGS=CGS(VGH−VGL)/(CS +CLC+CGS) この飛込み電圧ΔVGSを小さくするには、上式からゲー
ト−ソース間寄生容量CGSの静電容量を小さくすればよ
い。
【0013】ところが、TFTは、その構造上、ゲート
−ソース間寄生容量CGSを小さくすることができるセル
フアラインメント構造の薄膜トランジスタであっても、
ゲート電極をマスクとして半導体層に拡散される不純物
イオンがゲート電極の下へ回り込んで、ゲート電極と半
導体層のソース領域を形成するn+ 領域あるいはp+領
域との重なり部分が発生する。このため、ゲート−ソー
ス間寄生容量CGSを小さくするには限界があり、ソース
電圧VS の飛込み特性による飛込み電圧ΔVGSを充分に
小さくできないことから、ソース電圧VS の非対称性が
解消されず、液晶の劣化を防止できないという問題があ
った。
【0014】本発明は、上記課題に鑑みてなされたもの
で、ソース電圧の飛込み特性により発生する飛込み電圧
を低く抑えて、ソース電圧波形を基準電圧に対して対称
とし、液晶に直流成分が印加されない、液晶の劣化し難
い液晶表示装置を提供することを目的としている。
【0015】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の液晶表示
装置は、スイッチング素子のゲート電極に交番変化する
制御電圧を印加し、ゲート絶縁膜を介して所定間隔を隔
てて配置されたドレイン領域とソース領域間のチャネル
領域のスイッチングを行って、前記ソース領域側に接続
された画素電極に表示データに対応する電圧を印加し、
前記画素電極と液晶を介して対向配置された共通電極と
の間の電位差により液晶を駆動して表示する液晶表示装
置において、前記スイッチング素子のチャネル領域を除
くゲート電極とソース領域との間に絶縁層を介して形成
され、前記共通電極と同電位または接地電位とした寄生
容量阻止電極を備えたことにより、上記目的を達成す
る。
【0016】また、前記寄生容量阻止電極は、例えば、
請求項2に記載されるように、前記共通電極と同電位
で、前記画素電極に対して絶縁層を介して対向配置され
た補助容量電極に接続するようにしてもよい。
【0017】さらに、例えば、請求項3に記載されるよ
うに、前記スイッチング素子のドレイン領域とソース領
域には、高濃度に不純物が拡散されるとともに、該ドレ
イン領域及びソース領域と前記チャネル領域との境界部
には、それぞれ低濃度に不純物が拡散された領域を備え
るようにしてもよい。
【0018】また、前記寄生容量阻止電極は、例えば、
請求項4に記載されるように、該寄生容量阻止電極のチ
ャネル領域側の先端位置が前記低濃度に不純物が拡散さ
れた領域にかかるように形成してもよい。
【0019】
【作用】請求項1記載の液晶表示装置では、スイッチン
グ素子のゲート電極に交番変化する制御電圧が印加さ
れ、そのスイッチング素子のチャネル領域でスイッチン
グを行って、画素電極に表示データに対応した電圧を印
加し、その画素電極と液晶を介して対向配置された共通
電極との電位差で液晶を駆動する液晶表示装置であっ
て、スイッチング素子のチャネル領域を除くゲート電極
とソース領域との間に絶縁層を介して前記共通電極と同
電位または接地電位としたの寄生容量阻止電極が形成さ
れている。従って、寄生容量阻止電極によりソース−ゲ
ート電極間に発生する寄生容量を大幅に小さくすること
ができ、交流駆動を行うソース電圧波形が基準電圧に対
して対称となることから、直流成分が無くなり、液晶の
劣化を防止することができる。
【0020】請求項2記載の液晶表示装置では、前記寄
生容量阻止電極が前記共通電極と同電位で、前記画素電
極に対して絶縁層を介して対向配置された補助容量電極
に接続されている。従って、スイッチング素子の構造
上、共通電極と同電位の補助容量電極に接続して電極を
延ばすだけで容易に寄生容量阻止電極を形成することが
でき、交流駆動するソース電圧の直流成分が無くなっ
て、液晶の劣化を防止することができる。
【0021】請求項3記載の液晶表示装置では、スイッ
チング素子のドレイン領域とソース領域には、高濃度に
不純物が拡散され、ドレイン領域及びソース領域と前記
チャネル領域との境界部には、それぞれ低濃度に不純物
が拡散された領域を備えるようにする。従って、チャネ
ル領域において電界集中が起こり難い構造とすることが
できる。
【0022】請求項4記載の液晶表示装置では、前記寄
生容量阻止電極のチャネル領域側の先端位置が前記低濃
度に不純物が拡散された領域にかかるように形成されて
いる。従って、寄生容量阻止電極は、ソース−ゲート間
を覆う位置に設けられていないと寄生容量が発生し、ま
た、ソース−ゲート間を覆ってさらにチャネル領域にま
たがると、スイッチング動作が不確実になるが、ソース
領域とチャネル領域との間に設けられた低濃度不純物拡
散層に寄生容量阻止電極の先端位置が来るようにしたた
め、寄生容量の発生が最小限で、スイッチング動作が確
実に行えるとともに、位置合わせずれの許容範囲を広く
とることができる。
【0023】
【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて説明する。
図1及び図2は、本発明の液晶表示装置の一実施例を示
す図である。まず、構成を説明する。図1は、本実施例
の液晶表示装置10の各画素に配置されたTFTの断面
図であり、このTFTは、ゲート電極が基板側に設けら
れたボトムゲート型pチャネルTFTである。図1に示
す液晶表示装置10は、蒸着、スパッタやプラズマCV
D等によって簿膜積層することにより形成されている。
【0024】すなわち、液晶表示装置10は、ガラス基
板11上の所定の箇所に、薄膜トランジスタ(TFT)
の一部を構成するゲート電極Gと補助容量CS を発生さ
せる補助容量用電極12が形成されている。このゲート
電極Gは、液晶表示パネルに配設されたゲートラインに
接続され、補助容量用電極12は、電圧がVCOM である
補助容量ラインに接続されている。
【0025】本実施例の特徴的な構成としては、上記し
た補助容量用電極12に接続されるとともに、ソース電
極Sに接続されたp+シリコンのソー ス領域15cとゲ
ート電極Gとの間に寄生容量阻止電極13が絶縁膜14
を介して延在形成されていることにある。なお、本実施
例のTFTのシリコンSiには、アモルファスシリコ
ン、ポリシリコン、単結晶シリコン等が使われている。
【0026】そして、ゲート電極G、補助容量用電極1
2及び寄生容量阻止電極13を含むガラス基板11の全
上面には、窒化シリコン(SiN)あるいは酸化シリコ
ン(SiO)からなる絶縁膜14が形成されており、上
記ゲート電極G及びその周辺部に対応する部分の絶縁膜
14の上面には、薄膜トランジスタの一部を構成する半
導体層15が所定の形状にパターニング形成されてい
る。
【0027】この半導体層15のゲート電極Gに対応す
る中央部分は、i型シリコン層からなるチャネル領域1
5aとされ、その左右両側部分には、p型の高濃度不純
物イオンが拡散されたドレイン領域15b及びソース領
域15cが形成されている。
【0028】そして、本実施例では、前記チャネル領域
15aと高濃度不純物イオンが拡散されたp+シリコン
からなるドレイン領域15b及びソース領域15cとの
間に、それぞれp型の低濃度不純物イオンを拡散させた
p-シリコンからなる低濃度領域15d、15eが設け
られている。この構造は、一般にLDD(Lightly Dope
d Drain) 構造と称され、チャネル領域における電界集
中を防止するようにしたものである。
【0029】さらに、前記寄生容量阻止電極13を形成
する際に、その先端位置は、チャネル領域とソース領域
15cとの境界位置と、ゲート電極Gの端部とを結ぶ位
置に正確に位置合わせする必要があった。しかしなが
ら、本実施例では、上記低濃度領域15d、15eを設
けたため、この領域内に寄生容量阻止電極13の先端が
くるように位置合わせすればよく、位置合わせずれの許
容範囲が広くなり、位置合わせずれによる寄生容量の発
生を最小限度に止めるとともに、スイッチング動作が確
実に行えるようになった。
【0030】次に、半導体層15を含む絶縁膜14の上
面には、層間絶縁膜16が形成されている。さらに、こ
の層間絶縁膜16上には、前記した補助容量用電極12
及びその周囲の所定箇所に対応する部分にITO(Indi
um Tin Oxide)からなる画素電極17が形成されてい
る。
【0031】また、上記層間絶縁膜16の上記ドレイン
領域15b及びソース領域15cの上部に対応する部分
には、コンタクトホール18、19が形成されており、
これらコンタクトホール18、19の部分には、アルミ
ニウムからなり薄膜トランジスタ(TFT)の一部を構
成するドレイン電極Dとソース電極Sが形成されてい
る。このドレイン電極Dは、図2に示すドレインライン
DL1に接続され、ソース電極Sは、画素電極17に接
続されている。そして、補助容量用電極12、画素電極
17及びその間の絶縁膜14、層間絶縁膜16により、
図2に示す補助容量CS が構成されている。
【0032】また、液晶表示装置10は、図1に示すよ
うに、これらの画素電極17、ソース電極S及びドレイ
ン電極D上を覆って液晶分子の配向を制御する配向膜2
0が形成され、さらにその上に液晶21が配置されてい
る。そして、その液晶21を介した対向面には、図示し
ないITOからなる共通電極及びガラス基板が配設され
ている。この画素電極17と画素電極17に対応して設
けられた共通電極及びその間の液晶21により液晶容量
CLCが構成される。
【0033】図2は、本実施例の液晶表示装置の各画素
毎の回路図である。図2に示すように、本実施例の液晶
表示装置は、ゲートラインGL1とドレインラインDL
1との各交点に対応する画素毎にスイッチング素子とし
ての薄膜トランジスタ(TFT)30が接続されてい
る。TFT30のドレイン電極DはドレインラインDL
1に、ゲート電極GはゲートラインGL1へ、ソース電
極Sは画素電極17のITOにそれぞれ接続されてい
る。そして、TFT30のソース電極Sは、液晶21を
挟む図示しない共通電極に対しては液晶容量CLC、補助
容量用電極12に対しては補助容量CS 、及びソース領
域15cと寄生容量阻止電極13がオーバーラップする
ことに起因する寄生容量CNSによりそれぞれ並列のコン
デンサが形成され、共通電極と補助容量用電極12及び
寄生容量阻止電極13には、コモン電圧VCOM が印加さ
れる。
【0034】次に、本実施例の動作を説明する。まず、
図2に示すTFT30のゲートラインGL1には、例え
ば、図4に示すようなハイレベルデータVGHとローレベ
ルデータVGLとが交番変化するゲート電圧VG を順次印
加し、TFT30を走査タイミングに応じてオンし、選
択状態とする。このTFT30は、pチャネルMOSで
構成されているので、ゲート電圧VS がローレベルデー
タVGLの時に選択状態となる。
【0035】そして、ドレインラインDL1には、TF
T30の選択タイミングに応じて、例えば、図4に示す
ような表示データであるドレイン電圧VD が供給され
る。ここで、従来のpチャネルMOSのTFTでは、図
3に示すように、所定のタイミングでゲートをオンさせ
てドレインライン2からドレイン電圧VD を供給する
と、液晶容量CLC及び補助容量CS からなる画素容量の
電圧、すなわち、TFT3のソース電圧VS の波形は、
ゲート−ソース間寄生容量CGSを有していることから、
ドレイン電圧VD とは異なり、図5のように飛込み電圧
ΔVGSだけ正側にずれる(nチャネルMOSでは、図6
のようにΔVGSだけ負側にずれる)。
【0036】そして、上記した飛込み電圧ΔVGSは、ゲ
ートパルスのオン/オフ電圧のVGLとVGHとを用いる
と、ΔVGS=CGS(VGH−VGL)/(CS +CLC+CG
S)で表すことができる。ここで、寄生容量CGSは、チ
ャネル部からの寄生容量CGS1 とゲート−ソース間の寄
生容量CGS2 の和であるから、上式はΔVGS=(CGS1
+CGS2)(VGH−VGL)/(CS +CLC+CGS1+CGS
2)と表すことができる。
【0037】本実施例では、上式における寄生容量CGS
を小さくするか、上式の分母の容量の和を大きくするこ
とにより、ソース電圧VS の飛込み電圧ΔVGSを小さく
して、直流電圧成分を減少させ、液晶の劣化を防止する
ようにしたものである。
【0038】具体的には、図1に示すように、ゲート電
極Gとp+シリコンからなるソース領域15cとの間の
絶縁膜14中に基準電圧VCOM と同電位にした寄生容量
阻止電極13が設けられている。
【0039】この構造では、寄生容量阻止電極13がバ
リアとなるため、ゲート電極とソース領域間のオーバー
ラップに起因する寄生容量CGS2=0となる。従って、
図2に示す等価回路では、飛込み電圧ΔVGSは、ΔVGS
=CGS1(VGH−VGL)/(CS +CLC+CGS1+CNS)
で表すことができる。
【0040】上式におけるチャネル部からの寄生容量C
GS1は、上記したCGSと比較すると、寄生容量CGS2=0
としたため、CGS1<CGSの関係にあって非常に小さく
なる。また、上式における寄生容量CNSは、上記寄生容
量CGSと比較すると、CNS>CGSの関係にあって、上式
の分母を大きくする方向に働くため、飛込み電圧ΔVGS
を小さくすることができる。
【0041】ここで、図2の等価回路に示す寄生容量C
NGは、ゲート電極Gと共通電極間に発生する容量である
ため、ソース電圧VS にはほとんど影響を与えない。一
方、寄生容量CNSは、容量自体は大きいが、1フレーム
(あるいは、1フィールド)期間中に保持すべき電荷の
放電を小さくする保持特性を向上させる方向に働く。
【0042】このように、本実施例では、飛込み電圧Δ
VGSを従来例に比べて非常に小さくすることができるた
め、図5及び図6に示すソース電圧VS のΔVGS成分が
小さくなり、基準電圧VCOM に対するソース電圧VS 波
形の非対称性の減少に伴って直流成分が減少し、液晶の
劣化を防止することができる。
【0043】なお、上記した寄生容量阻止電極13は、
本実施例では補助容量用電極12に接続したが、接続対
象がこれに限定されるものではなく、補助容量用電極1
2以外であっても、基準電圧のVCOM が印加されるよう
に接続されていれば上記実施例と同様の好適な効果が得
られる。
【0044】また、上記実施例のTFTでは、主にpチ
ャネル型MOSを用いて実施したが、もちろんnチャネ
ル型MOSを用いて同様に実施することもできる。但
し、この場合は、ゲートの駆動条件であるゲート電圧V
GLとVGHとが逆になるので、ゲートパルス波形を反転さ
せる必要がある。
【0045】さらに、本発明におけるTFTの構造は、
上記したボトムゲート型に限定されるものではなく、ソ
ース電極近傍の絶縁膜中に基準電圧VCOM の波形を流す
電極(寄生容量阻止電極13)が設けられるものであれ
ば上記以外の構造であってもよい。
【0046】
【発明の効果】請求項1記載の液晶表示装置によれば、
スイッチング素子のチャネル領域を除くゲート電極とソ
ース電極との間に絶縁層を介して前記共通電極と同電位
の寄生容量阻止電極が形成される。このため、ソースー
ゲート電極間に発生する寄生容量は、大幅に小さくな
り、交流駆動を行うソース電圧波形が基準電圧に対して
対称となって直流成分が除去され、液晶の劣化を防止す
ることができる。
【0047】請求項2記載の液晶表示装置によれば、前
記寄生容量阻止電極が前記共通電極と同電位で、前記画
素電極に対して絶縁層を介して対向配置された補助容量
電極に接続されているので、共通電極と同電位の補助容
量電極から寄生容量阻止電極を延在形成するだけで容易
に寄生容量阻止電極を形成して、液晶の劣化を防止する
ことができる。
【0048】請求項3記載の液晶表示装置によれば、ス
イッチング素子のドレイン領域及びソース領域とチャネ
ル領域との境界部にそれぞれ低濃度の不純物が拡散され
た領域を備えているので、上記効果に加えてチャネル領
域における電界集中が緩和できるようになった。
【0049】請求項4記載の液晶表示装置よれば、前記
寄生容量阻止電極のチャネル領域側の先端位置が前記低
濃度に不純物が拡散された領域にかかるように形成され
ているので、寄生容量の発生を最小限に止め、スイッチ
ング動作が確実に行えるとともに、寄生容量阻止電極を
形成する際の位置合わせずれの許容範囲が広くとれるよ
うになった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施例の液晶表示装置の各画素に配置された
TFTの断面図である。
【図2】本実施例の液晶表示装置の各画素の回路図であ
る。
【図3】従来の液晶表示装置の各画素の回路図である。
【図4】液晶駆動装置の駆動電圧波形を示す図である。
【図5】pチャネルMOSの場合のソース電圧VS の波
形図である。
【図6】nチャネルMOSの場合のソース電圧VS の波
形図である。
【符号の説明】
10 液晶表示装置 11 ガラス基板 12 補助容量用電極 13 寄生容量阻止電極 14 絶縁層 15 半導体層 16 層間絶縁膜 17 画素電極 18 コンタクトホール 19 コンタクトホール 20 配向膜 21 液晶

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】スイッチング素子のゲート電極に交番変化
    する制御電圧を印加し、ゲート絶縁膜を介して所定間隔
    を隔てて配置されたドレイン領域とソース領域間のチャ
    ネル領域のスイッチングを行って、前記ソース領域側に
    接続された画素電極に表示データに対応する電圧を印加
    し、前記画素電極と液晶を介して対向配置された共通電
    極との間の電位差により液晶を駆動して表示する液晶表
    示装置において、 前記スイッチング素子のチャネル領域を除くゲート電極
    とソース領域との間に絶縁層を介して形成され、前記共
    通電極と同電位または接地電位とした寄生容量阻止電極
    を備えたことを特徴とする液晶表示装置。
  2. 【請求項2】前記寄生容量阻止電極は、 前記共通電極と同電位で、前記画素電極に対して絶縁層
    を介して対向配置された補助容量電極に接続されている
    ことを特徴とする請求項1記載の液晶表示装置。
  3. 【請求項3】前記スイッチング素子のドレイン領域とソ
    ース領域には、高濃度に不純物が拡散されるとともに、 該ドレイン領域及びソース領域と前記チャネル領域との
    境界部には、それぞれ低濃度に不純物が拡散された領域
    を備えたことを特徴とする請求項1又は2記載の液晶表
    示装置。
  4. 【請求項4】前記寄生容量阻止電極は、 該寄生容量阻止電極のチャネル領域側の先端位置が前記
    低濃度に不純物が拡散された領域にかかるように形成さ
    れたことを特徴とする請求項3記載の液晶表示装置。
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