JPH0832073A - 薄膜トランジスタアレイ素子 - Google Patents
薄膜トランジスタアレイ素子Info
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- JPH0832073A JPH0832073A JP16180894A JP16180894A JPH0832073A JP H0832073 A JPH0832073 A JP H0832073A JP 16180894 A JP16180894 A JP 16180894A JP 16180894 A JP16180894 A JP 16180894A JP H0832073 A JPH0832073 A JP H0832073A
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- film transistor
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Abstract
オフ特性の劣化を低減することができ、高信頼性で優れ
た性能を有する薄膜トランジスタアレイ素子を提供す
る。 【構成】絶縁基板の前記信号線と走査線の各交差点に対
応して形成された画素電極と、チャンネル部の保護絶縁
膜パターンをゲート電極をマスクにして形成する自己整
合型の逆スタガ構造の薄膜トランジスタとを備え、薄膜
トランジスタのソース電極7aから半導体層3を介して
ドレイン電極7bへ流れる電流の経路における半導体層
3の幅W1を、ソース電極7aおよびドレイン電極7b
の幅W2,W3に比べて狭くしている。
Description
示品位の液晶表示装置を実現するための薄膜トランジス
タアレイ素子に関するものである。
(以下a−SiTFTと略記)をスイッチング素子とし
て用いた液晶表示装置(以下LCDと略記)は、CRT
に匹敵する表示性能を有したフラットディスプレイとし
て、ポケットテレビ,ビデオカメラのビューファインダ
ー,パソコンおよびワードプロセッサなど種々の分野で
応用されている。
として広く実用化されている構造は、ゲート電極を下層
に配した、いわゆる逆スタガ型構造といわれるタイプの
ものである。この構造は、チャンネル部の保護絶縁膜パ
ターンを基板の裏面からの露光を行って形成する自己整
合型であり、ゲート絶縁層と半導体層とを真空中で連続
成膜できることから、比較的安定なトランジスタが形成
できるという利点を有している。
をスイッチング素子として用いた一般的なTFT(薄膜
トランジスタ)−LCDの構造について、図9を用いて
説明する。図9において、(a)はLCDの構造を示す
断面図、(b)はTFTの平面図を示している。図中、
1は絶縁基板12a上に形成されたゲート電極、2はゲ
ート絶縁膜、3はa−Si(アモルファスシリコン)半
導体層、4は半導体層3を保護するための絶縁膜であ
る。5はリンを不純物としてドープしたn型のa−Si
層であり、7a,7bはそれぞれソース電極,ドレイン
電極を表している。6はドレイン電極7bと電気的に接
続された画素電極である。8は薄膜トランジスタを保護
するためのオーバーコート絶縁膜であり、一般的には窒
化シリコン(SiNx)が用いられている。9a,9b
は配向膜、10は液晶層を示している。11は絶縁基板
12b上に形成された対向電極である。
説明する。図8は、TFT−LCDの各電極に供給され
る駆動信号波形を示している。VgはTFTのゲート電
極1に与えられる走査信号、VsはTFTのソース電極
7aに与えられる表示信号で、TFTがオン状態になっ
たとき表示信号VsはTFTを通じてドレイン電圧Vd
として画素電極6に印加される。Vscは表示信号電圧
振幅の中点を示している。対向電極11には直流電圧V
cが印加される。TonはTFTのオン期間で、Tof
fはオフ期間を示している。
ろ、上記したような構成のTFT−LCDパネルを高温
で長時間駆動させた場合、つぎのような画像上の現象が
現れてくることが知られている。一つは、長時間、同一
の固定パターンを表示した時に、そのパターンが残像と
して認識される焼き付けという現象であり、もう一つ
は、TFTのオフ特性が劣化することによって生じるコ
ントラストの低下といった現象である。以下に、これら
の問題点について、図8および図9を用いて詳しく説明
する。
する。図9に示したように、このような構造のTFTで
は、ゲート電極1とドレイン電極7bが平面的に重なる
領域で、ゲート〜ドレイン電極間の寄生容量Cgdが形
成される。図8の信号波形からわかるように、TFT−
LCDを駆動させた場合、この寄生容量Cgdにより、
画素電極6に与えられるドレイン電圧Vdの電位降下△
Vdが生じ、画素電極6上の液晶10の層にDC電圧が
付加される。この電位降下△Vdは、 ΔVd=Cgd(Vgt-Vgb)/(Clc +Cst +Cgd) のように表せ、寄生容量Cgdが増加することによって
大きくなる。ここで、Clc は液晶容量、Cstは付加
容量、Vgtは走査信号Vgのオン時の電位、Vgbは
走査信号Vgのオフ時の電位である。
とによって液晶10の層へのDC電圧成分も増加してく
る。このような液晶10の層へのDC電圧成分が、液晶
10の層に内部電荷を誘起し、結果として、焼き付けと
いった画像品質課題の原因となっている。つぎに、TF
Tのオフ特性の劣化について説明する。図9に示したよ
うに、TFT−LCDでは、TFTのチャンネル上に配
向膜9aと液晶層10が存在する。また、図8に示すよ
うに、TFTのゲート電極1にはその動作上、TFTが
オン状態となるわずかなオン期間Tonを除いて、負の
ゲートバイアスVgbが印加されたオフ状態のオフ期間
Toffで、この期間、TFTを通じて画素電極6に供
給されたドレイン電圧Vdは保持される。つまり、対向
電極11とゲート電極1との間には、ほとんどの期間、
対向電極11側を正、ゲート電極1側を負とする直流電
圧が印加されることになる。これによって、配向膜9a
がTFTの上側のa−Si半導体上で分極を生じ、a−
Si半導体層3の上層部においてエレクトロンが誘起さ
れ、TFTのオフ特性が劣化してくる(参考文献:小川
他 平成元年電気関係学会関西支部連合大会 G31
3,G10−30)。
のソース電極7aとドレイン電極7bとの間に流れる電
流Idと、ゲート電極1に印加する電圧Vgとの関係に
おいて、TFTのスイッチング性能を表すId−Vg特
性の経時変化を測定した結果である。図10からわかる
ように、初期の特性P1 に比べて24時間動作後の特性
P2 は、オン状態からオフ状態の境界部分であるサブス
レッショルド領域での電流の増加がみられる。こうした
スイッチング特性の劣化によって、TFT−LCDにお
ける液晶10への電圧保持特性が悪くなり、結果的にコ
ントラストの低下や点欠陥といった画像品質課題を引き
起こすことになる。
たもので、第1に長時間駆動させることにより発生する
TFTのオフ特性の劣化を低減すること、第2にゲート
電極〜ドレイン電極間の寄生容量に伴う液晶層へのDC
電圧印加による信頼性の低下および焼き付け現象の発生
を防ぐこと、さらにTFT−LCDの開口率すなわち画
面全体の面積に対する画素電極によって表示される面積
の割合の向上に伴う画面の明るさの向上も図れる、高信
頼性で優れた性能を有する薄膜トランジスタアレイ素子
を提供することを目的としている。
スタアレイ素子は、一主面上にマトリクス状に配置され
た信号線と走査線を有する絶縁基板と、この絶縁基板の
信号線と走査線の各交差点に対応して形成された画素電
極と、チャンネル部の保護絶縁膜パターンを絶縁基板の
一主面と異なるもう一方の面からゲート電極をマスクに
して露光を行って形成する自己整合型の逆スタガ構造で
あって画素電極と信号線および走査線との間に設けられ
た薄膜トランジスタとを備え、薄膜トランジスタのソー
ス電極から半導体層を介してドレイン電極へ流れる電流
の経路における半導体層の幅が、ソース電極およびドレ
イン電極の幅の少なくともいずれか一方に比べて狭いこ
とを特徴とするものである。
は、請求項1において、ソース電極およびドレイン電極
の幅の少なくともいずれか一方と、薄膜トランジスタの
半導体層の幅との差を4μm以上としたものである。請
求項3の薄膜トランジスタアレイ素子は、請求項1にお
いて、走査線より突出したゲート電極に対して走査線の
方向に並ぶようにソース電極およびドレイン電極を形成
するとともに、ゲート電極の先端部が、ソース電極およ
びドレイン電極の少なくとも一方より内側に位置するも
のである。
ば、走査線に走査信号が印加され信号線に表示信号が印
加されて薄膜トランジスタがオンとなり画素電極に電圧
が印加され画素電極上の液晶を表示動作する。この場
合、薄膜トランジスタのソース電極から半導体層を介し
てドレイン電極へ流れる電流の経路における半導体層の
幅が、ソース電極およびドレイン電極の幅の少なくとも
いずれか一方に比べて狭いため、薄膜トランジスタのチ
ャンネル上の配向膜近傍の電位が、対向電極の電位の影
響を受けにくくなり、ソース電極およびドレイン電極の
電位によって制御されるようになる。これによって配向
膜近傍の電位が安定し、前記した分極によるa−Si半
導体の上層部におけるエレクトロンの誘起を抑えること
ができる。このため、長時間駆動させることにより発生
する薄膜トランジスタのオフ特性の劣化を低減すること
でき、画像品質を維持できる。
よれば、請求項1において、ソース電極およびドレイン
電極の幅の少なくともいずれか一方と、薄膜トランジス
タの半導体層の幅との差を4μm以上としたため、請求
項1と同作用がある。請求項3の薄膜トランジスタアレ
イ素子によれば、請求項1において、走査線より突出し
たゲート電極に対して走査線の方向に並ぶようにソース
電極およびドレイン電極を形成するとともに、ゲート電
極の先端部が、ソース電極およびドレイン電極の少なく
とも一方より内側に位置するため、請求項1の作用のほ
か、薄膜トランジスタのオン電流の大きさは変えずにゲ
ート電極の面積をさらに小さくできるため、ゲート電極
〜ドレイン電極間の寄生容量が小さくなり、液晶層への
DC印加成分を低下し、画素電極の電位降下を抑えるこ
とができる。このため、信頼性の低下および焼付け現象
の発生を防ぐことができるとともに、開口率すなわち画
面全体の面積に対する画素電極によって表示される面積
の割合の向上に伴う画面の明るさの向上も図れ、高信頼
性で優れた性能を実現できる。
アレイ素子を図1に示す。すなわち、図1は薄膜トラン
ジスタアレイ素子の構造を示し、(a)はその断面図、
(b)は平面図を示す。図において、1はゲート電極、
2は第1の絶縁膜(ゲート絶縁膜)、3は半導体層、4
は第2の絶縁膜(保護絶縁膜)、5はPドープ半導体
層、6は透明電極(画素電極)、7aはソース電極、7
bはドレイン電極、8は第3の絶縁膜(オーバーコート
絶縁膜)である。
アレイ素子の具体的な作成方法について、図7を用いて
簡単に説明する。図7の(1)〜(9)において、左側
は平面図、右側は断面図である。また第1の実施例の薄
膜トランジスタアレイ素子において、スイッチング素子
として第2の絶縁膜4のパターンを絶縁基板12aの裏
面からの露光を行って形成する逆スタガ型のa−SiT
FTを用いた。
電極1としてCrを製膜し、パターン化した後、(2)
第1の絶縁膜2としてSiNx,半導体層3としてa−
Si,第2の絶縁膜4としてSiNxを連続製膜する。
(3)フォトリソグラフィの工程において、絶縁基板1
2aの全体にポジ型のフォトレジスト15を塗布した
後、第2の絶縁膜4のみ絶縁基板12aの裏面からゲー
ト電極1のパターンをマスクとして用いてゲート電極1
以外の部分を矢印の方向から露光する。(4)続いて、
絶縁基板12aの表面から別のマスク16を用いてマス
ク16以外の部分を矢印の方向から露光し、(5)その
結果、ゲート電極1のパターンとマスク16が平面的に
重なった部分にレジスト15が残り、それをマスクとし
て第2の絶縁膜4をパターン化する。(6)Pドープ半
導体層5としてn+a−Siを製膜後、半導体層3とP
ドープ半導体層5をパターン化する。(7)画素電極6
としてITOを成膜し、パターン化した後、第1の絶縁
膜2をパターン化する。(8)ソース電極7a,ドレイ
ン電極7bとしてAlを製膜し、パターン化する。ドレ
イン電極7bと画素電極6は電気的に接続されている。
(9)最後に第3の絶縁膜8としてSiNxを製膜し、
パターン化し、第1の実施例の薄膜トランジスタアレイ
素子を完成した。
スタアレイ素子の特性について述べる。まず、薄膜トラ
ンジスタのソース電極7aから半導体層3を介してドレ
イン電極7bへ流れる電流の経路における半導体層3の
幅W1が、ソース電極7aの幅W2およびドレイン電極
7bの幅W3に比べて狭く、しかもソース電極7aの幅
W2およびドレイン電極7bの幅W3と、半導体層3の
幅W1との差が、4μm以上としている。すなわち、W
2−W1≧4μm,W3−W1≧4μmである。このよ
うな構成の薄膜トランジスタアレイ素子を用いたTFT
−LCDに対して、TFT特性の経時変化を評価した。
動作試験は、60℃で行った。図2にTFTのId−V
g特性の初期の特性Q1 と24時間動作後の特性Q2 を
示す。図2に示すように、この実施例では、薄膜トラン
ジスタアレイの半導体層3の幅W1を、ソース電極7a
の幅W2およびドレイン電極7bの幅W3に比べて狭い
構成としたことにより、オフ特性の経時変化が充分に抑
えられていることがわかる。
なわち、この薄膜トランジスタアレイ素子は、ゲート配
線となる走査線上をゲート電極1としてTFTのチャン
ネル部を形成したものであり、その他は特性を含めて第
1の実施例と同様である。したがって、第2の実施例に
おいても、第1の実施例と同様に、薄膜トランジスタの
ソース電極7aから半導体層3を介してドレイン電極7
bへ流れる電流の経路における半導体層3の幅W1を、
ソース電極7aの幅W2およびドレイン電極7bの幅W
3に比べて狭くし、その差を4μm以上としている。こ
のように構成することにより、オフ特性が向上する。
トランジスタをゲート配線上に形成するため、第1の実
施例と比較して、画素電極6の占有面積を大きくするこ
とができるので、TFT−LCDの開口率が向上し、T
FT−LCDの画面の明るさが向上する効果を有する。
この発明の第3の実施例の薄膜トランジスタアレイ素子
を図4を用いて説明する。この実施例では、薄膜トラン
ジスタの半導体層3の幅W1がドレイン電極7bの幅W
3に比べて狭く、その差を4μm以上としている。この
ような構成の薄膜トランジスタアレイ素子においても、
同様に動作試験を行った結果、薄膜トランジスタのオフ
特性は第1の実施例および第2の実施例とほぼ同等程度
の結果が得られた。
タアレイ素子を図5を用いて説明する。この実施例の薄
膜トランジスタアレイ素子は、図5に示すように走査線
となるゲート配線より突出したゲート電極1に対して走
査線の方向に並ぶようにソース電極7aおよびドレイン
電極7bを形成するとともに、ゲート電極1の先端部す
なわちソース電極7aからドレイン電極7bに沿ったゲ
ート電極パターン端部が、ソース電極7aおよびドレイ
ン電極7bより内側に位置し、半導体層3の幅W1が、
ソース電極7aの幅W2およびドレイン電極7bの幅W
3に比べて狭く、その差を4μm以上としている。
も、第1の実施例と同様に動作試験を行った結果、薄膜
トランジスタのオフ特性は、第1の実施例、第2の実施
例および第3の実施例とほぼ同等程度の結果が得られて
おり、オフ特性の経時変化は抑えられている。また、こ
の第4の実施例のような構成にすることによって、第1
の実施例および第3の実施例と比較して、ゲート電極1
の面積を小さくできることから、画素電極6の占有面積
を大きくすることができ、開口率の向上を図れる。ま
た、このような構成にすることによって、ゲート電極1
とドレイン電極7bの平面的に重なる面積が低減する。
つまり、ゲート電極1〜ドレイン電極7b間の寄生容量
(Cgd)が低下する。よって、TFT−LCDの液晶
10の層へのDC成分を低減でき、焼き付け現象ならび
にフリッカ特性が良化し、信頼性を向上することができ
る。
タアレイ素子を図6を用いて説明する。すなわち、この
薄膜トランジスタアレイ素子は、薄膜トランジスタのソ
ース電極7aからドレイン電極7bに沿ったゲート電極
1のパターン端部がドレイン電極7bより内側に位置
し、半導体層3の幅W1が、ドレイン電極7aの幅W3
に比べて狭く、その差を4μm以上としている。この薄
膜トランジスタアレイ素子においても、第1の実施例と
同様に動作試験を行った結果、薄膜トランジスタのオフ
特性は、第1の実施例ないし第4の実施例とほぼ同等程
度の結果が得られており、オフ特性の経時変化は抑えら
れている。
実施例と同様にTFT−LCDの明るさの向上および信
頼性の向上を図ることができる。したがって、上記した
いずれの実施例においても、a−SiTFTの信頼性に
おける重要課題である駆動(電圧)ストレス下のオフ特
性の劣化を低減できる高信頼性で優れた性能の薄膜トラ
ンジスタアレイ素子を提供することができる。
作成方法はすべて第1の実施例と同一である。また第3
の実施例(図4)および第5の実施例(図6)は、半導
体層3の幅W1がドレイン電極7bの幅W3よりも狭い
が、半導体層3の幅W1がソース電極7aの幅W2より
も狭い構成も同様な結果が得られる。
によれば、薄膜トランジスタのソース電極から半導体層
を介してドレイン電極へ流れる電流の経路における半導
体層の幅が、ソース電極およびドレイン電極の幅の少な
くともいずれか一方に比べて狭いため、薄膜トランジス
タのチャンネル上の配向膜近傍の電位が、対向電極の電
位の影響を受けにくくなり、ソース電極およびドレイン
電極の電位によって制御されるようになる。これによっ
て配向膜近傍の電位が安定し、前記した分極によるa−
Si半導体の上層部におけるエレクトロンの誘起を抑え
ることができる。このため、長時間駆動させることによ
り発生する薄膜トランジスタのオフ特性の劣化を低減す
ることでき、画像品質を維持できるという効果がある。
よれば、請求項1において、ソース電極およびドレイン
電極の幅の少なくともいずれか一方と、薄膜トランジス
タの半導体層の幅との差を4μm以上としたため、請求
項1と同効果がある。請求項3の薄膜トランジスタアレ
イ素子によれば、請求項1において、走査線より突出し
たゲート電極に対して走査線の方向に並ぶようにソース
電極およびドレイン電極を形成するとともに、ゲート電
極の先端部が、ソース電極およびドレイン電極の少なく
とも一方より内側に位置するため、請求項1の作用のほ
か、薄膜トランジスタのオン電流の大きさは変えずにゲ
ート電極の面積をさらに小さくできるため、ゲート電極
〜ドレイン電極間の寄生容量が小さくなり、液晶層への
DC印加成分を低下し、画素電極の電位降下を抑えるこ
とができる。このため、信頼性の低下および焼付け現象
の発生を防ぐことができるとともに、開口率すなわち画
面全体の面積に対する画素電極によって表示される面積
の割合の向上に伴う画面の明るさの向上も図れ、高信頼
性で優れた性能を実現できる。
レイ素子の構造を示し、(a)は断面図、(b)は平面
図である。
イッチング性能を示すId−Vg特性の経時変化を示す
特性図である。
平面図である。
平面図である。
平面図である。
平面図である。
素子の作成工程図である。
ある。
は断面図、(b)は平面図である。
時変化を示す特性図である。
として広く実用化されている構造は、ゲート電極を下層
に配した、いわゆる逆スタガ型構造といわれるタイプの
ものである。この中でも、自己整合型の逆スタガ構造の
a−SiTFTはチャンネル部の保護絶縁膜パターンを
基板の裏面から露光を行なって形成することから、TF
Tのサイズを小さくできるという利点を有している。
タアレイ素子を図6を用いて説明する。すなわち、この
薄膜トランジスタアレイ素子は、薄膜トランジスタのソ
ース電極7aからドレイン電極7bに沿ったゲート電極
1のパターン端部がドレイン電極7bより内側に位置
し、半導体層3の幅W1が、ドレイン電極7bの幅W3
に比べて狭く、その差を4μm以上としている。この薄
膜トランジスタアレイ素子においても、第1の実施例と
同様に動作試験を行った結果、薄膜トランジスタのオフ
特性は、第1の実施例ないし第4の実施例とほぼ同等程
度の結果が得られており、オフ特性の経時変化は抑えら
れている。
作成方法はすべて第1の実施例と同一である。また第3
の実施例(図4)および第5の実施例(図6)は、半導
体層3の幅W1がドレイン電極7bの幅W3よりも狭い
が、半導体層3の幅W1がソース電極7aの幅W2より
も狭い構成も同様な結果が得られる。
Claims (3)
- 【請求項1】 一主面上にマトリクス状に配置された信
号線と走査線を有する絶縁基板と、この絶縁基板の前記
信号線と走査線の各交差点に対応して形成された画素電
極と、チャンネル部の保護絶縁膜パターンを前記絶縁基
板の一主面と異なるもう一方の面からゲート電極をマス
クにして露光を行って形成する自己整合型の逆スタガ構
造であって前記画素電極と前記信号線および前記走査線
との間に設けられた薄膜トランジスタとを備え、前記薄
膜トランジスタのソース電極から半導体層を介してドレ
イン電極へ流れる電流の経路における前記半導体層の幅
が、前記ソース電極および前記ドレイン電極の幅の少な
くともいずれか一方に比べて狭いことを特徴とする薄膜
トランジスタアレイ素子。 - 【請求項2】 ソース電極およびドレイン電極の幅の少
なくともいずれか一方と、薄膜トランジスタの半導体層
の幅との差が4μm以上である請求項1記載の薄膜トラ
ンジスタアレイ素子。 - 【請求項3】 走査線より突出したゲート電極に対して
前記走査線の方向に並ぶようにソース電極およびドレイ
ン電極を形成するとともに、前記ゲート電極の先端部
が、前記ソース電極および前記ドレイン電極の少なくと
も一方より内側に位置する請求項1記載の薄膜トランジ
スタアレイ素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16180894A JP3585262B2 (ja) | 1994-07-14 | 1994-07-14 | 液晶表示装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16180894A JP3585262B2 (ja) | 1994-07-14 | 1994-07-14 | 液晶表示装置 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001082765A Division JP3254210B2 (ja) | 2001-03-22 | 2001-03-22 | 薄膜トランジスタアレイ素子および液晶表示装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0832073A true JPH0832073A (ja) | 1996-02-02 |
| JP3585262B2 JP3585262B2 (ja) | 2004-11-04 |
Family
ID=15742312
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16180894A Expired - Lifetime JP3585262B2 (ja) | 1994-07-14 | 1994-07-14 | 液晶表示装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3585262B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6476418B1 (en) | 1997-06-30 | 2002-11-05 | Nec Corporation | Thin film transistor for liquid crystal display |
| CN115430378A (zh) * | 2022-08-05 | 2022-12-06 | 杭州领挚科技有限公司 | Dna合成芯片和dna合成方法 |
-
1994
- 1994-07-14 JP JP16180894A patent/JP3585262B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6476418B1 (en) | 1997-06-30 | 2002-11-05 | Nec Corporation | Thin film transistor for liquid crystal display |
| CN115430378A (zh) * | 2022-08-05 | 2022-12-06 | 杭州领挚科技有限公司 | Dna合成芯片和dna合成方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3585262B2 (ja) | 2004-11-04 |
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