Brevet FR2549265A1 — publié le 19850118

"Panneau de visualisation de type matrice". La présente invention concerne un panneau de visualisation de type matrice et plus particulièrement un panneau de visualisation comportant des éléments résistifs non linéaires comprenant chacun des diodes comme éléments de commutation pour commander le dispositif de visualisation, tel qu'un dispositif de visualisation à cristaux liquides. Récemment, un dispositif de visualisation du type à matrice active dans lequel un élément de commutation est con10 necté à chaque élément de visualisation du dispositif de visualisation a été réalisé Par exemple, un article publié, intitulé "Proc IRE" by B J Lechner et al, vol 59 ( 1971), page 1566 1579 montre un tel dispositif de visualisation Dans ce dispositif de visualisation, coa M élément de commutation, un élément à trois bornes tel qu'un transistor à cou15 che mince (TFT) ou un élément à deux bornes tel qu'un élément résistif non linéaire (NLR) est mis en oeuvre. Particulièrement, un panneau de visualisation comprenant des éléments résistifs non linéaires combinés avec des éléments de visualisation à cristaux liquides est prometteur 20 en tant que dispositif de visualisation ayant une grande densité d'éléments de visualisation. La présente invention a pour but de créer un panneau de visualisation du type matrice dans lequel l'élément résistif non linéaire de chaque élément de visualisation peut être disposé sur une faible surface de telle sorte que soit accrue l'airede chaque élément d'image L'élément de visualisation est, par exemple, un élément de visualisation à cristaux liquides Comme système de visualisation à cristaux liquides on peut utiliser par exemple le mode TN (nématique torsadé), le mode GH, 30 ou d'autres encore De plus, les tensions de commande telles que la tension "en circuit" VON, et la tension "hors circuit" VOFF, sont différentes d'un système à l'autre. Quoi qu'il en soit, quand un dispositif de visualisation à cristaux liquides dont chaque élément de visuali35 sation présente une grande différence entre sa tmnsio "en circuit" 2. Vo Net sa tension "hors circuit" VOFF est commaandé par des éléments résistifs non linéaires, des tensions uniformes ne sont pas appliquées aux éléments résistifs non linéaires, ce qui provoque une dégradation de l'effet de visualisation. Un autre but de la présente invention est de créer un panneau de visualisation qui remédie aux inconvénients décrits ci-dessus de la mise en oeuvre des éléments résistifs non linéaires. A cet effet, l'invention concerne un panneau de 10 visualisation du type matrice comportant une multiplicité d'éléments d'image caractérisé en ce que chaque élément d'image comprend un élément de visualisation et un élément résistif non linéaire connectésen série, ledit élément résistif non linéaire comportant, en série, au moins un circuit en anneau incluant une paire d'élé15 ments. Ces caractéristiques, ainsi que d'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront d'ailleurs de la description qui va suivre se référant aux dessins ci-joints dans lesquels: La Fig 1 est un schéma synoptique montrant un dispositif de visualisation à cristaux liquidesdu type matrice ayant des éléments résistifs non linéaires, la Fig 2 est un circuit équivalent d'une partie d'un panneau de visualisation, la Fig 3 montre un élément résistif non linéaire connu comprenant une multiplicité de diodes, la Fig 4 montre le circuit d'un élément unitaire de visualisation selon l'invention, la Fig 5 est un circuit équivalent d'un élé30 ment résistif non linéaire comprenant une multiplicité d'anneau K de diodes selon la présente invention, la Fig 6 a est une vue de dessus d'un anneau de diodesà un étage selon la présente invention, la Fig 6 b est une section le long de la ligne 35 A-A de la figure 6 a, la Fig 6 c est une représentation schématique de l'objet de la Fig 6 a, la Fig 7 a est une représentation schématique de l'élément résistif non linéaire connu de la figure 3, la Fig 7 b est une représentation schématique montrant un élément résistif non linéaire en connexion à trois étages selon la présente invention, les Fig 8 à 10 sont des représentationssimplifiées d'autre forme de réalisation de la présente invention, 10 la Fig 11 a est une vue de dessus de la forme de réalisation représentée sur la fig,8, la Fig ilb est une vue de dessus de la forme de réalisation représentée sur la fig 9, les Fig 12 a à 12 e montrent les formes d'ondes 15 de signaux de commande pour un élément de visualisation à cristaux liquides, la Fig 13 est un circuit d'un autre exemple d'un élément d'image unitaire selon la présente invention, la Fig 14 est un circuit équivalent de la forme 20 de réalisation représenté sur la figure 13, la Fig 15 a et 15 b sont des vues de dessus d'un premier et d'un second substrat d'un élément d'images unitaires connu, les Fig 16 a et 16 b représentent un premier et 25 un second substrat dans une autre forme de réalisation de l'invention, et la Fig 16 c est une section selon la ligne X-X de la fig 16 a. Sur la Fig 1 montrant un dispositif de visuali30 sation du type matrice active, ce dispositif de visualisation comporte un panneau de visualisation 1 adressé par une multiplicité d'électrodes de données D( 1) ,D( 2) D(T) D(M)et une multiplicité d'électrodes d'exploration S( 1),S( 2) S(J) S(N) Un étage de commande d'électrodes de données 2 est prévu pour appliquer un signal 35 de donnée aux électrodes de données enfonction des informations provenant d'un circuit de traitement videofréquences 4. Un étage de commande d'électrodes d'exploration 3 est prévu pour appliquer un signal d'exploration séquentiellement à une électrode d'exploration sélectionnée Un circuit d'impulsiorsd'horloge 5 est prévu pour fournir différents signaux de cadencage à chaque étage de commande. Sur la fig 2 montrant un circuit équivalent d'un panneau de visualisation de type matrice, le panneau comporte une multiplicité d'éléments d'images ( 6), comprenant chacun un élément de visualisation 7 à cristaux liquideset un élément ré10 sistif non linéaire 8. La Fig 3 montre un élément résistif non linéaire connu, constitué par une paire de chapelets de diodes 9 et 10. En effet, la tension de seuil en sens directe V th d'une diode est couramment de l'ordre de 0,3 à 1 V, et comme 15 pour un panneau de visualisation, une tension de seuil supérieure est souhaitable, une multiplicité de diodessont connectées en série De plus, deux chapeletsde diodes 9 et 10 connectés tête bêche sont disposés entre 2 contacts 11 et 12 pour constituer un élément bi-directionnel. Cependant, si une diode est courcircuitée par une fuite, la caractéristique bi-directionnelle est perdue de sorte qu'un courant direct de polarisation s'ajoute aubtensions decommande pour l'élément de visualisation, ce qui entra 1 ne une détérioration de la fiabilité et de la durée de vie du panneau. L'invention permet d'éliminer ces inconvénients des éléments résistifs non linéaires. La figure 4 représente l'un des multiples éléments d'image selon l'invention Cet élément d'image comporte des électrodes d'exploration S, des électrodes de données D, et, entre une électrode d'exploration S et une 30 électrode de données D, un élément de visualisation à cristaux liquides LC en série avec un élément résistif non linéaire DR cromprenant un anneau de diodes. L'anneau de diode a une tension de seuil Vth inférieure avec une excellente stabilité de ses caractéristiques de seuil. La figure 5 montre un exemple d'éléoents résistifs non li35 néaires selon l'invention Cet élément conporte une multiplicité d'anneaux de diodes Chaque anneau de diodes comnrend deux diodes Dli et D 2 i ayant une polarité opposée et connectées en parallèle l'une sur l'autre entre deux 2549265 contacts Ci et Ci+ 1 Puis une multiplicité d'apmaux de diodes D Ri sont reliés en série, un anneau donné étant relié au voisin par une connexion unique pour former un élément résistif non linéaire Cet élément résistif non linéaire peut être localisé dans une faible surface et présente une grande efficacité en comparaison avec les éléments résistifs non linéaires conventionnels de la figure 3, coanme on le verra ci-après. Un ensemble d'anneau de diodes comprenant une diode à couche mince de silicium amorphe va être décrit Sur les figures 6 a et 6 b, une paire d'électrodes inverses parallèle N 1, N 2 sous la forme de bandes 10 sont formées dans des rainures réalisées dans une couche isolante 14 Puis la couche mince N de silicium amorphe est formée par une méthode d'autoalignement de manière à demeurer aux intersections D 1, D 2 des électrodes inverses N 1, N 2 et des électrodes directes P 1, P 2 devant être formées ensuite sous la forme de bandes La couche mince de silicium amorphe aux autres intersec15 tions C 1, C 2 est préalablement enlevée Ainsi, des diodes à couches minces, D 1, D 2 et les connexions C 1, C 2 des électrodes N 1, N 2 et P 1, P 2 sont constituées Sur la figure 6 c, une marque ( 0) représente une diode et une marque (x) représente une connexion. La figure 7 a montre l'élément résistif non linéaire connue 20 de la figure 3, lequel peut être réalisé de la mime manière qu'à la figure 6. La figure 7 b montre une représentation schématique d'un élément résistif non linéaire selon l'invention, dans lequel l'élément comporte 6 diodes et 4 contacts pour constituer des annneaux à 3 étages de diodes. Si l'on compare l'élément résistif non linéaire de la figure 7 b à celui de la figure 7 a, il faut noter que, quoique le nombre de diodes de la figure 7 b soit égal à celui de la figure 7 a, le nombre de connexions de la figure 7 b est de 4 et celui de la figure 7 a est de 6 De manière générale, dans 30 l'élément conventionnel 2 N connexions sont nécessaires pour connecter des diodesen N-étage Au contraire, dans le cas de la présente invention, le nombre des connexions est N+ 1 Comme il ressort de la figure 6 (a) la surface d'une diode est approximativement égale à celle d'une connexion Ainsi, selon l'in35 vention, la surface de la connexion peut être sensiblement réduite en comparaison de la surface totale des élémeants Se visualisation. 6. Dans un panneau de visualisation à cristaux liquides, la surface de visualisation, c'est-à-dire le taux d'ouverture,a une influence sur la brillance de la visualisation Ainsi, selon la présente invention, un dispositif de visualisation ayant un taux d'ouverture élevé, ce qui signifie une brillance élevée, peut-être réalisé. L'invention sera expliquée plus en détail en se basant sur la figure 7 b, comme suit. Un anneau de diode D Ri d'ordre i comporte une 10 première diode Dli constituées une intersection d'une pred mière électrode directe Pli et d'une première électrode inverse Ni, une seconde diode D 2 i constituée à une intersection d'une seconde électrode directe P 2 i et d'une seconde électrode inverse N 2 i, une première connexion Ci de la première 15 électrode directe Pli et de la seconde électrode inverse N 2 i, et une seconde connexion Ci+ 1 de la première électrode inverse N Ui et de la seconde électrode directe P 2 i. De manière similaire, un anneau de diode D Ri+ 1 d'ordre (i+l) comporte une première diode Dli+ 1 constitueà une intersection 20 d'une première électrode directe Pli+l et d'une première électrode inverse Nli+l, une seconde diode D 2 i+ 1 constituée à une intersection d'une seconde électrode directe P 2 i+ 1 et d'une seconde électrode inverse N 2 i+ 1, une première connexion Ci+ 1 de la première électrode directe Pli+ 1 et de la 25 seconde électrode inverse Nli+l,qui est commune avec la seconde connexion de l'anneau de diodes D Ri, et une seconde connexion Ci+ 2 de la première électrode inverse Nli+l et de la seconde électrode directe P 2 i+ 1 Dans cette forme de réalisation, i représente l'un des nombres naturels de 1 à N-1 30 et N représente le nombre total d'étage d'anneaux dediodes. Selon la configuration des figures 6 a et 7 b, toutes les intersections peuvent être faitesd'égales surfaces puisque des électrodes se croisent à angle droit à chaque intersection. La figure 8 montre une partie de la forme de 7 2549265 réalisation de la figure 7 pour la commodité de la comparaison avec les autres formesde réalisation. La figure 9 montre une autre forme de réalisation, dans laquelle les électrodes directes P 2 i et Pli+ 1 de la figure 8 sont interverties avec l'électrode directe P 2 i+ 1, Ainsi la première diode P Dli de l'anneau de diode D Ri est voisine de la seconde diode D 2 i+l de l'anneau de diode D Ri+ 1 de la configuration. Les figures 11 a et 11 b montrent des vues de deso 10 sus des formes de réalisation des figures 7 et 8 En supposant que la largeur minimale de l'électrode est L, l'espace nécessaire entre les électrodes sera de 2 L pour obtenir un élément correct. Ainsi, la surface de l'élément de la figure 11 a est approximativement 9 L x 9 L et celle de l'élément de la figure 11 b est 9 L x 8 L ce qui est plus petit que pour la fig 11 la Ceci est permis par la disposition voisine des diodes Lors de la fabrication d'un élément par la méthode d'auto-alignement, il est nécessaire de prévoir une configuration permettant de distinguer l'un de l'autre l'emplacement de la diode et l'emplacement de la connection Les références numériques 15 et 16 désignent de telles configurations Dans l'élément de la figure 11 a, pour une électrode, une longueur 3 L est nécessaire Au contraire, dans celui de la figure 11 b, une longueur 5 L suffit pour deux électrodes. Celà signifie que la largeur de la configuration 25 est réduite de 1 L pour une disposition voisine de deux diodes. La figure 10 montre une autre forme de réalisation de l'objet de la figure 9,dans laquelle les électrodes inverses Nli et Nli+ 1 de la figure 9 sont interverties avec l'électrode inverse Nli+ 1 Ainsi, la seconde diode D 2 i de l'anneau de diode D Ri est suivie de la première diode Dli+ 1 de l'anmeau de diodes D Ri+ 1 de la configuration Quoique les échanges décrits ci-dessus entre les électrodes soient réalisés dans des éléments à deux étages, de tels échanges peuvent être effectués également dans des éléments à trois étages ou davantage. Les figures 12 (a) à 12 (e) montrent des 8 2549265 formes d'ondes préférentielles pour la commande d'un dispositif de visualisation associé à un élément non linéaire ayant une faible tension de seuil Sur les figures,0 * représente des formes d'ondes pour les électrodes d'exploration S et U* une forme d'ondes pour les électrodes de données D La forme d'ondes 0 * est constituée d'une phase de charge CH pendant une durée ts (j) et une phase de maintien HL pendant une durée th (j) Les tensions des parties hachurées correspondent à une tension "en circuit" VON et à une tension " hors circuit" VOFF qui sont appli10 quées au dispositif de visualisation La relation entre ces tensions et la tension de seuil Vth peut être exprimée par la formule suivante: v OE V o Voe VOFF th Une diode au silicium amorphe présente une tension de seuil de 0,5 à 0,6 V environ Undispositif de visualisation à cristaux liquidesen mode nématique torsadé donné est actionné par une différence de tension telle que soit mise en oeuvre 90 % de la caractéristique optique du dispositif de visualisation Cependant 20 une visualisation à cristaux liquidesayant une gamme de température de fonctionnement beaucoup plus grande doit être commandée à une tension élevée de telle sorte qu'une tension de seuil plus élevée que la tension mentionnée ci- dessus est nécessaire De plus, la caractéristique optique en mode VH ne varie pas aussi rapidement 25 qu'en mode TN Ainsi une tension de seuil supérieure à un volt au moins, est nécessaire. La Figure 13 montre une cellule d'éléments d'images pour obtenir une tension de seuil de un volt ou plus Cette cellule d'élémentsd'imagescomporte un anneau de diodes DR 1 muni de diodes 30 41 et 43 et un anneau de diodes PR 2 muni de diodes 42 et 44 connectéesen série pour former un élément non linéaire à deux étages. Les autres constituants sont les mêmes que sur la figure 4. La Figure 15 a montre une configuration sur un premier 35 substrat et la figure 15 b est une configuration sur un second substrat de la cellule de la figure 13. Sur le premier substrat de la figure 15 a, des diodes 41, 42, 43 et 44, une connexion B entre les anneaux de diodes DR 1 et DR 2, une électrode de visualisation C, une électrode d'exploration S, 5 et des connexions JS et JC pour l'électrode d'exploration S et l'électrode de visualisation C sont constituées Sur le second substrat de la figure 15 b,est formée l'électrode de donnée D. Les cristaux liquides sont disposés entre les deux substrats. La figure 14 montre un circuit équivalent de l'élément 10 d'image de la figure 13 Les anneaux de diodes DR 1 et DR 2 sont représentés par des capacités CDR 1 et CDR 2 et des résistances non linéaires DR 1 et RDR 2, respectivement, L'élément à cristaux liquides LC est représenté par une capacité CLC de la matière en cristaux liquideset la résistance de fuite LTC qui sont connec15 tés en parallèle Le problème est constitué par la capacité parasite C et la résistance parasite R représentéesen trait s s interrompu La capacité parasite Cs affecte la distribution de la charge électrique pendant la transition de là phase de charge CH à la phase de maintien HL montrée sur la figure 12, ce qui pro20 voque la fluctuation de la charge électrique emmagasinée dans le condensateur à cristaux liquides (capacité CLC) La résistance de fuite Rs aggrave le mauvais fonctionnement La connexion B entre les anneaux de diode est maintenueà une tension intermédiaire entre l'électrode d'exploration S et l'électrode de vi25 sualisation C, exceptéela résistance de fluide Rs Par ailleurs, l'électrode de données D est attaquée par un signal de données complexe U i montré sur la figure 12 c Ainsi, la tension à la connexion B est déterminée par une relation complexe entre les tensions sur les deux électrodes Si une charge de fuite est ir30 régulièrement appliquée à la connexion B à travers la résistance de fuite Rs en fonction de la relation'compliquée reliant les tensions, la tension à la connexion B est maintenue à une valeur intermédiaire entre les tensions sur les deux électrodes, et il s' ensuit que les tensions amenées aux éléments non linéaires 35 DR 1 et DR 2 sont différentes l'une de l'autre De plus, puisque la charge électrique appliquée dépend du signal de données,elle n'est pas constante Ainsi, les éléments non linéaires, DR 1 et DR 2 2549265 ne fonctionnent pas comme un élément non linéaire stable. Une telle connexion électrique par résistance, capacité, et analogue entre la connexion et l'électrode a une influence pernicieuse sur l'effet de visualisation. Grace à une autre caractéristique de la présente invention, les inconvénients décrits ci-dessus peuvent être éliminés. Les figures 16 a à 16 c montrent une autre forme de réalisation de la présente invention, La structure d'un permier substrat de la figure 16 a est la même qu'à la figure a en ce qui concerne sa configuration Dans la figure 16 c, la référence numérique 45 désigne le premier substrat sur lequel une électrode de visualisation C, une couche d'isolement 46, des diodes 41 et 44 et un film métallique 47 correspondant 15 à l'électrode directe ou l'électrode inverse sont formés Sur le second substrat 48, est formée une électrode de données D. Entre les deux électrodes C et D, il est prévu une matière en cristaux liquides L'électrode de donnéE D a une partie de recouvrement Db en correspondance avec la connexion B 20 (zone hachurée de la figure 16 a) du premier substrat afin d'éviter un contact électrique entre elles En d'autres termes l'électrode D a, vue de dessus, une forme telle qu'elle ne corresponde pas à la connexion B Comme les premier et second substrats sont disposés avec interposition de la matière en cristaux liquides, le niveau du couplage capacitif entre l'électrode de données D et la connexion B est Sensiblement réduit, par exemple à 1/10 ou encore davantage par rapport à l'élément de la figure 15 Un aussi faible couplage n'a pas d'influence pratique sur 1 ' effet de visualisation. On comprendra que l'électrode d'exploration S de la figure 16 a et l'électrode de donnéESD de la figure 16 b peuvent être interverties Dans ce cas, la structure de l'électrode d'exploration S est constituée de telle sorte que soit évité un contact électrique avec la connection B. Quoique la présente invention soit décrite en référence à des formes de réalisation à cristaux liquides, un autre dispositif de visualisation peut être mis en oeuvre, Quand un dispositif de visualisation électrochimique est mis en oeuvre à la place d'un panneau de visualisation à 5 cristaux liquides,après la eonstitution de la configuration de la figure 16 a,une couche électrochimique est disposée sur le substrat, sur lequel une électrode de donnée D est constituée. De plus, d'autres éléments non linéaires teb qu'un élément métal-isolant-métal (MIM)peuvent être mis en oeuvre à 10 la place de l'anneau de diodes. La méthode de connection de la forme de réalisation des figures 16 a à 16 c peut être utilisée dans le cas d'un élément de visualisation mis en oeuvre avec un élément non linéaire tel que celui de la figure 3. De ce qui précède, il sera compris que la présente invention fournit une visualisation du panneau mis en oeuvre avec un élément non linéaire obtenu en connectant une multiplicité d' éléments en série afin d'avoir une tension Vth faible, sans défaut Il est possible de mettre en oeuvre des cristaux liqui20 des en mode TN ayant une tension de commande plus élevée, des cristaux liquidesen mode GH ayant un contraste élevé, ou une visualisation électrochimique, dans le panneau de visualisation selon la présente invention. Bien entendu,l'invention n'est pas limitée aux modes 25 et formes de réalisation ci-dessus décrits et représentés, et on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation sans sortir du cadre de 'invention, défini par les revendications ci-après. 12 2549265 REVEMDICATIONS 1 ) Panneau de visualisation du type matrice comportant une multiplicité d'éléments d'image, caractérisé en ce que chaque élément d'image comprend un élément de visualisation (LC) et un élément résistif non linéaire (DR) connectés en série, ledit élément résistif non linéaire comportant, en série, au moins un circuit en anneau inclinant une paire d'éléments (D 1, D 2). 2 ) Panneau selon la revendication 1, caractérisé en ceque ledit circuit en anneau est un anneau de diodes formé par deux diodes (D 1,D 2) connectées avec une polarité opposée. 3 ) Panneau selon la revendication 2 caractérisé en ce qu'il comporte un circuit comprenant au moins deux anneaux (DR 1, DR 2, DRN) de diodes. 4 ) Panneau selon la revendication 3, caractérisé en ce que chaque anneau de diodes (DR 1) est connecté à un anneau de 15 diodes voisin (DR 2) par une connexion (C 2) unique. 4 ) Panneau selon la revendication 3, caractérisé en ce que chaque anneau de diodes (DR 1) est connecté à un anneau de diodes voisin (PR 2) par une connexion unique (C 2). ) Panneau selon la revendication 4, caractérisé en 20 ce que ledit élément de visualisation (LC) est un élément de visualisation à cristaux liquides. 6 ) Panneau selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte une multiplicité d'électrodes d'exploration (S) et une multiplicité d'électrodes de données (D) entre lesquelles 25 lesdits élément de visualisation (LC) et élément résistif non linéaire (DR) sont connectés en série. 7 ) Panneau selon la revendication 4 caractérisé en ce que chaque anneau de diodes comporte au moins une diode à couche mince (D 1, D 2) ayant une électrode directe (P 1,P 2) et une électrode in30 verse (N 1,N 2). 8 ) Panneau selon la revendication 7, caractérisé en ce que chaque électrode directe (P 1,P 2) et électrode inverse (N 1,N 2) est constituée sous la forme d'une bande se croisant l'une l'autre à angle droit, et chaque diode (D 1,D 2) et chaque connexion 35 (Cl,C 2) sont constituées aux intersections de ces deux électrodes. 9 ) Panneau selon la revendication 6 çaractérisé en ce que l'une desdites électrodes d'exploration (S) et de données (D) est constituée sous une forme telle qu'elle ne corresponde pas à une connexion (B) d'éléments. ) Panneau selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend une multiplicité d'électrodes d'exploration (S) et une multiplicité d'électrodes de données (D) entre lesquelles lesdits éléments de visualisation à cristaux liquides (LC) et au moins un anneau de diodes sont connectés en série. 11 ) Panneau selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'une desdites électrodes de balayage(S) et de données (D) est constituée sous une forme telle qu'elle ne corresponde pas à une connexion d'anneatcde diodes.