Brevet FR2553218A1 — publié le 19850412

La présente invention a pour objet un écran d'affichage à matrice active sans croisement des conducteurs d'adressage lignes et colonnes Elle trouve une application en optoélectronique dans la réalisation 5 d'afficheurs à cristaux liquides utilisés notamment comme convertisseurs d'informations électriques en informations optiques. La plupart des écrans d'affichage à cristaux liquides d'une complexité égale ou supérieure à 105 10 points élémentaires d'image utilisent un adressage matriciel Ce mode d'adressage possède des limitations propres qui sont en particulier étudiées dans l'article Perspective actuelle de présentation d'images sur panneaux plats" paru dans la revue "OPTO" N 06, septembre 15 1981, pages 29 à 31 Ces limitations concernent principalement, d'une part, la sélectivité d'adressage d'un point élémentaire d'image et d'autre part, la vitesse d'affichage. Pour sélectionner un point d'image particu20 lier, il faut en effet que la différence de potentiel entre la ligne et la colonne à l'intersection desquelles se trouve ledit point d'image soit supérieure à une tension de seuil Vs et que simultanément la tension en chacun des autres points d'image soit notablement infé25 rieure à cette même tension de seuil Vs Ceci est généralement réalisé en appliquant des tensions non nulles et judicieusement choisies sur les lignes et les colonnes non sélectionnées Il en résulte une dépense énergétique importante qui croit linéairement avec le nom30 bre de lignes. Par ailleurs, plus le nombre de lignes d'affichage est important, plus la vitesse d'inscription est élevée L'intervalle de temps séparant l'inscription de deux lignes successives est donc faible et la puissance moyenne nécessaire croit Il y a donc un compromis entre la dimension de l'écran, la puissance disponible et la rapidité d'adressage. Pour dépasser les limitations de l'adressage 5 matriciel, un type de solutions connu consiste à incorporer le seuil électrique et l'effet mémoire au niveau de chaque point d'image Ce seuil peut être assuré par un transistor en couche mince, par un varistor ou par un commutateur MIM (métal-isolant-métal), ou autre Une 10 telle structure est dite à matrice active. Dans une matrice active, chaque point d'image est donc situé au croisement d'une ligne et d'une colonne de connexion et il est constitué d'un transistor, par exemple, et d'un condensateur. Dans le cas o le transducteur optoélectronique est un cristal liquide, les armatures du condensateur peuvent être constituées par les électrodes de la cellule à cristal liquide elle-même Le point d'image se ramène donc à un transistor et à un condensateur 20 dont l'une des armatures est constituée par l'électrode disposée sur la paroi de la cellule qui contient le transistor, l'autre armature étant constituée par la contre-électrode disposée sur l'autre paroi de la cellule. Une telle structure est représentée sur la figure 1 On y voit, d'une part, une paroi inférieure 10 portant des colonnes conductrices 12 et des lignes conductrices 14, un transistor en couche mince 20 et une électrode transparente 22, et d'autre part,-une pa30 roi supérieure 24 recouverte d'une contre-électrode 26 également transparente. A chaque croisement 28 de conducteurs, lignes et colonnes, il faut évidemment assurer l'isolement électrique desdits conducteurs Ceci constitue préci35 sément l'un des problèmes technologiques mal résolus à ce jour En effet, de nombreux courts-circuits se produisent sur ces croisements rendant le plus souvent inutilisable la matrice active et faisant chuter d'autant les rendements de fabrication. Pour remédier à ces inconvénients, l'invention propose une architecture de matrice active supprimant ces croisements de conducteurs lignes et colonnes. Plus précisément, l'invention remplace sur la face supérieure la contre-électrode par une famille 10 d'électrodes colonnes La face inférieure ne supporte plus les colonnes conductrices Les croisements de lignes et colonnes conductrices étant supprimés, les courts-circuits sont éliminés et le rendement de fabrication d'une telle matrice active est augmenté de façon 15 notable. Un autre avantage de l'invention réside dans la simplification de la fabrication d'un écran d'affichage En effet, la première -paroi contient toute la logique lente réalisée par exemple en Si hydrogéné et 20 la deuxième paroi contient toute la logique rapide réalisée par exemple en Si polycristallin alors que dans l'art antérieur ces deux technologies sont réalisées sur le même substrat. Enfin, on peut noter que le test de contrôle 25 d'une ligne de point d'image est très simple. L'invention a donc pour objet un écran d'affichage à matrice active comprenant un matériau dont on peut modifier la caractéristique optique, ce matériau étant intercalé entre une première paroi et une seconde 30 paroi transparente, ledit écran comportant une pluralité de points d'image disposés en une matrice de p x q éléments, o 1 la première famille de p conducteurs lignes et la deuxième paroi transparente portant une famille de q électrodes colonnes et la deuxième famille de q conducteurs colonnes, les électrodes et conducteurs de même 10 rang étant reliés entre eux. Selon un mode de réalisation préféré, l'élément de commutation de chaque point d'image est un transistor en couche mince dont la grille est reliée à un conducteur ligne, la source à un potentiel de réfé15 rence et le drain à l'électrode associée audit transistor. Selon une caractéristique secondaire, la valeur moyenne du signal appliqué sur chaque électrode colonne est constante sur la période d'une trame. Selon une autre caractéristique secondaire, la largeur %c du créneau du signal appliqué sur chaque électrode colonne pendant le temps OL d'adressage d'une ligne est égale à CL/2. Selon une autre caractéristique secondaire, 25 le signal d'adressage ligne contient, pendant chaque trame, un créneau unique et de largeur VL/2. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, donnée à titre purement illustratif et nulle30 ment limitatif, en référence aux figures annexées, dans lesquelles: la figure 1, déjà décrite, illustre un mode de réalisation connu d'un écran d'affichage à matrice active, la figure 2 représente, schématiquement, la matrice 35 de transistors et d'électrodes ainsi que les conducteurs lignes réalisés sur l'une des parois de la cellule, la figure 3 représente, schématiquement, les électrodes colonnes et les conducteurs colonnes réalisés sur l'autre paroi de la cellule, la figure 4 est un chronogramme illustrant la com5 mande d'un point d'image. On a représenté sur la figure 2 les éléments de la matrice active réalisés sur l'une des parois d'un écran d'affichage conforme à l'invention Cet écran comprend 16 points d'image disposés dans une matrice 10 4 x 4 Chaque élément 30 constitue une partie d'un point d'image Chacun de ces élements est constitué d'un transistor en couche mince noté T et d'une électrode notée E Ces transistor et électrode sont repérés classiquement par des chiffres en indice indiquant leur 15 numéro de ligne et de colonne dans la matrice. Les grilles de tous les transistors d'une même ligne sont reliées entre elles Le potentiel appliqué sur la ième ligne, o 1 chacun des conducteurs lignes 14. La source de chaque transistor de la matrice est reliée à un potentiel constant Vs Ce potentiel agit comme une source de charge pour chacune des élec25 trodes des éléments 30 dont le transistor est activé par un créneau de tension sur sa grille. La figure 3 représente la partie de la matrice active d'un écran d'affichage réalisée sur l'autre paroi de cet écran Sur cette paroi, ont été réalisées 30 4 électrodes colonnes EC 1, EC 2, EC 3, EC 4 Chacune de ces électrodes est reliée à un conducteur colonne 12. Pour une bonne compréhension de l'architecture de la matrice active selon l'invention, on a représenté en traits tiretés la matrice d'électrodes réa35 lisée sur la première paroi Chaque point d'affichage d'un point d'image est donc constitué par la zone o une électrode d'une paroi et une électrode de l'autre paroi sont superposées Ces points d'affichage sont en fait géométriquement confondus avec les électrodes de la première paroi. Le fonctionnement de l'écran d'affichage de la matrice active décrit en référence aux figures 2 et 3, c'est-à-dire la manière de commander l'affichage d'un point quelconque de cet écran, va être expliqué à 10 l'aide des chronogrammes des figures 4 a à 4 g. La figure 4 a représente la tension VG 1 appliquée sur la grille des transistors de la première ligne, c'est-à-dire sur les transistors Tll, T 12, T 13 et T 14 L'axe des temps est divisé en intervalles de lon15 gueur constante L'intervalle de temps compris entre les dates O et t 4 correspond à une trame, c'est-à-dire au temps d'adressage de tous les points d'image. La longueur L est égale à la durée de l'adressage d'une ligne de l'écran Chaque point de la 20 ligne n'est en fait activé que pendant l'intervalle de temps Z 1 pendant lequel la tension de ligne VG 1 n'est pas nulle. De manière préférée, cet intervalle de temps % 1 est au moins égal à la moitié de l'intervalle de 25 temps ZL d'adressage de la ligne. La figure 4 b représente la tention VC 1 appliquée sur l'électrode EC 1 (figure 3) en fonction du temps Ce potentiel V Cl, ou plus exactement la différence entre le potentiel VC 1 et le potentiel source 30 constant Vs détermine, lorsque la première ligne de transistor est adressée, la charge du point d'image situé à l'intersection de la première ligne et de la première colonne. Le signal V Cl est constitué d'un créneau de 35 largeur 'Cdans chaque intervalle de temps ZL Les cré- neaux en traits tiretés correpondent à l'adressage des points d'image situés à l'intersection de la première colonne et, respectivement, des deuxième, troisième et quatrième lignes La position du créneau du signal V Cl dans l'intervalle ZL détermine le niveau de gris du point d'image, On a représenté sur la figure 4 c la charge Qll du condensateur constituant le point d'affichage situé à l'intersection de la première ligne et de la 10 première colonne Pendant l'intervalle de temps s'écoulant entre les dates O et t 1, le signal VG 1 présente un créneau de tension, les points, d'image de la première ligne sont donc adressés Pendant ce créneau, le-signal V Ci présente également un créneau de tension Le con15 densateur se charge donc. Pendant l'intervalle de temps s'écoulant entre les dates t 1 à t 4, le signal V Gi ne présente pas de créneau de tension La charge Ql, est donc conservée. Lorsqu'apparait un créneau de tension sur le signal 20 VG 1, la charge du condensateur est modifiée Le signal colonne VC 1 étant alors nul à cet instant, le condensateur se décharge. L'aspect optique lié à l'effet capacitif représenté sur la figure 4 c est illustré sur la figure 25 4 d La courbe de cette figure représente le niveau de gris du point d'image A l'instant initial, le point est noir, puis lorsque la capacité se charge le point image devient blanc Il redevient noir lorsque la capacité se décharge entre les instants t 4 et t 5. Les figures 4 d, 4 e et 4 f représentent, pour le point d'image situé à l'intersection deéla première ligne et de la deuxième colonne, respectivement les mmes courbes que celles représentées en 4 b, 4 c et 4 d pour le point d'image situé à l'intersection de la pre35 mière ligne et de la première colonne. Le créneau de tension du signal Vó 2 appliqué sur la deuxième électrode colonne entre les instants O et t 1 recouvre partiellement le créneau de tension appliqué pendant ce même instant sur le signal V Gi Il en 5 résulte-une charge partielle sur le consensateur Q 12 du point d'image Cette charge n'est pas altérée, aux fuites de capacité près, jusqu'à ce qu'un nouveau créneau de tension apparaisse sur le signal VG 1 Ceci se produit entre les instants t 4 et t 5 Le créneau de tension 10 apparaissant dans cet intervalle de temps sur le signal colonne VC 2 recouvre totalement le créneau de tension du signal V Gi Le condensateur du point d'image se charge donc complètement Du point de vue optique (figure 4 g), le point 15 d'image passe du noir à un niveau de gris entre les instants de début et de fin du créneau de tension sur le signal VG 1 Il passe ensuite de ce niveau de gris au niveau blanc entre les instants de début et de fin du créneau de tension consécutif du signal VGî. REVENDICATIONS 1 Ecran d'affichage à matrice active comprenant un matériau dont on peut modifier la caractéristique optique, ce matériau étant intercalé entre une pre5 mière paroi ( 10) et une seconde paroi ( 24) transparente, ledit écran comportant une pluralité de points d'image disposés en une matrice de p x q éléments, o 1 conducteurs de même rang étant reliés entre eux. 2 Ecran d'affichage selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément de commutation de 25 chaque point d'image est un transistor en couche mince dont la grille est reliée à un conducteur ligne, la source à un potentiel deréférenceet le drain à l'électrode associée audit transistor. 3 Ecran d'affichage selon l'une quelconque 30 des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la valeur moyenne du signal (Vcl) appliqué sur chaque électrode colonne est constante sur la période d'une trame. 4 Ecran d'affichage selon la revendication 3, caractérisé en ce que la largeur r C du créneau du signal (V Cl) appliqué sur chaque électrode colonne pendant le temps r L d'adressage d'une ligne est égale à %L/2. Ecran d'affichage selon l'une quelconque des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que le signal (VG 1) d'adressage ligne contient, pendant chaque trame, un créneau unique et de largeur -YL/2.