Brevet FR2579806A1 — publié le 19861003

PROCEDE DE FABRICATION D'UN ECRAN D'AFFICHAGE A CRISTAUX LIQUIDES ET A RESEAU DE DIODES La présente invention a pour objet un procé- dé de fabrication d'un écran d'affichage à cristaux Liquides et à réseau de diodes. La figure 1 annexée représente un écran d'affichage d'un type connu qui est constitué d'une plaque supérieure 10 recouverte de bandes conductrices transparentes 12 orientées selon des Lignes parallèles et d'une plaque inférieure 20 recouverte d'une matrice de pavés 22 et de bandes conductrices transparentes 24 orientées selon des colonnes parallèles. Ces deux plaques sont assemblées et maintenues écartées par une cale d'épaisseur et un cristal liquide est introduit dans l'espace qui les sépare. Chaque pavé constitue une zone élémentaire d'affichage (ou "point"). Un pavé est relié électriquement à la colonne adjacente par un pont 26. L'excitation d'un point Pij de la matrice s'obtient par application de tensions appropriées sur la ligne Li de La plaque supérieure et sur la colonne Cj de la plaque inférieure. Plusieurs modes de réalisation des ponts 26 sont connus. Certains font appel à des transistors (et notamment à des transistors en couches minces) ; d'autres utilisent des éléments non linéaires comme des diodes, ce qui permet d'augmenter le nombre de lignes et de colonnes adressables, donc le nombre de points d'affichage. La présente invention a trait à un procédé de fabrication d'un tel écran, et porte plus spéciale- ment sur La réalisation des ponts 26 dans la variante utilisant des diodes. Dans l'art antérieur, on connaît essentiel- lement trois types différents de ponts à diodes: 1. Dans l'article intitulé "Integrated Matrix Addres- sed LCD Amorphous Silicon Back to Back Diodes" pu- blié par N.SZYDLO et al. dans "Japan Display" 1983, pp 416-418, il est décrit un pont comprenant deux diodes montées dos à dos ("back to back diodes"). Le pont est formé d'une couche de a-Si:H dopé n+, d'une pont est formé d' Àunecoceda-iHopnd'e couche de a-Si:H non dopé ou tlégèrement dopé, d'une couche d'isolant percée de deux ouvertures et de deux plots métalliques (en platine) traversant les ouvertures et formant contacts Schottky avec la couche de a-Si:H. 2. Dans l'article intitulé "A 210x228 Matrix LCD Con- trolled by Double Stage Diode Rings" publié par Sergo TOGASHI et al. dans la revue... pp 141-144, il est décrit un pont comprenant deux diodes en parallèle formant un anneau; chaque diode est de type p-i-n et comprend une couche d'oxyde d'indium et d'étain (ITO), une couche de chrome, un empile- ment de a-Si dopé p, de a:Si intrinsèque et de a:Si dopé n, une couche de chrome, une couche de SiO2 percée d'une ouverture et une couche d'aluminium recouvrant le tout et prenant contact avec la couche supérieure de chrome. 3. Dans l'article intitulé "A 250x240 Element LCD Addressed by Lateral MIM" publié par S. MOROZUMI et al. dans Japan Display 1983, pp 404-407, il est décrit un pont comprenant une couche de tantale, un dépôt mince de pentoxyde de tantale, une couche de polyimide et une couche de chrome (structure dite "MIM" pour "Metal-Insulator-Metal"). Bien que donnant satisfaction à certains égards, ces techniques conduisent à des procédés de fabrication complexes. Les deux premières, en particu- lier, nécessitent 4 photolithographies différentes, donc 4 masques, avec les problèmes d'alignement inévi- tables que cela pose. La troisième technique ne nécessite que trois photogravures, mais fait appel à une couche isolante très mince difficilement reproduc- tible. La présente invention a justement pour objet un procédé qui évite ces inconvénients. Grâce à l'in- vention, iL est possible, en deux opérations seulement de photolithographie, de former un pont de diodes entre chaque pavé et la colonne adjacente. Le pont obtenu est formé de deux diodes montées tête-bêche. Le procédé de l'invention utilise des pavés qui ont une forme rectangulaire avec un appendice (ou deux) qui rappellent ceux qui sont décrits dans le document FR-A 2533072. Mais, dans ce document, le pont conducteur reliant chaque pavé à la colonne adjacente est un transistor en couches minces (TCM), ce qui im- plique évidemment des opérations et des couches diffé- rentes. De façon précise, l'invention a pour objet un procédé de fabrication d'un écran d'affichage à cristaux liquides et à réseau de diodes qui est carac- térisé par le fait que, pour réaliser la plaque infé- rieure, on dépose sur un substrat une couche de maté- riau conducteur transparent, puis une couche d'un premier matériau conducteur et on effectue une pre- mière photogravure de ces deux couches pour constituer une matrice de pavés munis d'au moins un appendice et des colonnes de commande; pour créer un pont de diodes entre chaque pavé et la colonne adjacente, on réalise les opérations suivantes: - - on dépose une couche de silicium amorphe hydrogéné intrinsèque sur l'ensemble de la plaque in- férieure, - on dépose un second matériau conducteur, le premier et le second matériaux conducteurs étant choisis pour que L'empilement constitué par ces deux matériaux et La couche en aSi:H(i) intercaLaire pré- sente une structure du type diode, - on effectue une deuxième photogravure pour dégager chaque pavé, mais pour Laisser subsister entre chaque appendice et La coLonne adjacente un pont formé par L'empiLement de La couche du premier matériau conducteur, de La couche de aSi:H(i) et de La couche du second matériau conducteur, ce pont étant équiva- Lent électriquement à deux diodes montées tête-bêche. Dans une variante avantageuse, te premier + matériau conducteur est en silicium amorphe dopé n et le second matériau conducteur est un métal, ce dernier formant contact Schottky avec le aSi:H(i) qu'il recou- vre; les deux diodes formées dans chaque pont sont alors des diodes Schottky. Selon une autre variante, c'est le premier matériau conducteur qui est un métal formant avec le aSi:H(i) qui le recouvre un contact Schottky et le second matériau conducteur est du silicium amorphe hydrogéné dopé n; les deux diodes formées dans chaque pont sont encore du type Schottky. Selon une autre variante, le premier maté- riau conducteur est du aSi:H dopé p (ou n) et le + p + second matériau conducteur du aSi:H dopé n (ou p); les deux diodes formées dans chaque pont sont alors du +. + type p in. - D'autres dispositions peuvent être prévues pour donner une redondance au système d'adressage. De toutes façons, les caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux après la description qui suit, d'exemples de réalisation donnés à titre explicatif et nullement limitatif. Cette des- cription se réfère à des dessins annexés sur les- quels: - la figure 1, déjà décrite, représente une vue écLatée d'un écran plat d'affichage à cristaux Liquides, - la figure 2 représente diverses étapes (a, b, c, d) du procédé de l'invention, - la figure 3 est un schéma électrique équi- valent montrant la connexion entre chaque point d'affichage et le couple ligne-colonne correspondant, - la figure 4 montre un détail du segment qui peut subsister sur les colonnes après la seconde photogravure, - la figure 5 montre, en coupe, un tel segment, - la figure 6 illustre une variante à deux ponts pour chaque point d'affichage qui donne une re- dondance à l'adressage, la figure 7 représente le schéma électri- que correspondant à cette variante, - les figures 8a, 8b, 8c illustrent, en coupe, trois variantes de diodes (Schottky et p-i-n). Dans la description qui suit, la plaque su- périeure de l'écran, telle qu'illustrée sur la figure 1 (référence 10), est passée sous silence, car obtenue par des moyens classiques (dépôt d'une couche d'ITO puis gravure). On s'attachera donc essentiellement par la suite à décrire les moyens d'obtention de la plaque inférieure 20 et des couches qui la recouvrent. La figure 2 montre quatre étapes de réalisa- tion de cette plaque inférieure. Les opérations effec- tuées sont les suivantes: - sur un substrat de verre 100, on dépose une couche 102 de matériau conducteur transparent, par exemple en oxyde d'étain et d'indium (ITO), - on dépose ensuite, sur l'ensemble, une couche 103 d'un premier matériau conducteur, par exem- pIe en silicium amorphe fortement dopé n (partie a), - on effectue une première photogravure de ces deux couches pour constituer une mosaïque de pavés 106 rangés en Lignes et colonnes;chaque pavé est relié à un appendice 108; cette première photogravure laisse subsister, en outre, des colonnes 104 du maté- riau conducteur transparent 102 surmonté de la couche 103 de silicium amorphe fortement dopé n, ces colonnes s'insérant entre les pavés (partie b), - on dépose une couche 110 de silicium amorphe hydrogéné sur l'ensemble, - on dépose une couche 114 d'un second maté- riau conducteur, par exemple en platine ou en chrome (partie c), - on effectue une seconde photogravure ap- pliquée à l'ensemble des couches 103, 110, 114 pour dégager chaque pavé 106, mais laisser subsister des ponts 116 et éventuellement des segments S sur les colonnes, sur une partie de l'intervalle séparant des ponts consécutifs (partie d), - on dépose une couche de SiO2 destinée à passiver l'ensemble (non représentée). Les couches 103-110-114 sont choisies de telle sorte qu'une structure de type diode soit for- mée. On peut choisir, par exemple, pour second maté- riau conducteur 114 du platine ou du chrome, qui for- ment avec le aSi:H de la couche 110 un contact Schottky. Mais d'autres combinaisons sont possibles, comme on le verra mieux à propos des figures 8a, b et c. Quel que soit le mode de réalisation -retenu, on obtient une première diode en regard de chaque appendice 108 et une seconde diode en regard de chaque colonne, ces deux diodes étant disposées de manière semblable. Le schéma électrique équivalent d'un point d'affichage Pij est représenté sur La figure 3. Ce point est équivalent à un condensateur dont les arma- tures sont constituées par le pavé de la plaque infé- rieure et La partie de La ligne située en regard de ce pavé sur la plaque supérieure, ce condensateur ayant une capacité XL, avec une résistance en parallèle de valeur RL. Ce dipôle RC est relié, d'une part, à la ligne Li et, d'autre part, à travers le pont 116, à la colonne Cj, ce pont comprenant deux diodes D1, D2 montées tête-bêche. La figure 4 représente en perspective les couches obtenues au niveau d'un pont 116 et d'un segment S. On y voit l'empilement 103-110-114 formant le pont de diodes tête-bêche entre une colonne et le pavé voisin et un segment S recouvrant partiellement une colonne. La figure 5 permet de mieux comprendre com- ment l'empilement qui subsiste sur les colonnes peut jouer, en cas de coupure de la colonne, le r8le de pont conducteur entre les deux parties de la colonne. Sur cette figure, on voit une colonne présentant une coupure 105. Le pont conducteur formé par le segment S et notamment par la couche conductrice 103 rétablit la continuité électrique. Cet artifice présente un autre avantage: l'empilement S produit un masquage optique de la colonne. Si cette colonne n'est pas masquée, elle est visible au même titre qu'un point d'affichage. Son aspect dépend de la valeur moyenne de la tension vidéo pendant une image. Cet effet est très gênant dans le mode d'affichage blanc sur fond noir, car l'oeil est très sensible aux lignes blanches, même très fines. Dans l'autre mode, noir sur fond blanc, l'effet est beaucoup moins visible, une ligne noire de 20 pm de large sur fond blanc étant invisible à l'oeil. Le masquage optique des cotonnes transparentes est donc nécessaire surtout dans le premier mode et il est par- faitement obtenu par cette variante de L'invention. On notera que la réalisation de ce segment n'introduit aucune opération particulière, puisque c'est simplement le dessin du second niveau de masqua- ge qui doit être prévu en conséquence. Dans la description qui précède, chaque pavé 106 est associé à un appendice 108, par l'intermédiai- re duquel se fait la connexion électrique avec la colonne qui précède. Dans un autre mode de réalisa- tion, chaque pavé comprend un second appendice 108*, diagonalement opposé au premier et permettant une connexion électrique avec la colonne qui suit. Chaque pavé est alors relié par deux ponts de diodes tête- bêche aux colonnes d'adressage. L'intérêt de cette disposition est que, si L'une des colonnes d'adressage est coupée, le point peut quand même être excité par l'autre coLonne. Pour qu'un point soit inaccessible, il faudrait que les deux colonnes qui l'encadrent soient simultanément coupées, ce qui, statistiquement, est peu probable. Cette disposition ne complique en rien le procédé de fabrication de l'écran d'affichage. Il suffit de prévoir, lors de la première photogravure, La formation d'un second appendice et, Lors de la seconde photogravure, la formation d'un pont de diodes plus allongé. La figure 6 illustre cette disposition. Chaque pavé 106 comprend un premier appendice 108 dans le coin supérieur gauche et un second appendice 108* dans le coin inférieur droit. Chaque pont 116 relie une colonne de rang j à L'appendice 108 du pavé cor- respondant à la Ligne i et situé à droite de La colonne j et à L'appendice 108* du pavé correspondant à la ligne i-1 situé à gauche de la colonne j. La figure 7 montre le schéma électrique équivalent d'un tel pont: la diode D1 au niveau de la colonne C et les diodes D2, D2* au niveau des appendi- ces 108 et 108*. Naturellement, la présence du deuxième pont de diode D1D2 * modifie légèrement le processus d'adressage de chaque point, en ce sens que le point excité Pij, au lieu de mémoriser l'excitation corres- pondant à la ligne Li et à la colonne Cj, mémorisera la dernière excitation reçue, en l'occurrence la deu- xième (s'il n'y a pas de coupure), qui correspond à la ligne Li+1 et à la colonne Cj+. Mais cette modifica- tion est, dans la plupart des cas, sans importance, puisqu'elle revient simplement à décaler l'image affi- chée d'un intervalle ligne et d'un intervalle colonne0 Les figures 2, 4 et 5 correspondaient à un cas o le premier matériau conducteur 103 était en + aSi:H dopé n et le second matériau conducteur 114 un métal (Pt ou Cr) . Mais cette disposition n'est pas la seule. Les figures 8a à 8c illustrent trois autres modes de réalisation du pont de diodes: - sur la figure 8a, la couche 120a est en métal (Pt, Cr), la couche 110a en aSi:H intrinsèque et + la couche 114a en aSi:H dopé n; les diodes formées sont alors du type Schottky, - sur la figure 8b, la couche 120b est en + aSi:H dopé p, la couche 110b en aSi:H(i) et la couche + 114b en aSi:H dopé n; les diodes formées sont alors +. + du type p -i-n, - sur la figure 8c, la couche 120c est en + aSi:H dopé n, la couche 110c en aSi:H(i) et la couche + 114c en aSi:H dopé p, les diodes sont encore de type +. + p -i-n La couche 102 demeure en ITO dans les trois cas de figure. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'un écran d'affi- chage à cristaux liquides et à réseau de diodes, dans lequel: - on réalise une plaque supérieure (10) à l'aide d'un substrat recouvert de lignes de commande conductrices et transparentes (12), - on réalise une plaque inférieure (20) en déposant sur un substrat (100) une couche de matériau conducteur transparent (102) puis une couche d'un premier matériau conducteur (103) et en effectuant une première photogravure de ces deux couches pour consti- tuer une matrice de pavés (106) munis d'au moins un appendice (108), chaque pavé (106) constituant un point élémentaire d'affichage, et pour constituer des colonnes de commande (104) intercalées entre les colonnes, - on relie chaque pavé (106) à une colonne de commande (104) adjacente par un pont (116) compre- nant deux diodes, - on assemble les deux plaques (10, 20) ob- tenues de telle manière que les lignes de la plaque supérieure recouvrent les lignes de pavés de la matrice et soient perpendiculaires aux colonnes de la plaque inférieure, ce procédé étant caractérisé par le fait que, pour créer un pont (116) entre chaque pavé et la colonne de commande adjacente, on réalise les opérations suivan- tes: - on dépose une couche (110) de silicium amorphe hydrogéné intrinsèque aSi:H(i) sur l'ensemble de la plaque inférieure après la première photogravu- re, - on dépose un second matériau conducteur (114), Le premier (103) et Le second (114) matériaux conducteurs étant choisis pour que L'empilement cons- titué par ces deux matériaux et La couche (110) en aSi:H(i) intercaLaire présente une structure du type diode, - on effectue une deuxième photogravure pour dégager chaque pavé, mais pour laisser subsister entre chaque appendice et la colonne adjacente un pont formé par l'empilement de la couche (103) du premier maté- riau conducteur, de la couche (110) de aSi:H(i) et de la couche (114) du second matériau conducteur, ce pont étant équivalent électriquement à deux diodes (Dl, D2) montées tête-bêche. 2. Procédé selon la revendication 1, carac- térisé par Le fait que le premier matériau conducteur + (103) est en silicium amorphe dopé n et que le second matériau conducteur (114) est un métal, ce dernier formant contact Schottky avec le aSi:H(i) qu'il recou- vre, les deux diodes formées dans chaque pont étant alors des diodes Schottky. 3. Procédé selon la revendication 1, carac- térisé par Le fait que le premier matériau conducteur (103) est un métal formant avec le aSi:H(i) qui le recouvre un contact Schottky et que le second matériau conducteur (114) est du silicium amorphe hydrogéné + dopé n, tes deux diodes formées dans chaque pont étant du type Schottky. 4. Procédé selon l'une quelconque des reven- dications 2 et 3, caractérisé par le fait que le métal est du platine ou du chrome. 5. Procédé selon la revendication 1, carac- térisé par te fait que le premier matériau conducteur + (103) est du aSi:H dopé p et le second matériau con- ducteur (114) du aSi:H dopé n, les deux diodes for- mées dans chaque pont étant du type p -i-n. 6. Procédé selon La revendication 1, carac- térisé par Le fait que Le premier matériau conducteur + (103) est du aSi:H dopé n et le second matériau con- + ducteur (114) du aSi:H dopé p, les deux diodes for- +. + mées dans chaque pont étant du type p -i-n. 7. Procédé selon la revendication 1, carac- térisé par le fait que, lors de la seconde photogravu- re de l'empilement, on laisse subsister, en plus des ponts (116) des segments (S) de l'empilement le long des colonnes sur une partie des intervalles séparant deux ponts consécutifs. 8. Procédé selon la revendication 1, carac- térisé par le fait que chaque pavé (106) comprend deux appendices (108, 108*) diagonalement opposés et dispo- sés de part et d'autre du pavé et le long de deux colonnes adjacentes et par le fait que, lors de la seconde photogravure, on laisse subsister des ponts qui relient chaque colonne (C) aux deux appendices (108, 108*) qui l'encadrent.