Brevet FR2624295A1 — publié le 19890609

La présente invention concerne un dispositif de visualisation à cristal liquide du type à matrice X-Y dans lequel des circuits d'interconnexion flexibles, à couches multiples, supportent les éléments électroniques d'attaque qui permettent l'affichage. Plus particulièrement, elle concerne un conditionnement spatial efficace dans lequel les circuits flexibles d'interconnexion sont cambrés en s'éloignant du plan du dispositif de visualisation afin d'en minimiser les dimensions. On connaît dans la technique des dispositifs de visualisation à cristal liquide du type à matrice X-Y et on se reportera à ce sujet au brevet des Etats-Unis d'Amérique 4 688 896 pour y trouver une description d'un dispositif typique du type à matrice X-Y. Dans la visualisation à matrice X-Y, les lignes d'adresse des rangées et des colonnes sont interdigitées (une moitié s'étendant vers un bord du dispositif et l'autre vers le bord opposé) de sorte qu'elles peuvent être commandées à partir des quatre côtés du dispositif. Jusqu'ici, dans le conditionnement des dispo- sitifs de visualisation à cristal liquide adressés par matrice, on a pris l'habitude de monter les circuits élec- - 2 troniques d'attaque des rangées et des colonnes sur des pla- quettes à circuits imprimés rigides et de connecter ces cir- cuits électroniques aux pastilles des connecteurs sur le verre à cristal liquide au moyen d'éléments d'interconnexion flexibles. Cependant, ces systèmes de l'art antérieur ont un certain nombre d'inconvénients car l'utilisation de pla- quettes à circuits imprimés se traduit par un emploi ineffi- cace de l'espace. Il en est particulièrement ainsi avec les dispositifs de visualisation de haute densité parce que le montage des circuits électroniques d'attaque sur une pla- quette séparée et l'utilisation d'un connecteur flexible entre les circuits électroniques de la plaquette et le dis- positif de visualisation se traduisent par l'adjonction de grandes zones sur les bords du dispositif, d'o l'augmentation des dimensions hors-tout. Il est par conséquent souhaitable de monter les circuits électroniques d'attaque directement sur le connec- teur flexible qu'on pe.ut alors cambrer pour optimiser l'utilisation de l'espace. Plus précisément, les puces d'attaque des rangées et des colonnes peuvent être fixées dans des supports en céramique, sans fils, hermétiques, qui sont montés directement sur le connecteur flexible à couches multiples. En conséquence, la présente invention a pour objet principal un système de montage pour dispositif de visuali- sation à cristal liquide adressé par matrice X-Y, qui uti- lise un circuit flexible d'interconnexion pour supporter les circuits d'attaque des rangées et des colonnes X-Y. La présente invention a pour autre objet une tech- nique de conditionnement pour un dispositif de visualisation à cristal liquide de haute densité du type à matrice X-Y utilisant un circuit flexible d'interconnexion pour minimi- ser la place. L'invention a encore pour objet un dispositif de visualisation à cristal liquide adressé par matrice avec des - 3 - interconnexions flexibles qui supportent les circuits élec- troniques d'attaque du dispositif. La description qui va suivre se réfère aux figures annexées qui représentent respectivement: figure 1, une vue en perspective d'un panneau plat de visualisation à cristal liquide (sans le logement asso- cié) représentant les circuits flexibles d'interconnexion avec les circuits électroniques d'attaque montés sur le dessus; figure 2, une vue en coupe d'une partie du dispo- sitif de visualisation à cristal liquide, incluant le loge- ment, représentant la façon dans laquelle le connecteur flexible est placé dans le logement; figure 3, une vue éclatée du circuit flexible à couches multiples et du verre de visualisation, représen- tant la manière dans laquelle le circuit flexible est soudé aux pastilles de connexion placées sur le dispositif; figure 4, une vue en plan du côté inférieur d'un support de puce en céramique sans fils, montrant la manière dans laquelle un support de puce est connecté au circuit flexible; figure 5, une photographie d'une multitude de sup- ports de puce sur le connecteur flexible ainsi qu'une partie du connecteur flexible préparé pour le montage d'un support. La figure 1 est une vue en perspective d'un dispo- sitif de visualisation à cristal liquide et d'un circuit flexible à couches multiples supportant les puces d'attaque. Pour simplifier l'illustration, le logement, les couvercles, etc..., dans lesquels sont montés l'élément de visualisa- tion, les circuits d'éclairage et les circuits associés d'interconnexion ainsi que les circuits électroniques ne sont pas représentés en figure 1. L'élément de visualisation à cristal liquide du panneau plat est représenté dans ses grandes lignes par la référence 10 et est généralement constitué d'une paire de - 4 - substrats en verre scellés autour des bords de manière à définir une cavité dans laquelle est maintenue une solution de cristal liquide. La surface intérieure de l'un des sub- strats comporte un plan de masse conducteur, transparent, de préférence en oxyde d'indium et d'étain (OIT). Sur la sur- face intérieure de l'autre substrat en verre est déposé un motif d'électrodes individuelles transparentes (non repré- sentées) qui forment une matrice X-Y des cellules indivi- duelles à cristal liquide. Les cellules forment les éléments d'image ou pixels. Les pixels individuels sont séparés par les lignes d'adresse X et Y afin de former un agencement à rangées et colonnes, avec les lignes d'adresse de préférence interdigitées (comme cela est représenté dans le brevet des Etats-Unis cité ci-dessus), de sorte que les lignes d'adresse X et Y peuvent être attaquées à partir des côtés opposés du dispositif de visualisation. Aux bords du côté droit et supérieur du dispositif de visualisation 10, une multitude de circuits flexibles 11 et 14 à couches multiples supportent des circuits d'attaque de rangée 12 et des circuits d'attaque de colonne 13, res- pectivement. Les circuits 12 d'attaque de rangée, et les circuits 13 d'attaque de colonne supportés par les circuits flexibles à couches multiples sont scellés hermétiquement dans des supports de puce 15 sans fils qui contiennent les puces d'attaque, non représentées. Les puces d'attaque sont connectées aux conducteurs flexibles à couches multiples par l'intermédiaire de pastilles qu'on trouve sur le côté et la partie inférieure des supports de puce (comme on peut le voir plus clairement en figure 4). Une extrémité de chacun des circuits flexibles 11 et 14 est connectée aux pastilles individuelles des connec- teurs des lignes d'adresse s'étendant jusqu'au bord du sub- strat du dispositif de visualisation. Après soudage des connecteurs flexibles aux pastilles des connecteurs des lignes d'adresse, les connecteurs flexibles sont, comme cela - 5 - 2624295 est représenté, cambrés pour sortir du plan (de préférence perpendiculairement) du panneau de visualisation & cristal liquide, d'o la réduction au minimum de la surface latérale du panneau et de la surface hors-tout de l'ensemble de visualisation. En figure 1, les côtés supérieur et droit sont représentés comme comportant 4 connecteurs flexibles, chacun maintenant un support de puce sans fils. Par exemple, avec un dispositif de visualisation à cristal liquide 4 x 4, ayant une densité de lignes de 100 lignes par 25 mm, chaque bord du dispositif comporte 200 pastilles de connecteur et lignes d'adresse, chaque ligne étant attaquée à partir de chaque bord. Ainsi, chaque circuit flexible attaque 50 lignes d'adresse. Les circuits flexibles 11 et 14 sont connectés respectivement à des circuits flexibles en cascade 15 et 16 et de là à des connecteurs 17 et 18 à broches multiples pour l'alimentation des circuits d'attaque. La figure 2 est une vue en coupe d'une partie d'un ensemble comportant le logement, les couvercles, etc..., et montre la manière dans laquelle le circuit flexible est dis- posé à l'intérieur du logement. Un élément de visualisation à panneau plat est supporté à l'intérieur d'un couvercle 21 et d'un boîtier ou logement 22 qui est fixé au couvercle 21 au moyen d'un répartiteur métallique de chaleur 33. L'élément 20 ou panneau à cristal liquide est supporté entre des éléments de polarisation 24 et 25, l'élément 24 compor- tant également un élément diffusant (non représenté). Un revêtement 26 anti-réflexion est déposé sur la surface supé- rieure de l'élément 25. Les pistes conductrices d'un connecteur flexible 27 sont soudées à une pastille de connecteur 28 placée sur la surface du panneau plat 20. Au delà du point de fixation à la pastille 28, le connecteur flexible est cambré perpen- diculairement au plan du panneau de visualisation et sup- - 6 - 2624295 porté dans une première protection anti-déchirement 30 pla- cée entre l'élément de polarisation 24 et le couvercle 21. Le connecteur flexible 27 est supporté par une seconde protection antidéchirement et est cambre de manière a former une boucle 31. Ensuite, le connecteur 27 s'étend parallèlement au logement 22. Un support de puce 35 maintenu sur le connecteur 27 est positionné et fixé contre le répar- titeur de chaleur 33 de manière à dissiper la chaleur dégagée par le support de puce. On peut facilement remarquer en figure 2 que l'espacement entre le connecteur flexible et la paroi peut être très petit, l'espacement minimal étant la hauteur du support flexible de puce, d'o la réduction des dimensions hors-tout de l'ensemble de visualisation et l'amélioration des performances thermiques de la puce d'attaque. Une source lumineuse, non représentée, est placée dans l'espace à l'arrière des éléments de polarisation 24 afin d'éclairer sélectivement le dispositif de visualisation à cristal liquide adressé par matrice. Le connecteur flexible à couches multiples est constitué d'une couche supérieure isolante de polyimide du type qu'on peut se procurer auprès de la Société dite DuPont Company sous la marque commerciale Kapton, d'une couche de pistes multiples en cuivre, d'une couche médiane en Kapton, d'une couche de protection en cuivre et d'une couche infé- rieure en Kapton, toutes les couches étant maintenues ensemble par des couches d'epoxy, d'acrylique ou autres adhésifs. Pour connecter les couches des pistes indivi- duelles en cuivre à une extrémité du connecteur flexible aux pastilles de connexion placées sur le dispositif de visuali- sation, la couche inférieure et la couche médiane en Kapton et les couches en protection en cuivre sont gravées de manière à exposer les pistes multiples en cuivre. Comme on le décrira en détail en liaison avec la figure 3, les pistes -7- exposées en cuivre de l'ensemble flexible sont soudées aux pastilles individuelles des connecteurs du dispositif, d'o la connexion des circuits électroniques d'attaque fixés dans le support de puce sans fils aux pastilles des connecteurs du panneau plat. Les couches adhésives en époxy non seule- ment maintiennent ensemble les couches individuelles en cuivre et en Kapton mais aussi agissent en couches flexibles dans le sens latéral de sorte que les contraintes dues aux différences des coefficients de dilatation thermique entre les couches flexibles et le support de puce en céramique sont partiellement absorbées. On peut se procurer dans le commerce auprès de nombreuses sources des connecteurs flexibles à couches mul- tiples qui se présentent dans diverses dimensions, avec des motifs variés des conducteurs, etc... L'une de ces sources est la Société dite Tech Etch Company de Plymouth, Massachussets. La vue en coupe de la figure 3 représente la manière dans laquelle les pistes en cuivre du connecteur flexible sont fixées aux pastilles des connecteurs du dispo- sitif de visualisation à cristal liquide. Ainsi, en figure 3, les pastilles 41 des connecteurs des lignes d'adresse sont déposées sur la surface du substrat 40 en cristal liquide. Les pastilles 41 sont généralement constituées d'un alliage de molybdène et de titane. De manière à faciliter le soudage de la pastille, on dépose sur celle-ci une structure d'un connecteur métallique à trois couches. Tout d'abord, une couche en chrome 42 est déposée directement sur la pas- tille et est en contact avec la surface du substrat en verre, le chrome étant un métal qui adhère facilement au verre. Une couche de nickel poreux 43 est déposée sur la couche de chrome et une couche d'argent 44, qui est facile- ment mouillée par la soudure en étain, est déposée sur le nickel. Plus précisément, la couche d'argent est facilement mouillée par la pastille de soudure 45 qui est déposée sur - 8 - la piste exposée en cuivre. Le connecteur flexible, repré- senté dans ses grandes lignes en 46, est constitué de trois couches isolantes en Kapton 47, 48 et 49 séparées par un adhésif et de la couche 50 de la piste en cuivre et de la couche 51 de protection en cuivre. Les couches inférieure et médiane 48 et 49 en Kapton et la couche 51 de protection en cuivre sont ramenées en arrière pour aligner la pastille de soudure 45 avec la structure multicouches 41-44. Les couches de Kapton peuvent être enlevées en utilisant un agent de gravure en polyimide/solvant, un agent de gravure caustique ayant la préférence. La couche 51 de protection en cuivre peut être enlevée en utilisant une solution de FeCl3 ou de HCl dilué. La couche flexible est placée sur la structure 41- 44 de pastille de connecteur avec la pastille de soudure 45, qui peut être soit une pâte à souder soit un ruban de sou- dure, en contact avec la pastille de connecteur. On chauffe la soudure par rayonnement infrarouge ou par un faisceau laser, d'o il résulte que la soudure fond rapidement et mouille la couche d'argent 44 sur la partie supérieure de la pastille du connecteur. Lors du refroidissement, un joint solide de soudure se forme entre la pastille de connecteur et la piste en cuivre 50. La figure 4 est une vue en plan du côté inférieur d'un support en céramique 51 de puce sans fils et illustre la manière dans laquelle le support est relié aux pistes conductrices en cuivre du connecteur flexible. Ainsi, le côté inférieur du support de puce 51, comme représenté en figure 4, comporte une multitude de pastilles conductrices 52 qui sont réparties sur sa périphérie. Un connecteur flexible 53 est représenté avec la couche inférieure de Kapton 54, la couche 55 de protection en cuivre et la couche médiane 56 de Kapton représentées en crevé de manière à exposer les pistes multiples en cuivre 57 qui sont reliées individuellement aux pastilles conductrices 52 sur le sup- port de puce sans fils. Les pistes 57 sont soudées aux pas- tilles conductrices 52 au moyen d'une soudure, une soudure en étain/plomb ayant la préférence. Un joint de dilatation 58 est gravé dans la couche supérieure en Kapton et est situé entre les conducteurs en cuivre 57. Le joint de dilatation, ayant la forme de la fenêtre gravée 58, permet le mouvement de la pastille de soudure, d'o la minimisation ou l'élimination de la contrainte exercée sur le joint de soudure par suite du dif- férentiel des coefficients de dilatation thermique du Kapton, des pistes de cuivre et du support de puce sans fils. Bien qu'on est représenté en figure 4 un seul joint gravé de dilatation 58, il est évident qu'on peut prévoir plusieurs joints de cette sorte entre les pistes de manière à obtenir le résultat souhaité. De plus, la vue en plan du côté inférieur du support de puce sans fils ne représente, pour simplifier l'illustration, qu'un nombre relativement petit d'éléments de contact de chaque côté. En réalité, les supports de puce qu'on trouve dans le commerce comportent un grand nombre de pastilles de contact. Les pastilles de contact s'étendent à travers le corps des supports de puce et, comme cela est bien connu, sont en contact avec les fils individuels qui sont reliés aux fils de sortie des puces montées sur le support. La figure 5 est une photographie d'une multitude de supports de puce montés sur un connecteur flexible et est essentiellement une vue en plan de l'ensemble flexible avant sa connexion aux pistes conductrices du dispositif de visua- lisation à cristal liquide. Le connecteur flexible à couches multiples est représenté dans ses grandes lignes par la référence 60 et comporte une multitude de supports de puce 61 qui lui sont fixés. Les pistes individuelles conductrices 62 du connecteur 60 sont soudées aux pattes conductrices, non représentées, sur le côté et la partie inférieure des supports. Les supports de puce sont représentés sans les - 10 - chapeaux qui ferment hermétiquement le support, exposant ainsi leurs chambres intérieures 63 dans lesquelles sont montés les puces des circuits d'attaque ou autres circuits électroniques. Une multitude de fils de connexion 64 sont déposés sur la surface des chambres 63. Les extrémités inté- rieures de chaque fil peuvent être reliées aux fils de sor- tie des puces du circuit, montées dans la chambre. Les autres extrémités des fils s'étendent à travers le corps du support de puce et sont en contact avec les pattes conduc- trices sur les côtés et la partie inférieure du support de puce. Une petite déformation du connecteur flexible, au dessous du support de puce, assure la libération des contraintes entre les pastilles de soudure aux côtés opposes à travers les angles. En figure 5, on a également représenté une partie du connecteur flexible qui a été préparé pour le montage d'un support de puce. La couche supérieure en Kapton du connecteur flexible a été l'objet d'une attaque de manière à exposer une surface 65 et une multitude de pistes conduc- trices. L'extrémité de chaque piste dans la zone exposée 65 comporte une pastille de soudure 66, de préférence consti- tuée d'un alliage de soudure à l'étain qui est déposé sur son dessus. Les pastilles de soudure sont en contact avec les pastilles conductrices à la partie inférieure de support de puce lorsque ce support est monté dans la zone 65. Les pastilles de soudure sont alors chauffées pour produire un joint de soudure entre les pastilles 66 et les pastilles conductrices sur le support de puce. Il apparaîtra maintenant que la présente invention propose un système d'interconnexion et de conditionnement de puce, compact, très efficace en matière de place, pour dis- positif de visualisation à cristal liquide à panneau plat utilisant un connecteur flexible à couches multiples qui supporte l'électronique d'attaque avec le connecteur - 11 - flexible, o le connecteur est cambré perpendiculairement à l'élément de visualisation, d'o un emploi efficace de l'espace disponible autour de l'élément. Comme le connecteur flexible est placé perpendiculairement à la surface de visualisation, on obtient une zone frontale et une bordure de dimensions minimales pour que la surface de visualisation soit maximum avec des dimensions hors-tout minimum. - 12 - REVENDICATIONS 1) Agencement de conditionnement de dispositif de visualisation à cristal liquide, caractérisé en ce qu'il comprend: (a) un élément (10; 20) de visualisation à cris- tal liquide et panneau plat ayant une multitude de cellules à cristal liquide disposées dans une matrice X-Y, des pas- tilles (28; 41) de connecteur pour la matrice s'étendant jusqu'au bord de l'élément de visualisation, (b) un connecteur flexible (27; 53) à couches multiples contenant au moins une couche (50) ayant une mul- titude de pistes conductrices et au moins une couche iso- lante flexible (47; 58) de chaque côté de la couche de piste, (c) au moins un support de puce (33; 51) mainte- nant une puce électronique pour fournir des signaux l'élément de visualisation, (d) un moyen pour relier les puces de circuit du support de puce aux pistes conductrices, (e) un moyen pour relier un connecteur flexible à au moins un bord de l'élément de visualisation, les 'pistes conductrices du connecteur étant reliées individuellement aux pastilles (52) du connecteur de. la matrice au bord de l'élément de visualisation, (f) le connecteur flexible étant cambré par rap- port au plan de l'élément de visualisation au delà du point de liaison aux pastilles du connecteur, d'o il résulte que l'espace occupé par l'élément de visualisation et le connec- teur est rendu minimum. 2) Agencement selon la revendication 1, caracté- risé en ce que des connecteurs flexibles (11; 14) de sup- port de puce (51) sont reliés à chaque bord de l'élément de visualisation. - 13 - 3) Agencement selon la revendication 1, caracté- risé en ce que le connecteur flexible est cambré en étant pratiquement perpendiculaire au plan de l'élément de visua- lisation. 4) Agencement selon la revendication 2, caracté- risé en ce que les connecteurs flexibles de support de puce sont cambrés en étant pratiquement perpendiculaires au plan de l'élément de visualisation. ) Agencement selon la revendication 1, caracté- risé en ce que le support de puce (51) est un support sans fils ayant des pastilles (52) de connexion sur les surfaces extérieures, le connecteur flexible ayant une partie de la couche isolante (47) qui a été enlevée de manière à exposer les pistes conductrices et un moyen de liaison (42, 43, 44) des pistes conductrices aux pastilles (41) du support de puce. 6) Agencement selon la revendication 1, caracté- risé en ce qu'il comprend des supports de puce à fils.