Brevet FR2534052A1 — publié le 19840406

La présente invention concerne un dispositif d'af- fichage à cristaux liquides en couleur utilisé pour une pré- sentation d'image en couleur et une présentation graphique en couleur. Il s'est avéré impossible dans l'art antérieur de réaliser un dispositif d'affichage à cristaux liquides avec un affichage multicolore, pour les raisons indiquées ci-après. Premièrement, la technique classique ne permet pas d'augmenter les nombres de points ou les nombres de lignes dans un panneau à cristaux liquides La limite supérieure de ces nombres correspond à un rapport cyclique de 1/16, et donc à 16 lignes dans le système d'attaque en multiplex classique. D'autre part, un système d'affichage en couleur nécessite au moins 100 lignes, et il faut donc obtenir un rapport cyclique de 1/100 pour l'attaque d'un dispositif à cristaux liquides en couleur - Secondement, il est difficile d'obtenir de bons moyens de réalisation d'un système d'affichage multicolore pour un dispositif à cristaux liquides Par exemple, il est extrêmement difficile de réaliser un affichage multicolore sur un seul substrat dans le cas o des-matières colorantes sont incorporées dans les cristaux liquides tels que des cris- taux liquides du type substances réceptrice/substance addition- nelle La superposition de panneaux ayant différentes compo- sitions correspondant à différentes couleurs conduit à un coûit élevé, et de telles structures à panneaux multiples ne permet- tent pas d'atteindre une bonne qualité de couleur de l'affi- chage. Les raisons indiquées ci-dessus font qu'il a été difficile de réaliser un panneau à cristaux liquides avec un affichage multicolore. L'invention a pour but de procurer les moyens de réaliser aisément un panneau d'affichage multicolore, en sur- montant les difficultés indiquées ci-dessus L'invention pro- pose trois sortes de systèmes pour augmenter le rapport cycli- que Premièrement, dans le système d'attaque en multiplex, on peut obtenir un rapport cyclique extrêmement élevé, de 1/60 à 1/200,par l'amélioration de la matière à cristaux liquides et par un niveau technique élevé en ce qui concerne la construc- tion d'un panneau à cristaux liquides Secondement, on doit définir la valeur de l'espace entre les électrodes du panneau de façon qu'elle soit de 5 pm à 7 ym, au lieu de la valeur de 10 Fm qu'on utilise dans la technique classique Troisièmement, on utilise des éléments de matrice actifs, comme des éléments de commutation à transistor ou des éléments non linéaires (élément ou diode Métal-Isolant-Métal, ou MIM) pour commuter une électrode à cristaux liquides L'invention décrit en outre l'utilisation d'un système multicolore dans lequel des micro- obturateurs à cristaux liquides de type négatif ouvrent et ferment des points d'un filtre de couleur, avec une configura- tion en mosaïque ou en bandesen tant que technique de réali- sation d'un dispositif d'affichage en couleur On peut ainsi obtenir dans le dispositif d'affichage à cristaux liquides une présentation d'image en couleur et une présentation graphique en couleur nettes et d'un bel aspect. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre de modes de réalisation et en se référant aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 montre un exemple de la structure confor- me à l'invention. Les figures 2 et 3 montrent la structure du filtre de couleur qui est utilisé dans l'invention. Les figures 4 (a), 4 (b) et 4 (c) montrent la struc- ture du substrat de base de matrice active qui est utilisé dans l'invention. Les figures 5 (a), 5 (b) et 6 (a), 6 (b) montrent un exemple d'élément non linéaire qui est utilisé dans l'invention. La figure 7 montre la caractéristique V-I de l'élé- ment non linéaire. la figure 8 montre le circuit d'attaque équivalent. les figures 9 (a), 9 (b) et 9 (c) montrent la struc- ture du dispositif d'affichage en couleur conforme à l'inven- tion - Les figures 10, 11, 12, 16 et 18 montrent la confi- guration et le procédé d'attaque des filtres de couleur du dispositif d'affichage en couleur conforme à l'invention. Ia figure 13 montre les signaux d'attaque qu'on obtient conformément à la figure 12. Ia figure 14-montre le circuit destiné à générer les signaux d'horloge 01, 0-2 et 0 Y. Ia figure 15 montre les signaux d'attaque qu'on obtient conformément à la figure 14. La figure 19 montre les signaux d'attaque qu'on obtient conformément à la figure 180 Les figures 17 (a) et 17 (b) montrent la relation entre la caractéristique-de contraste des cristaux liquides, en liaison avec la tension appliquée, et l'opération d'échan- tillonnage-blocage du signal vidéo. Les figures 20 (a) et 20 (b) montrent la structure fondamentale de l'élément dl-image à pouvoir de résolution élevé (électrode d'attaque) conformément à l'invention. La figure 21 montre la structure:de l'électrode d'attaque dans l'attaque en multiplex conformément à l'inven- tion. Les figures 22 à 25 montrent un exemple d'élément d'image à pouvoir de résolution élevé, conforme à l'invention, dans lequel on utilise un transistor à couches minces. la figure 26 montre un exemple de l'élément d'image à pouvoir de résolution élevé, conforme à l'invention, dans lequel on utilise un élément non linéaire. On voit sur la figure 1 la structure fondamentale de l'un des modes de réalisation de l'invention Des filtres de couleur de trois sortes différentes sont-formés sur le substrat de verre 1 Par exemple, un filtre rouge 8, un fil- tre vert 9 et un filtre bleu 10 sont formés avec une forme en mosaïque ou en bandes Une couche de passivation 6 consistant par exemple en Si O 2 est formée sur ces filtres de couleur et, de plus, une électrode transparente 5 constituant une élec- trode d'attaque des cristaux liquides est formée sur la cou- che de passivation 6 La couche de passivation peut être omi- se dans certains cas Du côté opposé aux électrodes 5, une couche de dispositifs 3 est formée sur un substrat de verre 2 et cette couche contient des éléments de commutation, ou des éléments non linéaires Des électrodes transparentes 4 desti- nées à l'attaque des cristaux liquides et correspondant à chaque point des filtres de couleur sont formées sur la cou- che de dispositifs Les deux substrats de verre 1 et 2 pré- cités sont ensuite placés face à face, et une matière à cristaux liquides est enfermée dans l'espace compris entre le substrat de verre 1 et le substrat de verre 2, en reliant de façon étanche les périphéries des substrats de verre Dans le cas d'un panneau d'affichage du type transparent, la lu- mière est générée du côté inférieur du substrat de verre 1 et traverse un polariseur La lumière ayant une longueur d'onde fixée correspondant à une couleur prédéterminée est transmise par les filtres de couleur 8, 9 et 10 sous l'effet de "l'ou- verture" de l'électrode transparente 4 Par conséquent, la lumière n'est pas transmise dans la partie sombre des cristaux liquides (dans laquelle une tension n'est pas appliquée à l'électrode des cristaux liquides), et la lumière ayant une longueur d'onde qui correspond au filtre de couleur est trans- mise dans la partie transparente des cristaux liquides (dans laquelle une tension est appliquée à l'électrode des cristaux liquides), ce qui fait que la combinaison de trois couleurs primaires donne sept couleurs pour l'affichage graphique. On peut en outre obtenir diverses sortes de niveaux de luminance correspondant à toutes les couleurs en utilisant une fonction d'affichage définissant une gamme de luminance qui commande les états semi-transparents des cristaux liquides. La structure détaillée de ce mode de réalisation est expliquée ci-après. La figure 2-montre un exemple de structure de filtre de couleur On forme sur un substrat de verre transparent 20 une couche de résine organique soluble dans l'eau, comme de l'alcool polyvinylique, de la gélatine ou une matière analogue, puis on colore la couche organique soluble dans l'eau avec des matières colorantes correspondant au rouge, au bleuet au vert, par impression de ces matières colorantes avec des motifs pré- déterminés Chaque filtre de couleur de la partie rouge 22, de la partie bleue 23 et de la partie verte 24 est donc formé -de façon à étre placé en correspondance avec chacune des élec- trodes transparentes 4 et, de plus, un cadre noir 21 est éta- bli en colorant la limite de chacune des couleurs primaires avec un pigment noir, afin d'éviter un étalement de la cou- leur à la limite de chaque filtre de couleur Le cadre noir 21 n'est cependant pas nécessaire dans le cas o la couche colorée, telle que de la gélatine ou une matière semblable, est partiellement enlevée par attaque Dans le cas de cris- taux liquides de type négatif, un agent inhibiteur de colora- tion doit être incorporé dans le cadre noir 21 à la place de la matière colorante noire, si le pouvoir de coloration de la matière colorante en direction latérale est élevé. On forme ensuite sur le filtre de couleur une pelli- cule de passivation transparente 25, sur laquelle on forme de plus une électrode d'attaque transparente 269 destinée à l'at- taque des cristaux liquides, et on soumet cette électrode 26 à une opération de photogravure pour obtenir le motif néces- saire On forme ensuite la partie d'électrode inf-érieure Dans certains cas, l'électrode transparente 26 est formée directe- ment sur le filtre de couleur, sans pellicule de passivation L'électrode transparente 26 peut alors remplir également la fonction de pellicule de passivation. Il arrive que les matières colorantes contenues dans un filtre de couleur soient détériorées ou endommagées au mo- ment de la formation de la pellicule d'attaque transparente. On peut éviter cet inconvénient en formant une couche de pas- sivation 34 sur le filtre de couleur 31, ou en formant une électrode transparente 33 sur une pellicule mince de verre ou de matière plastique 32, et en la faisant adhérer au substrat de verre 30. La figure 4 montre le mode de réalisation d'un élé- ment de matrice actif formé sur le substrat transparent Son avantage consiste en ce qu'il permet d'obtenir un rapport cy- clique d'attaque supérieur à 100 et permet de réaliser aisé- ment dans ce système un affichage avec une gamme de luminances. Cet exemple correspond à l'utilisation d'un transistor à cou- ches minces en silicium sur un substrat de verre transparent tel que du Pyrex, du quartz, etc, ayant un point de fusion relativement élevé Il est ainsi plus facile de réaliser un transistor à couches minces sur un substrat transparent que de former des éléments de matrice actifs classiques sur une tranche de silicium monocristalline La représentation en plan de la figure 4 (a) montre une cellule 41 d'un élément d'image dans une matrice (un seul point) La ligne de grille 44 (ligne de sélection Y) est con- nectée à la grille du transistor 49, la ligne de données 43 (ligne IX) est connectée à la source du transistor 49 à travers le trou de contact 47, et l'électrode 42 destinée à l'attaque des cristaux liquides est connectée au drain du transistor 47 à travers le trou de contact 46 Le condensateur 48 destiné à la conservation de la charge électrique est formé entre la li- gne de masse 45 et l'électrode 42 destinée à l'attaque des cristaux liquides. Le circuit représenté sur la figure 4 (b) est le circuit équivalent de la structure de la cellule 41 Lorsque le transistor 49 passe à l'état conducteur, la tension présen- te sur la ligne de données 43 est appliquée au transistor 48 et à l'électrode d'attaque des cristaux liquides 42, puis le condensateur 48 conserve la charge électrique entre ses élec- trodes opposées et l'électrode d'attaque 42 la charge élec- trique peut ainsi être conservée pendant une longue durée du fait que le courant de fuite du transistor et des cristaux liquides est négligeable, ce qui fait que le rapport cyclique principal est déterminé par la combinaison du temps de réten- tion de la charge électrique et du temps nécessaire pour l'in- troduction du signal de données, et sa valeur peut atteindre plus de 10 000 Le condensateur 48 n'est cependant pas néces- saire lorsqu'on utilise une aire élevée pour l'électrode d'at- taque des cristaux liquides. la figure 4 (c) montre une coupe selon la ligne A-1 B de la figure 4 (a) La première couche mince de silicium cor- respondant à la région de canal est formée sur le substrat transparent 40 par le procédé de dépôt chimique en phase va- peut (CVD) à basse pression, ou par dépôt chimique en phase vapeur par plasma Après l'accomplissement du traitement de définition de motif, on forme la couche oxydée par oxydation de la surface du silicium, et on forme ensuite la seconde cou- che mince de silicium, puis on forme la ligne de grille et la ligne de masse en définissant un motif dans la seconde couche mince de silicium, après quoi on attaque la couche oxydée en-utilisant la seconde couche mince en tant que mas- que d'attaque On forme ainsi la couche isolante de grille 51 et l'électrode de grille 500 On forme une couche-de type N par implantation d'ions positifs dans la première couche mince de silicium, en utilisant en tant que masque l'élec- trode de grille 50, ce qui forme la source du transistor 53, le canal 55 et le drain 54 Après dépôt de la couche oxydée 52, on forme un trou de contact, puis on forme la ligne de données 43 et l'électrode des cristaux liquides 42 par dépôt d'une couche de préparation transparente et par défi- nition d'un motif dans la couche mince Dans cette structure, l'électrode d'attaque des cristaux liquides fait fonction d'obturateur pour la lumière, ce qui fait que la lumière co lorée provenant du filtre qui correspond à la position de l'électrode est transmise ou arrêtée par cet obturateur On peut en outre obtenir un affichage avec une gamme de luminan- ces en faisant varier de façon continue le pouvoir de trans- mission de la lumière des cristaux liquides, par la commande du niveau de la tension d'entrée de la ligne de données Cet affichage présente un grand avantage qui consiste dans l'ob- tention de l'ensemble des couleurs, qu'on peut former en mé- langeant les trois couleurs primaires, tout en conservant les niveaux de la gamme de luminances de chaque couleur En outre, un autre avantage consiste en ce qu'on peut obtenir une image- en couleur complète ayant une taille de 500 X 500 points, du fait que ce système présente un rapport cyclique extrêmement élevé lorsqu'il est utilisé en tant que système d'affichage - d'un-point à la fois. Ia technique supplémentaire pour améliorer le rap- port cyclique d'attaque des cristaux liquides conformément à l'invention consiste à attaquer les cristaux liquides en uti- lisant un élément non linéaire Les figures 5 (a), 5 (b), 6 (a), 6 (b) montrent des exemples de structures d'éléments non liné- aires. Les figures 5 (a), 5 (b) montrent un exemple de struc- ture d'un élément métal-isolant-métal (IIM) dans lequel la 2534052- cellule de matrice 61 est constituée par une électrode d'at- taque 57, un élément MIM 62 et une ligne d'attaque X 58, et cette électrode d'attaque 57 est attaquée par l'application à l'électrode 57 d'un signal de données qui provient de la li- gne d'attaque X 58 par l'intermédiaire de l'élément MIM 62. On forme une couche de Ta (tantale) 58, par pulvérisation ca- thodique, après quoi on forme un motif dans la couche de Ta, et on forme une couche oxydée de 30 nm à 50 nm sur la pelli- cule de Ta 58, en anodisant cette couche Ensuite, on forme la couche de Ta 60 par pulvérisation cathodique, puis on dé- finit un motif dans la couche de Ta qui doit constituer l'électrode supérieure, et on forme en outre une électrode d'attaque transparente 57. Les figures 6 (a), 6 (b) montrent un exemple dans le- quel deux diodes placées tete-btche sont connectées en série, et la ligne d'attaque X 66 est effectivement connectée à l'électrode 65 par l'intermédiaire de la zone de type N (P) 67, de la zone de type P (N) 68 et de la zone de type N (P) 69 la figure 6 (b) est une coupe qui correspond à la figure 6 (a) et le processus de fabrication de la structure représen- tée est le suivant Après avoir formé l'îlot de couche de silicium sur le substrat transparent 61, on forme par implan- tation ionique les zones de type N (P) 67 et 69 et la zone de type P (N) 68, puis on forme la couche de préparation trans- parente, après quoi on forme la ligne d'attaque X 66 et l'électrode d'attaque des cristaux liquides 65. L'élément non linéaire réalisé conformément au pro- cessus mentionné ci-dessus présente la caractéristique V-I qui est représentée sur la figure 7, dans laquelle le courant augmente brusquement à un certain point de la tension d'en- trée Le circuit équivalent représenté sur la figure 8 fait apparaître la cellule à cristaux liquides 81 qui est attaquée et cet élément non linéaire 80 L'élément non linéaire 80 est représenté sous la forme d'une résistance non linéaire RN et d'une capacité C Xs tandis que la cellule à cristaux liquides 81 est représentée sous la forme d'une résistance équivalente RL et d'une capacité équivalente CL. Lorsque les cristaux liquides sont à l'état éclairé, une tension d'alimentation supérieure au niveau de seuil est appliquée à l'élément non linéaire 80, et la tension VM est presque égale à la tension d'alimentation VD, du fait de la valeur faible de la résistance RM la tension VM est ainsi presque appliquée entièrement aux cristaux liquides. Ensuite, la résistance RM devient extrêmement élevée si la tension d'alimentation VD diminue au-dessous du niveau de seuil La tension VM dimine alors progressivement par déchar- ge du condensateur CM, avec la constante de temps qui est dé- terminée par RL et CI, mais le niveau de tension qui éclaire les cristaux liquides peut être maintenu pendant une longue durée D'autre part, lorsque les cristaux liquides ne sont pas à l'état éclairé, la tension VM est voisine de 0, du fait de l'application d'une tension inférieure au niveau de seuil. Par conséquent, la tension VM qui assure l'éclairage des cris- taux liquides est conservée sur le condensateur CI, ce qui permet d'augmenter le rapport cyclique et procure un effet similaire à celui de la matrice active qui est représentée sur les figures 4 (a)-4 (c)o Dans ce cas, les électrodes d'at- taque 57 et 65 qui sont représentées sur les figures 5 (a), (b) et 6 (a), 6 (b) jouent le r Ale de l'obturateur de lumière correspondant au filtre de couleur. -L'avantage de cet élément non linéaire réside dans sa structure simple, permettant d'utiliser un procédé d'atta- que en-multiplex simple tel que le procédé classique, dont le rapport cyclique est de 1/8 ou 1/16 Cet élément non liné- aire est applicable à un affichage avec une gamme de luminan- ces aussi bien qu'à un affichage graphique Il y a deux fa- çons d'attaquer les cristaux liquides pour obtenir un afficha- ge avec une gamme de luminances L'une consiste à utiliser la matrice active avec des transistors à couches minces, dans un système dans lequel on peut obtenir une gamme continue de lu- minances par l'application à la ligne de données D des figures 4 (a) 4 (c) de tensions correspondant au niveau de contraste ou à la gamme de luminances Ces tensions correspondant à la gamme de luminances peuvent être obtenues par échantillonnage et blocage du signal d'image, c'est-à-dire un système d'atta- que d'un point à la fois. o Une autre façon consiste à appliquer l'attaque en multiplex avec un rapport cyclique élevé dans le système dans lequel on peut obtenir la gamme de luminances en faisant varier la largeur d'impulsion du signal d'attaque On peut par exemple obtenir seize niveaux d'une gamme de luminances en divisant une trame de sélection en 16 termes, un terme dé- signant un niveau de la gamme de luminances Le système de modulation de largeur d'impulsion mentionné ci-dessus est un système d'affichage d'une ligne à la fois Dans le cas de l'utilisation d'un autre panneau à cristaux liquides conforme à l'invention, c'est-à-dire de l'utilisation d'un élément non linéaire, on peut employer les deux systèmes, à savoir le sys- tème d'attaque d'une ligne à la fois et le système d'attaque d'un point à la fois, et ces systèmes d'attaque sont décrits ci-après. Conformément à l'invention, on forme un élément de commutation ou un élément non linéaire sur un substrat de verre qui constitue une électrode supérieure pour l'attaque des cristaux liquides Un autre substrat de verre muni d'un filtre constitue l'électrode inférieure pour l'attaque des cristaux liquides, du fait que la formation directe de l'élé- ment sur le filtre représenté sur la figure 2 dégrade les ca- ractéristiques du filtre et diminue le rendement de fabrica- tion de celui-ci Il y a deux moyens pour éviter ces inconvé- nients, l'un d'eux consistant à former les éléments de com- mutation sur la feuille mince 32 représentée sur la figure 3, puis à les fixer sur la partie de filtre inférieure Un autre moyen consiste à former directement les éléments de commuta- tion sur le substrat en verre et à former la couche de filtre de couleur sur ces éléments de commutation. Les figures 9 (a) 9 (c) montrent un exemple de structure du panneau d'affichage de l'invention La coupe de la figure 9 (a) montre la partie supérieure constituée par un substrat de verre 99, des éléments de commutation 90 et une électrode d'attaque 97 En outre, la partie inférieure est constituée par un filtre de couleur 92, 93 et 94 sur le subs- trat de verre 91 et par une électrode d'attaque 96 formée sur une couche de passivation 95 On introduit ensuite la couche de cristaux liquides 98 entre les deux substrats de verre 90 et 91 précités, on fixe une lame polarisante à la partie su- périeure ou inférieure, puis on applique de la lumière à par- tir de l'extérieur de façon qu'elle traverse la lame polari- sante. Il apparaît ici des-problèmes de masquage de la lu- mière, du fait qu'il existe entre les filtres de couleur ou entre les électrodes d'attaque des espaces dans lesquels la lumière entre et dégrade la qualité esthétique de la repro- duction en couleur Par exemple, lorsque la lumière est rayonnée à partir de la partie inférieure, cette lumière fil- tre par les espaces situés entre les filtres de-couleur et entre les électrodes d'attaque, même si l'obturateur à cris- taux liquides est fermé. * On peut prendre deux mesures pour s'opposer à l'in- convénient précité L'une consiste à utiliser des cristaux liquides de type négatif (dans lesquels la lumière ne peut pas être transmise en l'absence de tensions appliquées), grâce à quoi la transmission de la lumière est toujours blo- quée à travers les espaces situés entre les électrodes d'at- taque 97 Une autre mesure consiste à-former un cadre sombre au niveau des espaces entre les filtres de couleur, comme il est représenté sur la figure 2 L'utilisation conjointe de ces deux mesurez procure un meilleur résultat 0- Le brouillage de la lumière se produit juste lors- qu'elle traverse les cristaux liquides, au moment de l'ouver- ture de l'obturateur Par exemple, lorsque seul l'obturateur situé au-dessus du filtre rouge 92 est ouvert, la lumière pré- sente sur le bord du filtre bleu 94 et du filtre vert 93 fuit par l'obturateur situé sur le filtre rouge 92, ce qui fait que cette fuite de lumière dégrade la reproduction de l'image en couleur Pour éviter cet inconvénient, on adopte de préfé- rence pour le filtre de couleur une aire grande comparée à celle de l'obturateur effectif dans les cristaux liquides. Par exemple, on forme l'électrode d'attaque 97 de la matrice active de façon qu'elle soit plus petite que le filtre du ty- pe mosarque, comme il est représenté sur la figure 9 (b)0 Dans le cas de la figure 9 (c), un élément non linéaire est formé de façon que la partie d'intersection de l'électrode d'atta- que inférieure 96 et de l'électrode d'attaque supérieure 97 constitue la partie d'obturateur effective, et on donne à cet- te aire une valeur supérieure à celle du filtre de couleur du type à bandes ou du filtre de couleur du type mosarque. En ce qui concerne le système d'affichage considéré ci-dessus, pour un dispositif d'affichage à cristaux liquides en couleur, il est nécessaire que la différence du pouvoir de transmission de la lumière entre l'état ouvert de l'obturateur à cristaux liquides et l'état fermé soit grande Dans le cas du dispositif d'affichage nématique en hélice, qu'on utilise normalement, on forme deux lames polarisantes, on les place respectivement sur le côté supérieur et le coté inférieur du panneau d'affichage, et on fait en sorte qu'elles soient du type positif Dans ce cas, le rapport de transmittance de la lumière concernant l'obturateur est déterminé par la configu- ration des lames polarisantes, c'est-à-dire le rapport entre la transmittance correspondant à la direction parallèle des lames polarisantes et la transmittance correspondant à la di- rection perpendiculaire de ces plaques Ce rapport est en pratique de 10 à 50. Dans le cas o on utilise des cristaux liquides du type substance réceptrice/substance additionnelle, la lumino- sité est doublée par rapport à des cristaux liquides némati- ques en hélice, et le rapport de transmittance est entièrement déterminé par les matières à cristaux liquides et ce rapport est relativement élevé, du fait qu'une seule lame polarisante est nécessaire Par exemple, dans la plupart des cas,des cris- taux liquides du type substance réceptrice/substance addition- nelle contenant une matière colorante noire arrêtent complète- ment la lumière et ils deviennent bien transparents lorsqu'une tension est appliquée, ce qui fait que le rapport de trans- mittance de la lumière est supérieur à 50. En outre, les cristaux liquides à substance récep- trice/substance additionnelle du type positif présentent d'excellentes caractéristiques en comparaison du type négatif, en particulier en ce qui concerne la stabilité, la fiabilité, le niveau plus faible de la tensiond'attaque et le rapport de transmittance élevé, ce qui est une caractéristique très importante de l'invention De plus, le type positif est fa- vorable pour éviter les fuites et le brouillage de la lumière, comme décrit ci-dessus Ce type convient donc entièrement pour l'affichage multicolore complet conforme à l'invention En particulier, une matière colorante noire présente d'excellen- tes performances pour la reproduction des trois couleurs pri- maires. La figure 10 montre un exemple de configuration de filtre et de procédé d'attaque pour l'affichage par cristaux liquides en couleur utilisant un-procédé d'attaque un point à la fois, conformément à l'invention Des filtres 106 de trois couleurs primaires sont disposés en bandes dans la direc- tion Y, et les électrodes d'attaque du -cté des filtres sont disposés sous la forme de bandes ou sur la totalité de la sur- face, dans la même direction que les filtres Les électrodes supérieures 105 sont disposées et divisées de façon à corres- pondre à chaque élément d'image dans la direction X (Sur le dessin, elles sont représentées grossièrement en série) Un registre à décalage 101 applique des signaux 51,* Sn à un transistor 104, en synchronisme avec une horloge de transmis- sion 05, et les signaux vidéo Vs sont appliqués successivement aux électrodes X 1 à A en actionnant le transistor 104, ce qu'on appelle un procédé d'attaque un point à la fois le re- gistre à décalage 102 sélectionne successivement Y 1 à ym Y en synchronisme avec l'horloge " 4 Trois signaux de couleur VSR, VS.V et VSG sont sélectionnés pour chaque ligne Y, en synchro- nisme avec les horloges 01 à 03 Les horloges O et O ont la m 9 me largeur d'impulsion que 04 et ont une période d'impulsion qui est trois fois supérieure à celle de 04 Dans ce procédé, les filtres de couleur sont disposés en bandes dans la direction Y et la fréquence pour la commutation des signaux de couleur peut être diminuée On peut donc augmenter le nombre de lignes dans la direction Y, ce qui permet d'obte- nir un excellent pouvoir de résolution de l'affichage et per- met de reproduire une image en couleur de bonne qualité O La figure 11 montre un exemple dans lequel des fil- tres de couleur 116 sont disposés en bandes dans la direction X, avec le même procédé d'attaque dun seul point à la fois que sur la figure 10 On peut donc donner une valeur supé- rieure au nombre de lignes dans la direction transversale, et les points deviennent similaires à des carrés réguliers. On peut ainsi reproduire une image d'aspect naturel. Le signal de sortie du registre à décalage 112 sé- lectionne successivement les électrodes d'attaque 115 en syn- chronisme avec les signaux Y 1 à Y Pendant que l'une des électrodes d'attaque 115 est sélectionnée, le registre à dé- calage 111 sélectionne successivement un groupe unitaire com- prenant des filtres R, V et B De plus, l'horloge de sélection R, V ou B, c'est-à-dire 01, 2 ou N'Pest un signal qui est formé en divisant l'horloge 05 en trois phases, et les signaux vidéo en couleur VSR, VSV et VSB sont sélectionnés successive- ment en synchronisme avec ces horloges 1, 02 et 03, et ils sont appliqués à la ligne d'attaque X Dans ce procédé, les lignes de signal vidéo sont en parallèle les unes sur les au- tres pour tous les signaux vidéo en couleur et elles sont con- nectées à l'élément de commutation échantillonneur-bloqueur 113 Il est donc avantageux de pouvoir réduire la puissance consommée par le registre à décalage, et on peut utiliser le registre à décalage dans la plage de sa vitesse de fonction- nement, puisque la fréquence de l'horloge de transmission 05 du registre à décalage 111 peut e-tre égale au tiers du nombre de points. Ia figure 12 montre un exemple dans lequel les cou- leurs respectives R, V et B du filtre de couleur sont disposées en mosaï 2 que Chaque couleur R, V ou B est affectée à un élément d'image et les couleurs R, V et B sont décalées d'un pas vers la gauche, de façon à former un motif qui se décale vers le bas et vers la gauche A titre d'exemple, chaque élément d'ima- ge représenté sur la figure 12 est attaqué par des signaux provenant de lignes X et Y formées sur la plaque de verre, con- formément à ce qui est représenté sur les figures 4 (a)à 8 Le registre à décalage 122 pour les lignes de grille Y 1 i Ym émet les signaux pour sélectionner successivement les lignes Y 1 à Ym, en synchronisme avec l'horloge YCL D'autre part, pendant la période de sélection d'une ligne parmi les lignes de grille Y 1, a y, le registre à décalage 121 pour les li- gnes de données X 1, Xn applique successivement les signaux 51 à Sn à la grille des transistors 123, puis les signaux vi- n déo Vs provenant d'un amplificateur 124 sont échantillonnés successivement et bloqués sur les lignes X 1 Xn, en action- nant les grilles des transistors 123 Les signaux vidéo sont ainsi transmis vers les éléments d'image respectifs, ce qui permet de produire une image Dans le signal vidéo Vs, les signaux de couleur respectifs VSR, VSV et VSG sont multiplexés un par un en synchronisme avec les horloges 01 à 03 Il est donc nécessaire que les caractéristiques temporelles de ces horloges 01 à 03 correspondent à la configuration de chaque filtre de couleur affecté à l'élément d'image Par exemple, pendant la période de sélection de Y 1, le signal 51 doit 9 tre appliqué à la grille du transistor en synchronisme avec l'horloge 01 ' mais pendant la période de sélection de Y 2, ce signal doit être appliqué à la grille du transistor en syn- chronisme avec l'horloge 02 ' du fait que le signal vidéo VSR doit être appliqué à l'élément d'image R et que le signal vidéo VSV doit être appliqué à l'élément d'image V. La figure 13 montre le fonctionnement mentionné ci- dessus Dans le cas de la sélection de la ligne Y 1, le signal VSR est tout d'abord appliqué à la ligne X 1 en synchronisme avec l'horloge 01, pendant la période d'application du signal de commande d'échantillonnage-blocage 51 à la grille du tran- sistor 123, sur la ligne X 1 Secondement, le signal de couleur VSV est appliqué à la ligne X 2 en synchronisme avec l'horloge 02 pendant la période du signal d'échantillonnage-blocage 52. Troisièmement, le signal de couleur VSB est appliqué à la li- gne X 3 pendant la période du signal d'échantillonnage-blocage 53. D'autre part, dans le cas de la sélection de la li- gne Y 2, premièrement VSV, secondement 1 VSB et troisièmement VSR sont appliqués aux électrodes d'attaque par l'intermédiai- re des lignes respectives Xi, X 2 et X 3, conformément aux pé- riodes d'application du signal de commande d'échantillonnage- blocage 51, 52 et 53 aux grilles des transistors 123, sur les lignes X 1, X 2 et X 3 Il est donc nécessaire de décaler les horloges 1, 02 et 3 à chaque ligne Y afin d'appliquer l'un des trois signaux de couleurs primaires à chaque électrode d'attaque correspondant à trois filtres de couleurs primaires disposés en mosaïque. Le circuit de la figure 14 montre un exemple con- cret du décalage des phases des horloges 01 à O i, et ce cir- cuit fonctionne comme il est indiqué par les signaux de la figure 15 Le diviseur de fréquence par trois, 143, est res- tauré par le signal de synchronisation verticale V et il ap- plique les signaux Q 1 et Q 2 au diviseur de fréquence par trois 142 en synchronisme avec le signal d'horloge YOI Le diviseur de fréquence par trois 142 divise les signaux d'entrée Q 1 et Q 2 par trois, en synchronisme avec l'horloge de la ligne X, soit Xc O, et il charge (prépositionne) les valeurs de Q 1 et Q 2 chaque fois que le signal de synchronisation horizontale est appliqué à l'entrée Par conséquent, les phases des si- gnaux de sortie Q 3 et Q 4 sont décalées à chaque signal d'hor-. loge YCL, et les signaux vidéo en couleur respectifs peuvent être appliqués correctement aux éléments d'image respectifs R, V et B dans le circuit représenté sur la figure 12. La figure 16 montre un autre exemple dans lequel les filtres sont disposés en mosalque Un filtre rouge 161, un filtre vert 162, un filtre bleu 163 et un filtre blanc 164 sont formés en un seul bloc et un ensemble de ces blocs sont arrangés sous la forme d'une matrice Dans le cas d'un faible niveau de transmission de la lumière à travers les 3 filtres de couleurs, il se manifeste un problème consistant en une mauvaise reproduction du-blanc Pour résoudre ce problème, on ajoute la partie transparente 164, en tant que filtre blanc, et on la commande par le signal vidéo de luminance VSW Ain- si, on peut améliorer la luminosité globale, et la couleur blanche est assez bien reproduite Dans ce procédé d'attaque, en ce qui concerne la direction X, le registre à décalage commande un bloc élémentaire de 4 filtres de couleur de la même manière que sur la figure 11 De plus, en ce qui concer- ne la direction Y, la ligne de grille Yi ou Yi+ 1 est sélec- tionnée en synchronisme avec l'horloge 03 et les signaux vi- déo VSR et VSB, ou les signaux vidéo VSV et VSW sont alterna- tivement appliqués aux éléments d'image correspondant à cha- que filtre de couleur, en synchronisme avec les horloges 01 et " 2 dont la fréquence est égale à la moitié de celle de l'horloge Y En ce qui concerne les moyens de représentation d'une gamme de luminances, les figures 17 (a) et 17 (b) montrent en détail comment s'effectue la commande de l'amplitude de tension qui a été mentionnée précédemment O Le signal vidéo Vs qui est représenté sur la figure 17 (a) est échantillonné et bloqué en synchronisme avec l'horloge 5 et il est appli- qué à la ligne X La courbe caractéristique du contraste C en fonction de la tension appliquée V a la m 9 me pente, repré- sentée sur la figure 17 (b), ce qui fait que la reproduction de la gamme de luminances peut gtre effectuée dans la plage &V En outre, on peut obtenir une reproduction de gamme de lu- minances de qualité très supérieure en effectuant une correc- tion de Y ou une correction du signal vidéo conformément à la caractéristique de la matière à cristaux liquides. Les moyens mentionnés ci-dessus pour la reproduc- tion de la gamme de luminances par commande de l'amplitude de tension sont principalement utilisés pour attaquer la ma- trice active composée de transistors à couches minces ou d'éléments non linéaires, tandis que les autres moyens de re- production de la gamme de luminances, par commande ou modu- lation de la largeur d'impulsion,sont principalement utilisés pour attaquer la matrice ayant une structure permettant d'ef- fectuer un multiplexage avec un rapport cyclique élevé, ou la matrice composée d'éléments non linéaires. La figure 18 montre la structure d'un panneau d'af- fichage d'image en couleur qui est attaqué par le procédé de modulation de largeur d'impulsion, mis en oeuvre de la maniè- re indiquée par les signaux de la figure 19 Les filtres de couleur 186 sont disposés en mosaïque avec décalage vers la droite et vers le bas Par exemple, dans le procédé de multi- plexage à rapport cyclique élevé, les électrodes d'attaque sont disposées d'une manière similaire à celle de la figure 9 (c), c'est-à-dire que la ligne X est sur la plaque de base en verre inférieure et la ligne-Y est sur la plaque de base en verre supérieure, tandis que les filtres de couleur sont déposés de part et d'autre des électrodes X et Y les signaux vidéo de couleur respectifs VSR, VSV et VSB sont multiplexés en synchronisme avec les horloges 01 à 03, de la m 9 me manière que sur la figure 12, et ils sont appliqués au convertisseur analogique-numérique à 4 bits, 187 Les signaux de sortie convertis Do à D 3 sont transmis au registre à décalage 180 pendant la période de sélection de la ligne de grille Y et ils sont appliqués au réseau de bascules 181 en synchronisme avec l'impulsion LP Le multiplexeur à 4 canaux 182 forme des impulsions ayant différentes largeurs, et les données à 4 bits sélectionnent l'une des bases de temps TBO à TB 3 Ces impul- sions sont appliquées aux lignes X, c'est-à-dire X 1 à X, par l'intermédiaire d'un circuit d'attaque 183. D'autre part, du côté Y, les lignes de grille sont sélectionnées successivement par le registre à décalage 184, et le circuit d'attaque 185 applique le signal de sélection aux électrodes d'attaque Y. Sur la figure 19, l'image comporte la trame positive A et la trame négative B, et la largeur de l'impulsion d'at- taque Xi est sélectionnée dans une période de sélection T SEL. Par exemple, dans le cas o la valeur de la gamme de luminan- ces est 0, le signal d'attaque est représenté par Xi(O), dans le cas o cette valeur est égale à 7, le signal d'attaque est représenté par Xi( 7), et dans le cas o cette valeur est égale à 15, le signal d'attaque est représenté par Xi( 15) On forme ces signaux d'attaque en combinant les bases de temps TBO à TB 3, de la manière indiquée par le signal de données à 4 bits. Dans le procédé de multiplexage à rapport cyclique élevé ou dans le procédé d'attaque de matrice utilisant les éléments non linéaires, les lignes du côté Y sont formées en divisant les électrodes d'attaque en lignes respectives. Au contraire, dans le procédé d'attaque de matrice utilisant les transistors à couches minces, la ligne de sélec- tion Y est formée sur le m 9 me substrat de base que pour le côté X, ce qui fait que pour les électrodes d'attaque des cristaux liquides se trouvant sur le substrat opposé, la cou- che transparente d'électrodes d'attaque, consistant par exem- ple en oxyde d'indium-étain, ou la couche conductrice trans- parente, est déposée sur toute la surface du substrat opposé. Ainsi, lorsqu'on forme un panneau à transistors à couches minces comme celui représenté sur les figures 9 (a) 9 (c), la couche transparente d'électrodes d'attaque recouvre complè- tement tous les-filtres de couleur Cette structure fait donc disparaître le problème de l'interaction entre la couche colo- rée dans le filtre de couleur et la couche de cristaux liqui- des, et de la réduction de la fiabilité des deux couches, du fait que cette couche d'électrodes transparente sépare complè- tement la couche colorée de la couche à cristaux liquides Le fait que la couche d'électrodes transparente puisse constituer une couche de passivation pour les couches de filtres de cou- leur constitue un grand avantage du panneau à transistors à couches minces. Dans un dispositif d'affichage en couleur pratique, un problème important apparaît quelquefois en liaison avec le pouvoir de résolution Les procédés utilisés pour disposer les filtres de couleur en mosaïque et pour améliorer le pou- voir de résolution sont expliqués ci-après. Les figures 20 (a) et 20 (b) montrent le principe fondamental de la disposition des éléments d'image conformé- ment à l'invention La figure 20 (a) montre le procédé dans le- quel les filtres de couleur sont décalés d'un demi-pas dans la direction X et la figure 20 (b) montre le procédé dans le- quel les filtres de couleur sont décalés-d'un demi-pas dans la direction Y Le pouvoir de résolution de la configuration d'éléments d'image considérée ci-dessus est élevé dans la di- rection oblique Par conséquent, même dans le cas de l'affi- chage monochrome ou de l'affichage graphique, les lignes obli- ques ont un aspect naturel et cette configuration dans laquel- le on utilise le moins d'éléments d'image permet d'obtenir un pouvoir de résolution visuelle très favorable. En outre, dans le cas d'un affichage multicolore, les filtres de couleur R, V et B sont disposés de façon répé-, titive et sont placés à chaque sommet d'un triangle dans le plan On peut ainsi obtenir un pouvoir de résolution satis- faisant avec cette configuration dans laquelle on utilise le moins d'éléments d'image. la figure 21 montre une application de l'invention au procédé d'attaque en multiplex Les électrodes X sont dis- posées de façon à être décalées d'un demi-pas avec la répar- tition qui est représentée sur la figure 20 (a) Lés électro- des X et Y sont normalement constituées par des électrodes conductrices transparentes, et quelquefois, des matières d'interconnexion de très faible largeur, qui sont constituées par des couches métalliques minces, sont déposées de façon à diminuer la résistance d'interconnexion, si nécessaire. La figure 22 (a) montre une disposition destinée à améliorer le pouvoir de résolution par l'utilisation de tran- sistors à couches minces, conformément à l'invention. Cette configuration comporte les lignes de données 213 à 215 et les lignes de grille 210 à 212 Le transistor et l'électrode d'élément d'image sont normalement disposés dans les lignes de grille de rang impair, comme il est repré- senté pour le transistor 216 et l'électrode d'élément d'image 217 D'autre part, dans les lignes de grille de rang pair, les transistors 219 et 222, ou les électrodes d'élément d'ima- ge 221 et 223,sont disposés mutuellement en parallèle de part et d'autre de la ligne de données 214, c'est-à-dire qu'ils sont pratiquement décalés d'un demi-pas L'exemple de la fi- gure 22 (a) montre le cas dans lequel les lignes de données 213 à 215 et les électrodes d'attaque 217, 220, 221 et 223 sont formées dans la même couche ou sur la même couche Dans le cas de la structure dans laquelle la ligne de données et l'électrode d'attaque peuvent se chevaucher, il est également possible de décaler l'électrode d'élément d'image 224 elle- même d'un demi-pas par rapport au transistor unique 225, com- me le montre la figure 22 (b). la figure 23 montre un autre exemple dans lequel on utilise des transistors à couches-minces conformément à l'in- vention On utilise ici le procédé consistant à décaler les lignes de données 230 à 232 d'un demi-pas, en leur donnant une forme en zigzag Il est avantageux de pouvoir faire dis- paraître l'aspect non naturel qui résulte du décalage des électrodes d'un demi-pas, du fait que la taille des éléments 21 2534052 d'image est exactement la même dans la partie décalée et dans la partie non décalée. la figure 24 montre les moyens utilisés pour décaler les électrodes d'attaque d'un demi-pas dans la direction Y, en donnant aux lignes de grille une forme en zigzag. la figure 25 montre un exemple supplémentaire d'une configuration dans laquelle on utilise des transistors à cou- ches minces les circuits d'attaque 270 à 273 sont directement connectés aux lignes de données 277, 279, 281 et 283 Les li- gnes de données 278, 280 et 282 sont alternativement connectées aux circuits d'attaque de droite ou de gauche à chaque balayage d'une ligne de grille Par exemple, lorsque le transistor à couches minces est débloqué par la ligne de grille 284 et lors- que les éléments de commutation 274 à 276 sont positionnés vers la gauche, les m&mes données sont appliquées aux paires respec- tives d'éléments d'image 289 et 290, ainsi que 291 et 292 En- suite, lorsque le transistor à couches minces est bloqué par la ligne de grille 284 et est débloqué par la ligne de grille 285, et lorsque les éléments de commutation 274 à 276 sont po- sitionnés vers la droite, les mêmes données sont respectivement appliquées aux trois paires d'éléments d'image 294 et 295, 296 et 297, et 298 et 299 On peut ainsi mettre en oeuvre le procé- dé qui est représenté sur la figure 20 (a). La figure 26 montre la structure correspondant à la figure 20 (a), dans laquelle les lignes de données (lignes X) 311, 312 et 313 sont connectées en zigzag. Comme il est indiqué ci-dessus et conformément à l'invention, on peut réaliser un affichage en couleur en com- binant un filtre de couleur avec le procédé d'attaque d'un grand nombre d'éléments, tel que le procédé à rapport cyclique élevé, le procédé d'attaque en multiplex, ou le procédé d'at- taque dans lequel on utilise un dispositif à couches minces tel qu'un élément non linéaire ou un transistor à couches min- ces, etc On peut utiliser un affichage du type à transmission de lumière dans le cas o la consommation d'énergie est admis- sible dans une certaine mesure, et on peut utiliser un affi- chage du type à réflexion de lumière, dans lequel le plan de réflexion est déposé sur le côté inférieur, pour obtenir une faible consommation d'énergie L'invention est avantageuse dans la mesure o elle permet de réaliser un affichage tota- lement en couleur composé de plus de 100 X 100 lignes, avec une excellente qualité d'image, sans distorsion, et avec un dispositif d'affichage d'encombrement réduit L'invention permet en outre d'obtenir une faible consommation d'énergie pour la reproduction d'images ou de représentations graphi- ques, avec une qualité d'image comparable à celle d'un tube cathodique. * Il va de soi que de nombreuses modifications peu- vent être apportées au dispositif décrit et représenté, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Dispositif d'affichage à cristaux liquides com- prenant un ensemble d'éléments d'image et des composants de circuit d'attaque associés pour attaquer les éléments d'ima- ge qui sont disposés en lignes et en colonnes pour former une matrice, caractérisé en ce que ces éléments d'image compren- nent: une paire de substrats transparents qui renferment en- tre eux une matière à cristaux liquides, une première élec- trode d'attaque formée sur l'un des substrats transparents, 'trois filtres de couleurs primaires formés sur l'autre subs- trat transparent, du coté o se trouve la matière à cristaux liquides, et une seconde électrode d'attaque transparente recouvrant les trois filtres de couleurs primaires; et en ce que les filtres de couleurs primaires sont disposés sous forme de mosaïque ou de bandes. 2 Dispositif d'affichage à cristaux liquides se- lon la revendication 1,-caractérisé en ce que les composants de circuit d'attaque comprennent des transistors à couches minces ou des éléments résistifs non-linéaires. -3 Dispositif d'affichage à cristaux liquides se- lon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments d'image de la matrice sont disposés de façon que les colonnes ou les lignes soient décalées mutuellement d'une certaine fraction de paso 4 Système d'attaque pour un affichage à cristaux liquides, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens sélect tifs qui sélectionnent séquentiellement l'un des trois si- gnaux vidéo de couleurs primaires en synchronisme avec trois sortes d'impulsions d'horloge dont la fréquence est égale au tiers de celle du signal sélectif qui sélectionne une li- gne ou une colonne; et des moyens qui appliquent le signal vidéo provenant des moyens sélectifs à chaque électrode d'at- taque correspondant à chaque filtre parmi trois filtres de couleurs primaires. 5 Dispositif d'affichage à cristaux liquides se- lon la revendication 1, caractérisé en ce que l'aire du fil- tre de couleur est supérieure à l'aire de la première ou de la seconde électrode d'attaque.