JPH1026769A - 液晶表示装置 - Google Patents

液晶表示装置

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JPH1026769A
JPH1026769A JP18092196A JP18092196A JPH1026769A JP H1026769 A JPH1026769 A JP H1026769A JP 18092196 A JP18092196 A JP 18092196A JP 18092196 A JP18092196 A JP 18092196A JP H1026769 A JPH1026769 A JP H1026769A
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JP
Japan
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layer
light
liquid crystal
conductive layer
interlayer insulating
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JP18092196A
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English (en)
Inventor
Hiroyuki Matsumoto
弘行 松元
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 液晶表示装置の画素電極層と、これに電圧を
印加する駆動用トランジスタとのコンタクト部におい
て、画素電極層や遮光用導電層の段切れを有効に防止
し、コンタクト不良や画面上の輝点欠陥を低減する。 【解決手段】 画素電極層38の段切れ要因となるアン
ダーカットが、遮光用導電層66表面に構造上導入され
ないように、遮光用導電層66を上部コンタクト孔68
aのエッジより内側に形成した。一方、遮光用導電層6
6の段切れ防止に関しては、電極配線層60との間に介
在させた層間絶縁層64について、そのコンタクト孔6
4aの開口端面の少なくとも一部を、電極配線層60に
できた段差のテーパ部上に形成させ、アンダーカット部
60aを上向きに開口させて、遮光用導電層66の膜構
成材の充填性を高めることで対処した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、トランジスタを用
いて各画素のキャパシタを駆動するアクティブマトリッ
クス方式の液晶表示装置に係わり、特に、トランジスタ
電極とキャパシタ画素電極とのコンタクト部における段
切れ防止技術に関する。
【0002】
【従来の技術】アクティブマトリックス方式の液晶表示
装置(液晶パネル)としては、薄膜トランジスタ(TF
T)を用いたものが現在の主流である。このTFT型液
晶パネルは、一般に、2枚のガラス基板を対向させ、そ
の間隙に液晶を封入して構成されている。一方のガラス
基板には、透明な共通電極が形成されており、他方の駆
動側のガラス基板には、画素ごとにマトリックス状に分
割された透明な画素電極が形成されている。この両電極
及び液晶により、各画素ごとにキャパシタが形成されて
いる。そして、各キャパシタに対し、それぞれTFTを
介して画像信号に応じた電圧を画素電極側に印加し、画
素ごとに液晶の分子配向方向を変化させ、光の透過率を
各画素ごとに制御して各種画像を表示させるようにして
いる。
【0003】図2には、一般的なアクティブマトリック
ス方式の液晶パネルについて、その電気的等価回路を示
す。図示した液晶パネルには、画像信号が印加される信
号線S1 ,S2 …,Snと、走査信号が印加されるゲー
ト線G1 ,G2 ,…,Gmとが行列状に配列され、各交
点付近に薄膜トランジスタ(nMOSトランジスタTr
11,Tr12,Tr21,Tr22,…,Trnm、以下、「T
rij」と表記する)が形成されている。各nMOSトラ
ンジスタTrijは、そのゲートがゲート線G1 ,G2 ,
…,Gmの何れかに接続され、一方の不純物拡散層が信
号線S1 ,S2 …,Snの何れかに接続されている。
【0004】一方、各nMOSトランジスタTrijの他
方側の不純物拡散層には、それぞれキャパシタC11,C
12,C21,C22,…,Cnm、以下、「Cij」と表記す
る)と、液晶とが並列に接続されている。その接続点側
のキャパシタCijの電極は、前述した画素電極を構成す
る。反対側のキャパシタCijの電極は、前述した共通電
極を構成し、共通電位Vcom で保持される。
【0005】図4は、この液晶パネルにおける駆動側の
ガラス基板の要部断面図及びその部分拡大図を示す。こ
の要部は、等価回路上では図2のA部に該当する。図
中、符号2は、石英ガラスからなる基板を示し、このガ
ラス基板2上には、導電化ポリシリコン層等からなる能
動層4が形成され、能動層4表面には、nMOSトラン
ジスタ(図2のTr11)が形成されている。すなわち、
能動層4表面のゲート酸化膜6を介して、ゲート電極8
が形成され、その両側に2つの不純物拡散領域、即ちソ
ース領域10とドレイン領域12とが形成されている。
【0006】nMOSトランジスタ上には、そのソース
領域10に接続され、第1の層間絶縁層14を介して積
層されたAl等からなる電極配線層16が形成されてい
る。また、電極配線層16上でnMOSトランジスタ上
方位置には、第2の層間絶縁層18を介してTi等から
なる遮光用導電層20が積層され、この遮光用導電層2
0は、nMOSトランジスタ上方に広く開口した第2の
層間絶縁層18のコンタクト孔18aを介して、下層側
の電極配線層16に接続されている。同様に、ほぼ同じ
ような大きさのコンタクト孔22aを有し厚膜な平坦化
層22を介して、前記キャパシタ(図2のC11)の画素
電極となる透明な画素電極層24が積層され、コンタク
ト孔22aの内底面で下層側の遮光用導電層20に接続
されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】この従来の液晶パネル
において、透明な画素電極層24は、バックライト光源
(図の下方側から照射)からの光を効率よく液晶パネル
表面(図の上方)側に透過させなければならないことか
ら、数十nm程度と薄く、コンタクト孔22aの下側エ
ッジ部(図4(a)のB部,B’部)で段切れを起こし
易いといった課題があった。
【0008】このB部における段切れの様子を、図4
(b)に拡大して示す。同図からも判るように、平坦化
層22にコンタクト孔22aを開口した後、画素電極層
24の構成材をスパッタ法等により成膜する前に、下層
側の遮光用導電層20表面を活性化する目的で、その最
表面を薄くエッチングしている。このライトエッチング
は、例えばTiに対しては、アンモニア過酸化水素水等
により等方的に施される。したがって、図示のように、
コンタクト孔22aのエッジ下側に遮光用導電層20に
よるアンダーカット20aが形成される。従来の液晶パ
ネルのコンタクト構造では、この上から薄い画素電極層
24を、カバレッジのよいスパッタ法によって成膜して
も、膜構成材がアンダーカット20a部分でくびれて、
どうしても図示のような段切れが発生することが多かっ
た。
【0009】この段切れが発生すると、その画素電極に
電圧がかからず液晶を偏向できないので、画素が白いま
まの輝点欠陥が画面に現れ、これが液晶パネルの歩留り
を著しく低下させていた。かといって、この段切れ防止
のためにライトエッチング時間を短くすれば、今度はコ
ンタクト抵抗の増大を招いてしまう。
【0010】この段切れは、更に下層側のコンタクト孔
18a(図4(a)のC部,C’部)でも起こり得る共
通な問題である。すなわち、図4(c)に拡大して示す
ように、コンタクト下地としての電極配線層16が例え
ばAlの場合、リン酸系のエッチャント等を用いて行う
ライトエッチングにより、同様なアンダーカット16a
が形成され、このため遮光用導電層20が段切れするこ
とがあった。この場合の段切れは、遮光用導電層20が
上下の電極層24,16に面状に挟まれて接続されてい
ることから、上記した輝点欠陥には直ぐには結びつかな
いものの、コンタクト抵抗の増大を招く要因となる点で
問題であった。
【0011】本発明は、このような実情に鑑みてなさ
れ、画素電極や遮光用導電層の段切れを有効に防止し、
コンタクト不良や画面上の輝点欠陥を低減できる画素電
極と駆動用トランジスタとのコンタクト構造を新たに提
案し、これを用いて歩留り及び信頼性の向上を図った液
晶表示装置を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明は、液晶層を挟ん
で互いに対向して電極が配置されたキャパシタと、当該
キャパシタの一方の電極に対し、画像信号に応じて所定
電圧を印加する駆動用トランジスタとを各画素ごとに有
する液晶表示装置に適用される。
【0013】上述した従来技術の問題点のうち、図4
(b)に例示したB部(及びB’部)の段切れを防止す
るために、本発明の液晶表示装置では、遮光用導電層に
構造上アンダーカットが導入されないように、これをコ
ンタクト孔のエッジより内側に形成し、このエッジ下側
にはエッチング耐性が高い絶縁層等が接するようなコン
タクト構造にした。
【0014】すなわち、本液晶表示装置には、その駆動
用トランジスタが形成された基板上に、駆動用トランジ
スタの一方の不純物拡散層に接続された電極配線層と、
電極配線層上に少なくとも部分的に接続して積層され、
駆動用トランジスタへの入射光を遮る遮光用導電層と、
遮光用導電層の周縁部と同一面上で当該遮光用導電層の
外側に、孔内部の周壁下部を臨ませるような配置のコン
タクト孔を有する層間絶縁層と、層間絶縁層上からコン
タクト孔内の遮光用導電層に接続され、キャパシタの一
方の電極を構成する透明な画素電極層とが形成されてい
ることを特徴とする。これにより、遮光用導電層のライ
トエッチング時にコンタクト孔のエッジ下側にアンダー
カットが形成されず、したがって、画素電極層の段切れ
発生を大幅に低減できる。
【0015】また、図4(c)に例示したC部(及び
C’部)における遮光用導電層の段切れ防止に関して
は、電極配線層と遮光用導電層との間に介在させた層間
絶縁層について、そのコンタクト孔の開口端面の少なく
とも一部を、電極配線層にできた段差のテーパ部上に形
成させることとした。
【0016】その後、下地の電極配線層に活性化のため
にライトエッチが施されると、従来と同様、下部コンタ
クト孔のエッジ下側の電極配線層にアンダーカットが導
入される。しかし、ここでのアンダーカットは、段差の
テーパ部途中に形成されることから、このアンダーカッ
ト部の開口方向が、従来は略水平方向であったのに対
し、本発明では水平より上向きになる。したがって、そ
の後の遮光用導電層を成膜する際に、膜構成材がアンダ
ーカット部に充填されやくすなり、この結果、遮光用導
電層の被膜性が向上して段切れも発生し難くなる。
【0017】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係わる液晶表示装
置(液晶パネル)を、図面を参照にしながら詳細に説明
する。ここで、図1,2には、液晶パネルの大まかな構
成を示し、図1は液晶パネルの2画素(図2のP11, P
21)部分の断面構造図、図2は等価回路図である。図1
に示すように、この液晶パネル30は、図2に等価回路
を示すアクティブマトリックス方式の液晶パネルであ
り、一般に、2枚の基板32,34を対向させ、その間
隙に液晶層36を封入して構成されている。
【0018】この2枚の基板として、MOS−FET型
等の反射型では単結晶シリコンでもよいが、現在、主流
のTFT型では、バックライトからの光を透過させるた
めに石英ガラス基板などが用いられる。ここでは、図の
下側(バックライト光源側)の基板32を駆動基板と称
し、図の上側(パネル表面側)の基板34を対向基板と
称する。
【0019】駆動基板32の液晶側表面には、図2に示
すように、画像信号が印加される信号線S1 ,S2 …,
Snと、走査信号が印加されるゲート線G1 ,G2 ,
…,Gmとが行列状に配列され、各交点付近に薄膜トラ
ンジスタ(nMOSトランジスタTr11,Tr12,Tr
21,Tr22,…,Trnm、以下、「Trij」と表記す
る)が設けられている。各nMOSトランジスタTrij
は、そのゲートがゲート線G1 ,G2 ,…,Gmの何れ
かに接続され、一方の不純物拡散層が信号線S1 ,S2
…,Snの何れかに接続されている。
【0020】このnMOSトランジスタTrij上には、
図1に示すように、画素ごとに分割された透明な画素電
極層38が形成され、その上には、液晶層36の分子配
列方向を揃えるための配向膜40が成膜されている。画
素電極層38は、ITO(Indium Tin Oxide)などの透
明な導電膜で構成される。配向膜40としては、無機膜
でもよいが、通常、ポリイミド膜などの有機膜が用いら
れることが多い。
【0021】一方、対向基板34側の液晶側表面には、
カラーフィルタ42とブラックストライプ44とが交互
に形成され、その表面には、ITO膜などからなる透明
な共通電極層46が形成され、配向膜48で覆われてい
る。この配向膜48は、駆動基板32側の配向膜40と
は分子配列方向が90度直交するように形成されてい
る。これにより、液晶層36は、その分子配列方向が厚
さ方向に90度よじれた状態が整えられている。
【0022】この共通電極層46および前記した画素電
極層38とにより、液晶層36を挟んでキャパシタが構
成されている。図2の等価回路上では、各nMOSトラ
ンジスタTrijの一方の不純物拡散層に、それぞれキャ
パシタC11,C12,C21,C22,…,Cnm、以下、「C
ij」と表記する)と、液晶とが並列に接続されている。
共通電極層46は、共通電位Vcom で保持される。
【0023】つぎに、このキャパシタCijとnMOSト
ランジスタTrijとのコンタクト部の構造について、図
3を参照しながら詳述する。図3は、コンタクト部の一
例を示すために、図2の点線で囲った画素P11部分(A
部)を示す概略断面図である。
【0024】図中、符号32は、先に説明した駆動基板
を示し、この駆動基板32上には、導電化ポリシリコン
層等からなる能動層50が形成されている。この能動層
50を形成するには、まず、駆動基板32上にポリシリ
コン層を75nm程度成長させ、次に、SPG(Solid
Phase Growth)法を用いてSi等の不純物を多量に導入
してアモルファス化した後、最後に、630℃で12時
間ほどアニールして、最初の10倍程度のグレンサイズ
まで再結晶化する。
【0025】能動層50上には、ゲート酸化膜52を介
してゲート電極54が形成され、ゲート電極54両側の
能動層50表面には、n型不純物が高濃度に導入された
不純物拡散層(ソース領域56およびドレイン領域5
8)が形成されている。これにより、図2のnMOSト
ランジスタTr11が形成されている。ここでは、ゲート
酸化膜52として、熱酸化法により成膜される50nm
ほどの酸化シリコン膜と、成膜温度が800℃ほどのC
VD法により成膜されるHTO膜(High temperature c
hemical vapor deposited Oxide:高温化学的気相成長酸
化膜)との2層膜を用いて、膜特性の向上が図られてい
る。他の部位の形成は、通常のnMOSトランジスタの
形成法にしたがう。
【0026】このnMOSトランジスタの一方の不純物
拡散領域(例えば、ソース領域56)からは、電極配線
層60が引き出され、これが第1の層間絶縁層62を介
してnMOSトランジスタ上に積層されている。電極配
線層60は、例えばAlからなり、第1の層間絶縁層6
2はPSG(phoshosilicate glass)等からなる。これ
らの膜厚は、ともに600nm程度である。
【0027】電極配線層60上でnMOSトランジスタ
上方位置には、第2の層間絶縁層64を介して遮光用導
電層66が積層されている。この遮光用導電層66は、
nMOSトランジスタ上方に広く開口した第2の層間絶
縁層64のコンタクト孔64aを介して、下層側の電極
配線層60に接続されている。遮光用導電層66は、膜
厚が40nmほどのTi等の薄い膜であり、nMOSト
ランジスタがノイズ源とならないように、下層側の電極
配線層60とともにパネル表面側からの光を遮る役割を
果たしている。第2の層間絶縁層64は、400nmほ
どの膜厚を有したPSG膜等から構成される。
【0028】この遮光用導電層66の成膜には、通常、
スパッタ法が用いられる。本実施形態のように下地がA
lの場合、遮光用導電層66を成膜する前に、Al表面
に形成された自然酸化膜を除去し活性化する必要があ
る。コンタクト抵抗低減のためである。この表面活性化
は、通常、リン酸系のエッチャントを用いたウエットエ
ッチング(以下、ライトエッチングという)によるが、
これは、遮光用導電層66の成膜直前に、第2の層間絶
縁層64のコンタクト孔64aを介して行われる。した
がって、ライトエッチにより、多くの場合、コンタクト
孔64aのエッジ下側の電極配線層60にアンダーカッ
トが導入される。
【0029】本発明では、図3に示すように、第2の層
間絶縁層64について、そのコンタクト孔64aの開口
端面の少なくとも一部を、電極配線層60にできた段差
のテーパ部上に形成させている。この図示例では、ゲー
ト電極54形状を反映した電極配線層60の段差を利用
している。したがって、図3(c)に拡大して示すよう
に、この場合のアンダーカット60aは、その開口方向
が水平より上向きになっている。このため、その後に遮
光用導電層66を成膜する際、膜構成材がアンダーカッ
ト部60aに充填されやくすなり、この結果、遮光用導
電層66の被膜性が向上して段切れの発生が有効に防止
される。
【0030】このように段切れを防止しつつ成膜された
遮光用導電層66周囲には、これをコンタクト孔68a
の内底部に配置させるようにして、第3の層間絶縁層6
8(上部層間絶縁層)が形成されている。言い換える
と、第3の層間絶縁層68に形成されたコンタクト孔6
8aは、遮光用導電層66の周縁部が形成された同一面
(ここでは、第2の層間絶縁層64)上で、遮光用導電
層66の外側に、その孔内部の周壁下部を臨ませるよう
に配置されている。第3の層間絶縁層68は、後の液晶
層形成工程の作業性向上のため、平坦化膜として2μm
程度の膜厚を有し、その材質は、バックライトの高効率
化のため成膜後にUV照射で光透過率を高めることがで
きる有機膜から構成されている。そして、第3の層間絶
縁層68上には、図2のキャパシタC11の一方の電極を
構成する透明な画素電極層38が形成され、これがコン
タクト孔68aの内底面で下層側の遮光用導電層66に
接続されている。
【0031】本発明で、このようにコンタクト孔68a
を遮光用導電層66より広く開口させているのは、画素
電極層38の段切れ防止のためである。すなわち、図3
のB部,B’部の段切れを防止するために、遮光用導電
層66に構造上アンダーカットが導入されないように、
これをコンタクト孔68aのエッジより内側に形成し、
このエッジ下側にはエッチング耐性が高い絶縁層(第2
の層間絶縁層64)が接するようなコンタクト構造にし
ている。画素電極層38の成膜前には、遮光用導電層6
6表面の活性化のために、過酸化水素水等によるライト
エッチングが施されるが、本発明におけるコンタクト構
造では、図3(b)に示すように、このエッチング時に
コンタクト孔68aのエッジ下側にアンダーカットが形
成されず、したがって、画素電極層38の段切れ発生が
有効に防止されている。
【0032】以後は、図1に示すように、配向膜40を
成膜し、更に液晶層36を形成する。また、石英ガラス
基板にカラーフィルタ42,共通電極層46,配向膜4
8を順次積層させて、対向基板34を予め形成してお
き、この対向基板34を配向膜48側から駆動基板32
上に張りつけると、当該液晶パネル30が完成する。
【0033】なお、上記説明で特に言及した以外の事項
については、特に限定はなく、本発明の範囲内で種々に
改変できる。たとえば、遮光用導電層66や画素電極層
38のエッチング加工時に、下地の電極配線層60との
選択比がとれるようであれば、第2の層間絶縁層64は
省略可能である。これにより、遮光用導電層66の段切
れ問題は解消される。ただし、この場合、図3(b)に
おけるコンタクト部の下地が第2の層間絶縁層64では
なく電極配線層60となるので、電極配線層60は、遮
光用導電層66のライトエッチング時にエッチングされ
ない材質に限定される。
【0034】
【発明の効果】以上説明してきたように、本発明に係わ
る液晶表示装置(液晶パネル)によれば、駆動用トラン
ジスタとのコンタクト部における画素電極層の段切れが
有効に防止できる。このため、この画素電極と駆動用ト
ランジスタ間の断線不良が殆ど発生しなくなり、画面上
の輝点欠陥を大幅に低減できる。
【0035】これに加え、本発明では、コンタクト部の
中間の接続層として介在する遮光用導電層の段切れも有
効に防止されており、これによりコンタクト抵抗の低減
が可能となる。よって、液晶表示装置の歩留り及び信頼
性の向上に、本発明が大きく貢献するものと期待され
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明の実施形態に係わる液晶パネル
の2画素(図2のP11, P21)部分の断面構造図であ
る。
【図2】図2は、図1,4の液晶パネルの概略構成を示
す等価回路図である。
【図3】図3(a)は、駆動用トランジスタと画素電極
層とのコンタクト部(図2のA部)を示す駆動基板の要
部断面図である。同図(b),(c)は、それぞれB
部,C部の拡大図である。
【図4】図4(a)は、従来の液晶パネルにおける駆動
側ガラス基板の要部断面図であり、同図(b),(c)
は、それぞれB部,C部の拡大図である。
【符号の説明】
30…液晶パネル(液晶表示装置)、32…駆動基板
(基板)、34…対向基板(基板)、36…液晶層、3
8…画素電極層、40,48…配向膜、42…カラーフ
ィルタ、44…ブラックストライプ、46…共通電極
層、50…能動層、52…ゲート酸化膜、54…ゲート
電極、56…ソース領域、58…ドレイン領域、60…
電極配線層、60a…アンダーカット部、62…第1の
層間絶縁層、64…第2の層間絶縁層(層間絶縁層)、
64a…コンタクト孔、66…遮光用導電層、68…第
3の層間絶縁層(上部層間絶縁層)、68a…コンタク
ト孔、A…コンタクト部、B,C…コンタクト孔のエッ
ジ周辺部、C11等…キャパシタ、P11等…画素、TR11
等…駆動用トランジスタ(nMOSトランジスタ)、G
1 〜Gm…ゲート線、S1 〜Sn…信号線、Vcom …共
通電位。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 液晶層を挟んで互いに対向して電極が配
    置されたキャパシタと、当該キャパシタの一方の電極に
    対し、画像信号に応じて所定電圧を印加する駆動用トラ
    ンジスタとを各画素ごとに有する液晶表示装置であっ
    て、 前記駆動用トランジスタが形成された基板上には、 駆動用トランジスタの一方の不純物拡散層に接続された
    電極配線層と、 電極配線層上に少なくとも部分的に接続して積層され、
    駆動用トランジスタへの入射光を遮る遮光用導電層と、 遮光用導電層の周縁部と同一面上で当該遮光用導電層の
    外側に、孔内部の周壁下部を臨ませるような配置のコン
    タクト孔を有する層間絶縁層と、 層間絶縁層上から前記コンタクト孔内の遮光用導電層に
    接続され、前記キャパシタの一方の電極を構成する透明
    な画素電極層と、 が形成されている液晶表示装置。
  2. 【請求項2】 液晶層を挟んで互いに対向して電極が配
    置されたキャパシタと、当該キャパシタの一方の電極に
    対し、画像信号に応じて所定電圧を印加する駆動用トラ
    ンジスタとを各画素ごとに有する液晶表示装置であっ
    て、 前記駆動用トランジスタが形成された基板上には、 駆動用トランジスタの一方の不純物拡散層に接続された
    電極配線層と、 電極配線層上に層間絶縁層を介して積層され、層間絶縁
    層に開口されたコンタクト孔を介して下層側の電極配線
    層を、前記キャパシタの一方電極を構成する透明な上層
    側の画素電極層に接続させながら、駆動用トランジスタ
    への入射光を遮る遮光用導電層とを有し、 前記コンタクト孔の開口端面の少なくとも一部が、下層
    側の前記電極配線層にできた段差のテーパ部上に形成さ
    れている液晶表示装置。
  3. 【請求項3】 前記遮光用導電層の周囲には、 遮光用導電層の周縁部と同じ前記層間絶縁層上で、当該
    遮光用導電層の外側に、孔内部の周壁下部を臨ませるよ
    うな配置のコンタクト孔を有する上部層間絶縁層を更に
    有し、 前記画素電極層が、上部層間絶縁層上からコンタクト孔
    内の遮光用導電層に接続されている請求項2に記載の液
    晶表示装置。
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