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JP2003270654A - 液晶表示装置 - Google Patents

液晶表示装置

Info

Publication number
JP2003270654A
JP2003270654A JP2002076907A JP2002076907A JP2003270654A JP 2003270654 A JP2003270654 A JP 2003270654A JP 2002076907 A JP2002076907 A JP 2002076907A JP 2002076907 A JP2002076907 A JP 2002076907A JP 2003270654 A JP2003270654 A JP 2003270654A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
liquid crystal
pixel electrode
display device
crystal display
image signal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2002076907A
Other languages
English (en)
Inventor
Shigeki Matsuo
茂樹 松尾
Masaharu Takiyama
正晴 瀧山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kyocera Corp
Original Assignee
Kyocera Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kyocera Corp filed Critical Kyocera Corp
Priority to JP2002076907A priority Critical patent/JP2003270654A/ja
Publication of JP2003270654A publication Critical patent/JP2003270654A/ja
Pending legal-status Critical Current

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  • Optical Elements Other Than Lenses (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】対向基板側のブラックマトリクスによって、画
素部分の開口率が低下していた。また、反射型の液晶パ
ネルを実現するために、透過型と比較して新しく反射膜
を形成しなければならず、構造が複雑になっていた。 【解決手段】複数の画像信号配線と、複数の走査信号配
線とを絶縁膜を介して交差して設け、この画像信号配線
と走査信号配線との交差部に、画素電極とこの画素電極
に画像信号を供給するスイッチング素子とを設け、前記
画素電極とこの画素電極に対向して設けられた対向電極
との間に液晶材料が保持されている液晶表示装置におい
て、前記画素電極の裏面側に前記絶縁膜を介して、前記
画素電極よりも前記画像信号配線側に張り出し、各画素
毎に分離された光反射性の帯状金属膜を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は液晶表示装置に関
し、特に各画素にスイッチング素子を設けたアクティブ
マトリクス方式の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方式の液晶表示装
置は、単純マトリクス方式と比べてコントラストが高
く、多階調表示特性に優れているため、カラー液晶表示
装置では欠かせない技術となっている。特に、スイッチ
ング素子として薄膜トランジスタを使用したアクティブ
マトリクス方式の液晶表示装置は、CRTと同等の画質
が得られるようになった。また、近年、カラー携帯電話
の普及等から屋外での良好な視認性、低消費消費電力の
特性を併せ持つ反射型、半透過型の液晶表示装置の需要
が拡大している。
【0003】以下、図面を参照しながら、従来の半透過
型の液晶表示装置を説明する。図13は、従来の液晶表
示装置の一画素の拡大図、図14および図15はそれぞ
れ図13のA−A’線およびB−B’線の断面図であ
る。また、図16は図13の液晶表示装置の等価回路図
である。
【0004】図13、図14、図15、図16におい
て、5は逆スタガ型の薄膜トランジスタ、1は金属膜よ
りなる走査信号配線およびこの走査信号配線と同時に形
成される薄膜トランジスタのゲート電極(G)、2は金
属膜と透明導電膜の積層膜よりなる画像信号配線および
薄膜トランジスタ5のソース電極(S)、3は透明導電
膜よりなる透明画素電極、14は光反射機能を持つ金属
膜よりなる反射画素電極、6は薄膜トランジスタ5の半
導体膜、8は薄膜トランジスタ5のゲート絶縁膜、9は
絶縁性保護膜、15は絶縁性有機膜、10は液晶材料、
11は透明導電膜よりなる対向電極、7はブラックマト
リクス、7' はブラックマトリクスの開口部、12、1
3は透明ガラス基板である。
【0005】ここで、反射画素電極14は透明画素電極
3の上部に絶縁性保護膜9および絶縁性有機膜15を介
して設けられており、画素中央部において前記絶縁膜を
除去した領域で透明画素電極3と接続された構造となっ
ている。
【0006】また、図12において、Clc は透明画素
電極3および反射画素電極14と対向電極11との間の
液晶容量、Cs は透明画素電極3と隣接する走査信号配
線1’との間の付加容量である。
【0007】このアクティブマトリクス方式の半透過型
液晶表示装置によれば、走査信号配線1から供給される
走査信号によって逆スタガ型の薄膜トランジスタ5がス
イッチングされ、画像信号配線2の信号電圧をドレイン
(D)電極の延長である透明画素電極3および反射画素
電極14に印加することにより、透明画素電極3および
反射画素電極14と対向電極11との間に保持された液
晶材料10に電圧を印加し、画像の表示を行う。そし
て、反射画素電極14の領域が反射画像を表示し、反射
画素電極14の中央部の透過画素電極3の領域が透過画
像を表示する。
【0008】ここで、付加容量Cs は液晶材料10に印
加する電圧を一定期間保持するための電荷保持用の容量
である。
【0009】次に従来の他の液晶表示装置の例を示す。
図17は一画素の拡大図、図18および図19はそれぞ
れ図17のA−A’線およびB−B’線の断面図であ
る。また、図16は図17の液晶表示装置の等価回路図
である。
【0010】図17、図18、図19、図16におい
て、5は逆スタガ型の薄膜トランジスタ、1は金属膜よ
りなる走査信号配線およびこの走査信号配線と同時に形
成される薄膜トランジスタのゲート電極(G)、2は金
属膜と透明導電膜の積層膜よりなる画像信号配線および
薄膜トランジスタ5のソース電極(S)、3は透明導電
膜よりなる透明画素電極、4は光反射機能を持つ金属膜
よりなる反射画素電極、6は薄膜トランジスタ5の半導
体膜、8は薄膜トランジスタ5のゲート絶縁膜、9は絶
縁性保護膜、10は液晶材料、11は透明導電膜よりな
る対向電極、7はブラックマトリクス、7' はブラック
マトリクスの開口部、12、13は透明ガラス基板であ
る。
【0011】ここで、反射画素電極4は透明画素電極3
の下部にゲート絶縁膜8を介して設けられ、光の反射機
能を有している。
【0012】また、図12において、Clc は透明画素
電極3と対向電極11との間の液晶容量、Cs は透明画
素電極3と隣接する走査信号配線1’との間の付加容量
である。
【0013】このアクティブマトリクス方式の半透過型
液晶表示装置によれば、走査信号配線1から供給される
走査信号によって逆スタガ型の薄膜トランジスタ5がス
イッチングされ、画像信号配線2の信号電圧をドレイン
(D)電極の延長である透明画素電極3に印加すること
により、透明画素電極3と対向電極11との間に保持さ
れた液晶材料10に電圧を印加し、画像の表示を行う。
そして、反射画素電極4の領域が反射画像を表示し、反
射画素電極4の外周部の透過画素電極3の領域が透過画
像を表示する。
【0014】ここで、付加容量Cs は液晶材料10に印
加する電圧を一定期間保持するための電荷保持用の容量
である。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】図14に示す従来の半
透過型液晶表示装置では、図14および図15に示すよ
うに、極力画素電極を大きくし、明るい液晶表示装置を
実現することを目的に、絶縁性保護膜9の上に厚さ2〜
3μmの絶縁性有機膜15を形成し、薄膜トランジスタ
5および画像信号配線2の上部にも反射画素電極14を
形成した構造である。そのため、画素電極の面積が大き
く、開口率は向上しているが、その反面、絶縁性有機膜
15の成膜およびパターニング、反射画素電極14の成
膜およびパターニングというように工程数が大幅に増加
し、生産性および歩留まりを低下させていた。
【0016】また、図17に示す従来の半透過型液晶表
示装置では、図18および図19に示すように、一般に
画素電極3周辺部の透過光を遮光するために、対向基板
12側にクロム(Cr)などの金属膜でブラックマトリ
クス7を形成しており、このブラックマトリクス7が開
口部7'の大きさである画素部分の開口率を低下させて
いた。
【0017】すなわち、上述した液晶表示装置は、対向
基板12側にブラックマトリクス7を形成すると、対向
基板12を含めた開口部は、図17の点線で示す領域
7'に限られ、画素部分の開口率の向上が図れないとい
う問題があった。
【0018】特に画素電極3とブラックマトリクス7
は、別の基板12、13に形成されているため、両基板
12、13の貼り合わせのズレ量をマージンとして、例
えば6〜10μm程度画素電極3の端から画素電極3の
内側に形成する必要があり、画素部分の開口率が大幅に
低下するという問題があった。
【0019】本発明は、このような従来技術の問題点に
鑑みて完成されたものであり、その目的は、製造プロセ
スを増やすことなく、対向基板側のブラックマトリクス
による開口率の低下を解消した液晶表示装置を提供する
ことにある。
【0020】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項1に係る本発明の液晶表示装置は、複数の画
像信号配線と、複数の走査信号配線とを絶縁膜を介して
交差して設け、この画像信号配線と走査信号配線との交
差部に、画素電極とこの画素電極に画像信号を供給する
スイッチング素子とを設け、前記画素電極とこの画素電
極に対向して設けられた対向電極との間に液晶材料が保
持されている反射型または半透過型の装置において、前
記画素電極の裏面側に前記絶縁膜を介して、前記画素電
極よりも前記画像信号配線側に張り出し、各画素毎に分
離された光反射性の帯状金属膜を設けたことを特徴とす
る。
【0021】請求項2に係る本発明の液晶表示装置は、
前記画素電極と前記帯状金属膜との間の重なり容量Cps
が前記帯状金属膜と前記対向電極との間の液晶容量Clc
1の2倍以上であることを特徴とする。
【0022】請求項3に係る本発明の液晶表示装置は、
前記帯状金属膜が前記画像信号配線と垂直方向において
一部重なっていることを特徴とする。
【0023】請求項4に係る本発明の液晶表示装置は、
前記画素電極と前記帯状金属膜との間の重なり容量をC
ps、前記帯状金属膜と前記画像信号配線との間の重なり
容量をCsd、前記スイッチング素子のゲート電極とドレ
イン電極との間の容量をCgd、前記画素電極と隣接画素
の走査信号配線との間の重なり容量をCs 、前記画素電
極と前記対向電極との間の液晶容量をClcとしたとき、
(Cps・Csd/(Cps+Csd))が、(Clc +Cs +
Cgd)の1/5以下であることを特徴とする。
【0024】請求項5に係る本発明の液晶表示装置は、
前記帯状金属膜が前記走査信号配線と同一材料で形成さ
れ、前記走査信号配線とは分離されていることを特徴と
する。
【0025】請求項6に係る本発明の液晶表示装置は、
前記スイッチング素子が逆スタガ型薄膜トランジスタで
あることを特徴とする。
【0026】本発明の液晶表示装置によれば、上記構成
のように、画素電極の裏面側に絶縁膜を介して画素電極
よりも画像信号配線側に張り出した光反射性の帯状金属
膜を設けたことで、この部分での光漏れを発生せず、ま
た、帯状金属膜が反射電極として機能する。これによ
り、この画像信号配線との対峙部分のブラックマトリク
スは不要になるか、もしくは幅狭に形成でき、その結
果、開口率を向上させた反射、半透過型の液晶パネルを
実現することができる。
【0027】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に基づき詳細に説明する。図1は本発明に係る液晶
表示装置の実施の一形態を示す画素部分の平面図であ
り、図2は図1のA−A’線断面図、図3は図1のB−
B’線断面図、図4は図1の液晶表示装置の等価回路図
である。
【0028】図1乃至図4において、1は走査信号配
線、2は画像信号配線、3は画素電極、4は光反射機能
を持つ帯状金属膜(反射画素電極)、5は薄膜トランジ
スタから成るスイッチング素子、7はブラックマトリク
ス、8はゲート絶縁膜、9は保護膜、10は液晶材料、
11は対向電極、12、13は透明ガラス基板である。
【0029】走査信号配線1と画像信号配線2はそれぞ
れ複数設けられており、この走査信号配線1と画像信号
配線2の各交差部に画素電極3及びスイッチング素子5
が設けられている。
【0030】スイッチング素子5は、走査信号配線2に
連続して形成されたゲート電極(G)、ゲート絶縁膜
8、チャネル部となる半導体膜6、画像信号配線2に連
続して形成されたソース電極(S)及び画素電極3に連
続して形成されたドレイン電極(D)にて形成される。
【0031】走査信号配線1及びゲート電極(G)は、
アルミニウム合金(AlX)やタンタル(Ta)などの
光反射機能を持つ金属膜で形成される。
【0032】ゲート絶縁膜8は、窒化シリコン(SiN
x)、酸化シリコン(SiO2 )、酸化タンタル(Ta
Ox )などで形成される。
【0033】半導体膜6はアモルファスシリコン膜など
で形成される。また、画素電極3は、ITOなどの透明
導電膜で形成される。画像信号配線2、ソース電極
(S)及びドレイン電極(D)は、チタン(Ti)、モ
リブデン(Mo)、アルミニウム合金(AlX)などの
金属膜2aとITOなどの透明導電膜2bの積層膜で形
成される。なお、これらの画像信号配線2、ソース電極
(S)及びドレイン電極(D)は、金属膜2aと透明導
電膜2bの二層構造とする場合に限らず、金属膜2bだ
けの一層構造のものでもよい。
【0034】本発明の液晶表示装置では、画素電極3の
裏面側に絶縁膜8を介して、この画素電極3よりも画像
信号配線2側に張り出し、各画素毎に分離された光反射
機能を持つ帯状金属膜4、4’が形成されている。この
金属膜4、4’は遮光性を有することから、画素電極3
と画像信号配線2との間で光漏れが発生する隙間が小さ
くなる。したがって、図1、図2、図3に示すように、
画像信号配線2に対峙する部分のブラックマトリクス7
を幅狭にでき、開口部の領域7'が拡大することから、
画素部分の開口率を向上させることができる。
【0035】また、帯状金属膜が光反射機能を持つこと
により、反射、半透過型液晶表示装置の反射画素電極と
して機能する。
【0036】このように帯状金属膜4を画素毎に分離す
ると、この金属膜4と他の配線間にショートが発生して
も一画素の点欠陥になるだけであって、他の画素に影響
を及ぼすこともない。
【0037】ここで、画素電極3と隣接する走査信号配
線1’との間で、液晶材料10に印加する電圧を一定期
間保持するための付加容量Cs が画素電極3と対向電極
11との間で液晶容量Clc が帯状金属膜4、4’と対
向電極11との間で液晶容量Clc1、Clc2が、画素電極
3と帯状金属膜4、4’との間の重なり容量Cps1 、C
ps2 がそれぞれ形成され、図4に示すような等価回路と
なる。
【0038】この場合、画素電極3に印加される電圧を
Vp とすると、帯状金属膜4には、Cps1 /(Cps1+
Clc1)×Vpの電圧が印加され、帯状金属膜4’に
は、Cps2 /(Cps2+Clc2)×Vpの電圧が印加され
るが、Cps1>2Clc1およびCps2>2Clc2の場合、帯
状金属膜4、4’には、2/3・Vp〜Vpの電圧(画素
電極3に近い電圧)が印加され、画素電極3と帯状金属
膜4、4’との電位差がほぼ無くなり、これにより、帯
状金属膜4、4’も画素電極と同様の機能を持ち、この
部分でのディスクリネーションの発生がない良好な表示
特性が得られる。すなわち、画素電極3と帯状金属膜
4、4’との重なり容量Cps1、Cps2が帯状金属膜4、
4’と対向電極11との間の液晶容量Clc1、Clc2の2
倍以上となるように形成すればよい。
【0039】次に他の実施形態例を述べる。図5、図
6、図7、図8は、他の実施の形態を示す図であり、図
5は一画素の平面図、図6は図5のA−A’線断面図、
図7は図6のB−B’線断面図、図8は図5の液晶表示
装置の等価回路図である。
【0040】図5、図6、図7、図8において、1は走
査信号配線、2は画像信号配線、3は画素電極、4は帯
状金属膜、5は薄膜トランジスタから成るスイッチング
素子、7はブラックマトリクス、8はゲート絶縁膜、9
は保護膜、10は液晶材料、11は対向電極、12、1
3は透明ガラス基板である。
【0041】この例についても、図1乃至図4に示す実
施例とほぼ同じであるが、この例では、画素電極3の裏
面側に絶縁膜8を介して画像信号配線2側に張り出した
帯状の光反射機能を持つ金属膜4が垂直方向において画
像信号配線2と一部重なって設けられている。
【0042】この金属膜4は、アルミニウム合金(Al
X)やタンタル(Ta)などから成り、光反射機能およ
び透過光遮光性を有する。また、画像信号配線2もチタ
ン(Ti)、モリブデン(Mo)、アルミニウム合金
(AlX)などの金属膜2aとITOなどの透明導電膜
2bで形成され、遮光性を有する。
【0043】したがって、図5、図6、図7に示すよう
に、画像信号配線2に対峙する部分のブラックマトリク
ス7をより幅狭にでき、開口部の領域7'がさらに拡大
することで、画素部分の開口率を大幅に向上させること
ができる。
【0044】帯状金属膜4と画像信号配線2の一部を垂
直方向に重ねた場合、画素電極3と画像信号配線2間の
クロストークは、画素電極3と帯状金属膜4間の容量C
ps(Cps1 、Cps2 )と、帯状金属膜4と画像信号配線
2間の容量Csd(Csd1 、Csd2 )との直列の容量、す
なわち(Cps×Csd/(Cps+Csd))に比例するが、
画素電極3と対向電極11との間の液晶容量をCLC1 、
画素電極3と隣接する走査信号配線1’との間の付加容
量をCs 、スイッチング素子5のゲート電極(G)とド
レイン電極(D)間の容量をCgdとしたときに、上述の
(Cps×Csd/(Cps+Csd))を(Clc+Cs +Cg
d)の1/5以下にすることにより、クロストークが殆
ど発生しない良好な表示装置となる。
【0045】また、帯状金属膜4を走査信号と同一材料
で形成すると、製造工程を全く煩雑化させることなく帯
状金属膜を形成できるという点で好適である。
【0046】さらに、画素電極3の左右方向で光の漏れ
量が異なるように液晶の配向方向を設定した場合は、画
素電極3の片側のみに帯状金属膜4を設けてもよい。
【0047】図9、図10、図11、図12にて、さら
に他の実施の形態を示す。図9は一画素の平面図、図1
0は図9のA−A’線断面図、図11は図9のB−B’
線断面図、図12は図9の液晶表示装置の等価回路図で
ある。
【0048】この例においても、図1乃至図4に示す例
とほぼ同じであるが、本例では、画素電極3の裏面側に
絶縁膜8を介して画像信号配線2側に張り出した2個の
帯状の光反射機能を持つ金属膜4、4'が一つに接続さ
れている。
【0049】なお、本例では画素電極3と帯状の光反射
機能を持つ金属膜4、4'がゲート絶縁膜8を介して絶
縁されていたが、部分的にゲート絶縁膜8を除去し、画
素電極3と帯状の光反射機能を持つ金属膜4、4'を接
続してもなんら問題はない。
【0050】
【発明の効果】以上のとおり、本発明の液晶表示装置に
よれば、画素電極の裏面側に絶縁膜を介して、この画素
電極よりも画像信号配線側に張り出し、各画素毎に分離
された光反射性の帯状金属膜を設けたことで、画像信号
配線と画素電極間の漏れ光を削減でき、この部分のブラ
ックマトリクスを削減でき、その結果、画素部分の開口
率が向上した。
【0051】また、本発明によれば、帯状金属膜が光反
射機能を持つことで、帯状金属膜が反射画素電極として
機能し、開口率を向上させた反射、半透過型の液晶パネ
ルを実現することができた。
【0052】さらにまた、本発明によれば、帯状金属膜
は周辺の配線と接続されずに独立していることから、こ
の帯状金属膜による画素電極の負荷容量の増加や周辺配
線の負荷容量の増加は殆どなく、大画面化した場合の液
晶パネルの容量増加がなく、高速動作が可能な低消費電
力の液晶パネルが実現できた。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の液晶表示装置の一画素の拡大図であ
る。
【図2】図1のA−A’線断面図である。
【図3】図1のB−B’線断面図である。
【図4】図1に示す液晶表示装置の等価回路図である。
【図5】本発明の他の液晶表示装置を示す拡大図であ
る。
【図6】図5のA−A’線断面図である。
【図7】図5のB−B’線断面図である。
【図8】図5に示す液晶表示装置の等価回路図である。
【図9】本発明のさらに他の液晶表示装置の拡大図であ
る。
【図10】図9のA−A’線断面図である。
【図11】図9のB−B’線断面図である。
【図12】図9に示す液晶表示装置の等価回路図であ
る。
【図13】従来の液晶表示装置の一画素の拡大図であ
る。
【図14】図13のA−A’線断面図である。
【図15】図13のB−B’線断面図である。
【図16】図13と図17に示す液晶表示装置の等価回
路図である。
【図17】他の従来の液晶表示装置の一画素の拡大図で
ある。
【図18】図17のA−A’線断面図である。
【図19】図17のB−B’線断面図である。
【符号の説明】
1・・・走査信号配線、2・・・画像信号配線、3・・
・画素電極、4・・・帯状の光反射機能を持つ金属膜、
5・・・スイッチング素子、7・・・ブラックマトリク
ス、8・・・ゲート絶縁膜、9・・・保護膜、10・・
・液晶材料、11・・・対向電極、12、13・・・透
明ガラス基板、14・・・金属膜、15・・・絶縁性有
機膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2H042 DA02 DA12 DA22 2H091 FA14Y FA35Y FB08 FD04 FD06 GA02 LA12 LA13 LA16 LA17 LA18 2H092 GA17 GA24 GA25 JA24 JB07 JB24 JB26 JB31 JB33 JB35 JB51 JB52 JB54 JB61 JB64 JB68 JB69 NA01 NA07 NA29

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】複数の画像信号配線と、複数の走査信号配
    線とを絶縁膜を介して交差して設け、この画像信号配線
    と走査信号配線との交差部に、画素電極とこの画素電極
    に画像信号を供給するスイッチング素子とを設け、前記
    画素電極とこの画素電極に対向して設けられた対向電極
    との間に液晶材料が保持されている液晶表示装置におい
    て、前記画素電極の裏面側に前記絶縁膜を介して、前記
    画素電極よりも前記画像信号配線側に張り出し、各画素
    毎に分離された光反射性の帯状金属膜を設けたことを特
    徴とする反射型または半透過型の液晶表示装置。
  2. 【請求項2】前記画素電極と前記帯状金属膜との間の重
    なり容量Cpsが前記帯状金属膜と前記対向電極との間の
    液晶容量Clc1の2倍以上であることを特徴とする請求
    項1に記載の反射型または半透過型の液晶表示装置。
  3. 【請求項3】前記帯状金属膜が前記画像信号配線と垂直
    方向において一部重なっていることを特徴とする請求項
    1に記載の反射型または半透過型の液晶表示装置。
  4. 【請求項4】前記画素電極と前記帯状金属膜との間の重
    なり容量をCps、前記帯状金属膜と前記画像信号配線と
    の間の重なり容量をCsd、前記スイッチング素子のゲー
    ト電極とドレイン電極との間の容量をCgd、前記画素電
    極と隣接画素の走査信号配線との間の重なり容量をCs
    、前記画素電極と前記対向電極との間の液晶容量をCl
    cとしたとき、(Cps・Csd/(Cps+Csd))が、
    (Clc +Cs+Cgd)の1/5以下であることを特徴と
    する請求項3に記載の反射型または半透過型の液晶表示
    装置。
  5. 【請求項5】前記帯状金属膜が前記走査信号配線と同一
    材料で形成され、前記走査信号配線とは分離されている
    ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の反射型
    または半透過型の液晶表示装置。
  6. 【請求項6】前記スイッチング素子が逆スタガ型薄膜ト
    ランジスタであることを特徴とする請求項1乃至請求項
    5に記載の反射型または半透過型の液晶表示装置。
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