JPS6068326A - 薄膜トランジスタ基板 - Google Patents

薄膜トランジスタ基板

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JPS6068326A
JPS6068326A JP59148309A JP14830984A JPS6068326A JP S6068326 A JPS6068326 A JP S6068326A JP 59148309 A JP59148309 A JP 59148309A JP 14830984 A JP14830984 A JP 14830984A JP S6068326 A JPS6068326 A JP S6068326A
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JP
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display
thin film
display device
gate wires
gate line
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JP59148309A
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Yoshiyuki Osada
芳幸 長田
Masao Sugata
菅田 正夫
Katsunori Hatanaka
勝則 畑中
Yukitoshi Okubo
大久保 幸俊
Takashi Nakagiri
孝志 中桐
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Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
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    • G02F1/136Liquid crystal cells structurally associated with a semi-conducting layer or substrate, e.g. cells forming part of an integrated circuit
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、駆動用スイッチング素子として用いる薄膜
トランジスタアレイを設けた基板に関する。
この種の表示装置は例えば薄膜技術によって形成された
駆動用トランジスタアレイを有する表示電極基板と、こ
の表示電極基板と小間隙を隔てて配置された対向電極基
板と、これらの電極基板間に介在させた液晶等の電気的
変化を光学的変化に変換する表示手段とから構成される
もので、従来、米国特許第3.824.003号や第3
,840,695号の明細書に記載された装置が知られ
ている。以下、米国特許第3,824,003号明細會
に記載されている表示装置を例にして、従来のこの種の
装置の具体的な構造について説明する。
第1図は、上記装置で使用される表示電極基板の構造を
示す図で、表示電極基板は、ガラス基板Sと、このガラ
ス基板S上に2〜10本/關程度の密度でマトリックス
状に配置した薄膜トランジスタ(Th1n FHm T
ransistor =TPT)アレイによって構成さ
れている。すなわち、薄膜トランジスタアレイは、基板
S上に所定間隔を隔てて平行に形成された複数本のゲー
ト線fatl al、・・・と、このゲート線i a 
11a’*・・・上に絶縁膜Iを介して形成した薄膜状
の半導体SCと、この半導体SC上に形成された複数本
のソース93.3’、・・・および複数個の矩形状のド
レイン電極4 、4’ 、イ、4#、・・・とによって
構成されている。なお、上記ソース[3,3’、・・・
は上記ゲージ線1alla’t・・・と直交する方向に
平行配置されており、ドレイン電極4 、 4/、4/
; 411/。
・・・は図に示されるように、ゲート線1a、la’。
−・・とソース線3,3’、・・・の直交する部分でソ
ース線3.3’、・・・と微少ギャップを隔てて対向す
る如く、かつゲート線1a、la’、・・・上に位置す
る様に配置される。すなわち、上記半導体SCは、ソー
ス線3とドレイン電極4およびゲート線1aで電界効果
トランジスタTllが、ソース線3′、ドレイン電極4
′、ゲート線1aで電界効果トランジスタT1□が、ソ
ース線3.ドレイン電極4“、ゲート線1 a’で電界
効果トランジスタT□が、ソース線3′、ドレイン電極
4″、ゲート線11L′で電界効果トランジスタT2.
がそれぞれ形成される。なお、薄膜トランジスタについ
ては公知なので、その説明は省略する。
このようにして形成された薄膜トランジスタアレイの各
々のドレイン電極は、表示電極として使用される。すな
わち、上記表示電極基板は、第2図に示されるように対
向電極基板との間に液晶を挾持することによって表示装
置を構成する。
第2図は、第1図に示した表示電極基板を用いて構成し
た表示装置を、第1図の線A −A’に添って切断した
場合の切断面を示している。図中、Sは上記ガラス基板
、1aはゲージ線、■は絶縁膜、SCは半導体、3.3
′はソース線、4.4′はドレイン電極である。表示電
極基板は、■、n、O,、SnO,等の透明導電層8を
形成したガラス基板7と小間隙を隔てて対向配置されて
おり、小間隙には液晶11が充填されている。すなわち
、ガスラ基板7と透明導電N8は対向電極基板を構成す
るもので、液晶11は表示電極基板と共通電極基板間に
挾持されている。なお、上記透明導電層8と液晶11と
の間には、必要に応じて絶縁層9が形成される。また、
上記半導体SCの表面には、フッ化カルシウムと酸化シ
リコンの混合物、あるいは石英等からなる保護層Pが形
成されている。
上記の表示装置は、表示手段として液晶を使用し、反射
型の表示装置を構成した場合である。
このため、上記ドレイン電極4 、4’ 、 4′、 
4#、・・・は反射板として作用するように反射率の良
い金属、例えばA/等が使用される。しかしながら、薄
膜トランジスタアレイを形成した表示電極基板を用いて
透過型の表示装置を構成することも可能で、この様な装
置は上記米国特許第3.840.695号明細書に記載
されている。この様に表示装置を反射型あるいは透過型
に構成するが、または、液晶を動的散乱モード(DSM
)、ねじれ配列ネマティック(TN)等の表示モードの
いfれかを利用するかに応じて、種々の液晶分子配向状
態および偏向板、λ/4板、反射板等の光学検知手段が
適宜設定される。
上記の表示装置を用いて表示を行なうには、例えばゲー
トM 1 a e 1 a/p・・・に画像信号を、ソ
ース[3,3’、・・・に駆動用電圧を走査して印加す
ることで駆動表示することができる。すなわち、ゲー)
!laに信号が入力されている時、このゲー?線la上
に配列されたトランジスタのうち選択された箇所でソー
ス3,3′−ドレイン4.4′間が導通して、表示電極
であるドレイン電極4,4′と対向電極である透明導電
層8との間で電場が生じ、液晶11の液晶分子の配列状
態が変化する。したがって、電気的変化が光学的変化と
して表示される。
このように、上記表示装置は、駆動電圧を走査して順次
供給する線順次方式によって駆動することができる。こ
のような駆動方法は一画面を表示する時間(フレームタ
イム)を一定とすると、ゲート線数の増加に応じて、各
絵素に対するアドレス時間が短かくなる。したがって、
ゲート線数を増加して画面の分解能を向上させようとす
ると、液晶等の表示手段の反応時間が走査時間に追従で
きず、正常な表示が行なえない事態が生じる。このよう
な事態を防ぐため、各絵素にコンデンサを並列に接続し
、アドレス指定期間に、このコンデンサに駆動信号電荷
を蓄積し、この蓄積された電荷により、アドレス指定期
間以外にも各絵素に駆動電圧を付与し続ける表示方法が
考えられている。この意味で上記載1図および第2図に
示された装置は、第3図に示されるように、ゲート線1
a*1a’*・・・自体が表示絵素であるドレイン電極
+、4′、4′。
4′、・・・のコンデンサの対極として作用する構成に
なっている。すなわち、第3図は、第2図に示された装
置の等価回路を示すもので、図中、T、、 I T、、
 、 T、、 、 T□、・・・は上述した薄膜構成に
よって構成される各トランジスタを示している。
LC,、、LCl、 、 I、C□F LCH*・・・
は、それぞれトランジスタT、、 、 TI2. T2
. 、 ’I’□、・・・のドレイン電圧極4,4’、
x、4−.・・・と対向電極8とによって挾持された表
示媒体であり、この場合は液晶11である。Cat r
 Ctt r CH* Ctt p・・・はゲート線1
a、la’、・・・とドレイン電極4 、4′、 4:
、4m。
・・・とによって形成される駆動信号電荷蓄積用のコン
デンサを示している。このように、ゲート線i a t
 1 a’・・・をドレイン電極4,4’、4’、4−
・・・に対するコンデンサ対極として作用する如く構成
することで、上述したアドレス時間が短かくなった場合
の不都合は防止することができる。
しかしながら、上記の如く、ゲート線1a、la’。
・・・自体を、コンデンサの対極として使用すると、コ
ンデンサの対極には、アドレス指定時にゲート信号電圧
外のバイアスが印加された状態となる。したがって、書
き込み信号としては、このゲート電圧を基準に設定する
必要がある。しかもこの後ゲート電圧が除去されてトラ
ンジスタが高抵抗状態となった時には、書込み時点で付
与されたドレイン電圧と異なる値を示すことになり、複
雑な動作を示す不都合が生じる。このことは、正確な電
圧操作で表示装置を駆動させようとする時に不便であり
、特に電圧に対応した階調表示を行なう場合に制御が難
しくなる。
一方、上記の表示装置と類似の表示装置がI EEET
rans、 on Electron Devicec
IBD−20,P、995(1973)に記載されてい
るが、この中で、蓄積コンデンサ用対極を隣接するゲー
ト線と接続した構造が示されている。
第4図は、その表示装置に用いられる表示電極基板の構
成を示す平面図で、第5図は、第4図に示された表示電
極基板を用いて構成した表示装置の等価回路を示してい
る。第4図に示されるように、この装置は、基板(図示
せず)上にゲー) 1iJ 1 a e 1 alを形
成するとともに、このゲート線18 # 18’間に導
電膜Eを形成する。
そして、いまゲー)線1a/で動作するトランジスタに
注目すると、上記導電膜Eは、その大部分がこのトラン
ジスタのドレイン電極面の下部に位置する如く形成され
るとともに、ゲート線la/と隣接するゲート線1aの
一部と電気的に接続するようにする。そして、このゲー
ト線1aela’および導電膜E上に絶縁層(図示せず
)を設け、この絶縁層の上記ゲート線1apla’ 上
部の所定の位置に半導体SCを形成する。そして、図に
示されるように、この半導体SCの一端にソース線3、
他端にドレイン電極4をそれぞれ形成し、薄膜トランジ
スタT1をm成する。
なお、第4図は、説明の都合上、トランジスタが1つ形
成されている場合について図示しであるが、実用に際し
ては、第1図に示された表示電極基板のように複数個の
トランジスタをアレイ状に形成することは言うまでもな
い。また、第4図の装置は、透過型の表示装置を構成す
ることを想定しているため、半導体SCが個々のトラン
ジスタに応じて別体に形成され、ドレイン電極4の下部
に半導体SCが位置しない構成になっているが、トラン
ジスタアレイの基本的な動作としては、第1図に示した
装置と本質的な差異はない。
このように構成された表示電極基板を用いて表示装置を
構成すると、上記ドレイン電極4と絶縁層を介して対向
する導電膜Eによって形成されるコンデンサCIは第5
図に示されるように注目するトランジスタT1のゲート
線1 a /と隣接するゲート線1aに接続されるよう
になる。したがって、トランジスタTIを駆動する場合
には、ゲート線1 a /にのみゲート電圧を付与し、
他のゲート線1aを接地状態とするような駆動方法を採
用すれば、ソース線3の信号が接地電位に対して付与さ
れるようになる。このため、前述した第1図および第2
図の装置よりも明確な動作電圧を表示媒体に付与しやす
くなる。しかしながら、この場合にもゲート線1aに信
号が供給されたときには、ゲート線1aの電圧状態に応
じて、ドレイン電極4の電位が変化し、表示に影響を与
える虞れがある。
この発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、そ
の目的とするところは、ゲート線の電圧状態に影響され
ることなく、動作電圧の正確な制御が容易に行なえ、安
定した表示が行なえるように構成した表示装置を提供す
ることである。
この発明は、駆動用スイッチング素子として薄膜トラン
ジスタアレイを用いた表示装置において、上記薄膜トラ
ンジスタアレイのゲート線を形成する基板上にゲート線
とは絶縁分離された導電面を形成し、この導電面を電荷
蓄積用のコンデンサ対極とすることを特徴とするもので
ある。
以下、図面を用いてこの発明の実施例を詳細に説明する
。第6図および第7図は、この発明の一実施例に係る表
示装置に使用される表示電極基板の構造を示す図面で、
上述した第1図乃至第5図と同一機能の構成部分には、
同一記号を用いている。すなわち、Sはガラス等の透明
体からなる絶縁基板であり、この基板S上には、複数本
のゲート線1 a*1a’+18’*・・・が所定間隔
ごとに平行に形成されている。さらに上記基板S上には
、ゲート線1a+1a’yla’l・・・のそれぞれの
間に所定の絶縁間隔IC,IC’、IO2゜IC#、・
・・を隔てて導電膜1b、lb’、・・・がストライプ
状に平行に形成されている。そして、上記ケート線1a
+1a’sla”*−および導電膜1b。
1b/、・・・上には、絶縁層Iが形成され、この絶縁
層I上の所定の位置にCdS、 CdSe等からなる薄
膜状の半導体SCが形成される。この半導体SCは、駆
動スイッチング素子を構成する薄膜トランジスタアレイ
を形成するもので、上記ゲート線1a*1a’ela”
 、・・・の上部に位置する部分に所定間隔を隔ててマ
トリックス状に規則正しく配置されている。そして、こ
の半導体Scの一端(第6図においては左端)には、ソ
ース線3 、3’ 、・・・がオーミック接触するよう
に形成されており、このソース線3 、3’ 、・・・
は、列方向に配列された上記半導体8Cで共通となって
いる。すなわち、ソース!3.3’、・・・は上記ゲー
ト線1 a+1a’+1a’、・・・と直交する方向に
平行して形成されており、ソースm3.3’、・・・と
ゲート線1a+18’yla’s ・・・との交叉部に
半導体SCが配置された構成になっている。そして、/
−2M3.3’、・・・とゲートIs1 a e 1 
a’ * 1 a’e・・・とで囲まれる部分には矩形
状のドレイン電極4 、4’ 、 4′、・・・が形成
されており、このドレイン電極4 、4’ 、 4″、
・・・は、その一部が延長され、上記半導体SCの他端
(第6図においては右端)に、オーミック接触されてい
る。ドレイン電極4.4’、4″、・・・は、上記半導
体Scによって構成される薄膜トランジスタのドレイン
部であるとともに、表示電極として使用されるものであ
る。したがって、透過型の表示装置を構成する場合には
、In、0. 、8nO,等の透明の透明導電膜として
構成され、反射型の表示装置を構成する場合には、Au
 、 A/ t Pd等の金属薄膜として構成される。
上記の如く構成された表示電極基板においては、ゲート
1llatla’、1a#、−・・と絶縁分離して形成
された導電膜1b、lb’、・・・が絶縁層Iを介して
、上記ドレイン電極4 、4’ 、 4″、・・・と対
向配置され、駆動電荷蓄積用のコンデンサを形成するよ
うになる。したがって、この表示電極基板を使用し、対
向電極基板間に液晶を挾持して構成した表示装置の等両
回路は、第8図に示されるようになる。同図においてT
Iはゲート線1aとソース線3の交叉部に形成される電
界効果トランジスタである。このトランジスタTIのド
レイン電極4と、接地された対向電極8との間に表示媒
体Lct(この場合は液晶)が挾持される。C1は、ド
レイン電極4と導電膜1bとによって形成されるコンデ
ンサである。図から明らかなように、このコンデンサC
Iは、ゲート線1aela’とは独立した構成となる。
すなわち、上記表示装置においては、コンデンサ対極で
ある導電膜1b、lb’、・・・はゲート線1 a t
 1 a’ p 1 a−eと全く電気的に独立に動作
させることができる。このため、従来の装置と異なり、
ゲート線の信号を考慮することなく、コンデンサ対極の
電位の設定が行なえるようになる。コンデンサ対極の電
位設定の最も簡単な例は、コンデンサ対極を接地電位に
設定した場合である。この場合には、第8図に示される
導電膜1bの端子VBを、下部の接地電位に接続すれば
よい。このようにすれば、コンデンサC8に蓄積された
電荷は、ゲート線1apla’の電圧状態によって、不
都合な影響を受けることはないから、動作電圧の正確な
制御が容易に行なえるようになり、ゲート線1 a e
 1 a’の電圧状態にかかわりなく常に安定した表示
を行なうことができる。
また、コンデンサ対極の電位設定の他の例としては、端
子VBに所望のバイアス電圧を供給した場合である。こ
の場合にも、コンデンサC1に蓄積された電荷は、ゲー
ト線1 a + 1 a’の電圧状態によって不都合な
影響を受けることがないから、上述した接地電位に設定
した場合と同様の効果が得れることは言うまでもない。
そして、さらにこの場合、液晶のように一定の閾値特性
を持つ電気光学素子を使用した場合には、閾値電圧より
も若干低いバイアス電圧を付与しておくことによって、
書込み入力信号の電圧をこのバイアス電圧外だけ低く設
定することが可能となる。また、このバイアス電圧を外
部操作により任意に変化させることができるよう構成す
れば、同一の書込み入力信号に対して液晶の電気光学的
特性の電圧動作点を変えることができる。
このことは、動作点が直線的に変化している部分では輝
度調整が、また非直線的に変化している部分ではコント
ラスト特性の調整が行なえることを意味している。さら
に、液晶の如く、温度変化に応じてその電気光学的特性
が変動する表示手段を用いた場合には、上記バイアス電
圧として、温度補償電圧を供給するように構成すれば、
温度変化に対して、常に安定した表示が行なえるように
なる。
以上説明したように、この発明による表示装置は、回路
動作的に実用上極めて有益な効果が得られるものである
が、一方その構造上、従来のこの種の表示装置と比べて
、製造工程上何ら繁雑さを増加することがない利点をも
有している。何故ならば、ストライブ状のコンデンサ対
極lb、lb’、・−・は、ゲート線1a*1a’tL
a’e =・と同じ絶縁基板S上に形成されるものであ
るから、ゲート線1a+12’*1a’*・・・の製造
工程を利用して同時に形成することができるからである
例えばその製造工程の一例を説明すれば、まず最初にガ
ラス等の絶縁基板S上の表示領域全面に導電膜を形成す
る。この導電膜は、反射型の表示装置を構成する場合に
は、Ae等の金属膜が用いられ、透過型の表示装置を構
成する場合には、Into、等の透明導電膜が用いられ
る。そして、その後フォトリソグラフィ等の手法により
この導電膜から、絶縁分離に必要な所定の間隙IC,I
C/ 、IC’ 、IC#、・・・を除去すれば良い。
以後の工程は従来の製造工程と同一である。すなわち、
これらの面上全面に8zO,、he20. 。
St、N、等により絶縁層上を形成し、さらにこの絶縁
層上の所定の位置に半導体SCを形成する。
そして、この半導体SCの一端にソース線3゜3′、・
・・、他端にドレイン電極4 、4’ 、 4’ 、・
・・の一部がオーミック接触して設けられる。これらの
ソース線3 、3’ 、・・・およびドレイン電極4゜
4′、4″、・・・は、反射型表示装置を構成する場合
には上述の導電膜と同様、Ae等の金属膜が用いられる
。また半導体SCとしてはCdS、CdSe。
Te 、アモルファスシリコン等が用いられ、必要に応
じて半導体SC上には不活性膜や半導体部の遮光膜が適
宜形成される。そして、このようにして構成された表示
電極基板をスペーサを介して対向電極基板とで液晶を挾
持し、周囲をシールドすることによって表示装置を構成
する。
なお、上述した実施例装置においては、コンデンサ対極
として使用したストライプ状の導電膜1b、lb’は、
行方向に配列されたトランジスタアレイの各ドレイン電
極4あるいは4’ 、 1に対しては共通に接続されて
いたが、各導電膜1b、1b−相互間は電気的に接続さ
れていなかった。したがって、コンデンサ対極の電圧設
定に際しては、表示装置の外部において各導電膜1 b
 、 1 b/相互間を電気的に接続する必要があった
。しかしながら、この発明は上記実施間装置にのみ限定
されるものではなく、第9図に示されるように、上記基
板S上の表示領域以外の部分に導電膜1 b 、 1 
b’と直交する方向に共通接続部すを形成し、各導電膜
1 b 、 1 b’を共通に接続する構成も考えられ
る。このように構成すれば、表示装置の外部で各導電膜
1 b 、 1 b’を共通に接続する必要がなくなり
、表示装置に形成する外部回路接続用端子の数を減少さ
せることが可能となる。
また、上記実施例装置は、半導体SCをトランジスタご
とに別々に設けた場合であるが、第1図に示された装置
の如く、一体構造の半導体を用いて構成することも可能
である。ただしこの場合には、ドレイン電極とコンデン
サ対極間に半導体層が介在されることになるので、コン
デンサに与える影響を充分考慮する必要がある。
さらに、上記実施例装置においては、電気光学的変化手
段として液晶を使用した場合について説明した。現在、
このような表示媒体としては液晶が最も一般的なもので
あるが、これに限定されるものではない。例えばEC(
エレクトロクロミック)を用いても同様の表示装置を構
成できる。現時点では、薄膜トランジスタの特性により
使用できる表示媒体が制限されている状態であるが、薄
膜トランジスタの性能向上に対応して、使用できる表示
媒体も増加することが予想される。要は、表示媒体とし
ては、電極間に生じる電気的変化を光学的変化に変換す
るものであればよい。
以上説明したように、この発明による表示装置は、駆動
用スイッチング素子として薄膜トランジスタアレイを用
いた表示装置において、上記薄膜トランジスタアレイの
ゲート線を形成する基板上にゲート線とは絶縁分離され
た導電面を形成し、この導電面を電荷蓄積用のコンデン
サ対極とするものである。このため、この発明の表示装
置によれば、コンデンサ対極はゲート線と分離して形成
されるのでゲート線の電位変化の影響を考慮することな
く書込み駆動電圧の設定が行なえる。したがって、動作
電圧の正確な制御が容易に行なえるようになる。また、
ゲート線の電位変化により表示状態が変化せず安定した
表示が行なえる。そしてまた、コンデンサ対極は任意の
電位に設定することができるから、コンデンサ対極の電
位を適宜設定調整することにより、表示装置として書込
み駆動電圧値の調整、輝度調整、コントラスト調整等行
なうことが可能である。さらにこの発明の表示装置は、
上記の如き回路動作的に極めて有益な効果が得られるも
のであるが、その構造は極めて簡単であり、従来のこの
種の装置の製造工程を増加することなく構成することが
できる。
【図面の簡単な説明】
第1図乃至第5図は従来の表示装置を説明する図で、第
1図は、従来の表示装置における表示電極基板の一部縦
断斜視図、第2図は第1因の表示電極基板を用いた表示
装置の断面図、第3図はその等価回路図、第4図は、従
来の表示電極基板の他の例を示す平面図、第5図は第4
図の表示電極基板を用いた表示装置の等価回路図、第6
図乃至第8図はこの発明の一実施例に係る表示装置を説
明する図で、第6図はこの発明の一実施例装置に使用さ
れる表示電極基板の一部縦断斜視図、第7図はその平面
図、第8図は第6図および第7図の表示電極基板を用い
た表示装置の等価回路図、第9図はこの発明の他の例を
示す平面図である。 図中、Sは基板、1atla〆、1a#はゲート線、1
 b 、 1 b’は導電膜(コンデンサ対極)、3゜
3′はソース線、4.4’、4’、4−はドレイン電極
、Iけ絶縁層、SCは半導体、T、 、 To、 T、
、。 T、、 # T!2はトランジスタを示す。 特許出願人 キャノン株式会社 SC■ 157−

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. マトリックス配置した薄膜トランジスタとともに該トラ
    ンジスタのゲート線から絶縁された導電膜を電荷蓄積用
    コンデンサの対極として備え、且つ前記薄膜トランジス
    タの上に遮光膜を有することを特徴とする薄膜トランジ
    スタ基板。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6425132A (en) * 1987-07-22 1989-01-27 Hitachi Ltd Liquid crystal display device
JPS6442635A (en) * 1987-08-11 1989-02-14 Asahi Glass Co Ltd Active matrix type display element
JPH01217325A (ja) * 1988-02-25 1989-08-30 Sharp Corp 液晶表示装置
JPH03209224A (ja) * 1990-01-11 1991-09-12 Matsushita Electric Ind Co Ltd 反射型液晶表示デバイス
JP2004013176A (ja) * 2003-10-03 2004-01-15 Mitsubishi Electric Corp 反射型液晶表示装置

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