Brevet FR2625357A1 — publié le 19890630

RD 17870 La présente invention concerne en général les confi- gurations en matière de pixels en couleur d'un élément d'image qui sont utiles dans les dispositifs de visualistion à cristaux liquides de couleur pour améliorer la perception , visuelle. Plus particulièrement, la présente invention a pour objet une configuration de pixels de couleur qui consomme une quantité minimale de la surface de visualisation pour des lignes électriques d'attaque, etc., tout en assurant une clarté visuelle optimale. Dans les dispositifs de visualisation à cristaux liquides du type adressé par matrice, le cristal liquide est disposé entre des panneaux qui sont généralement en verre et dans lesquels au moins l'un des panneaux et son circuit associé sont transparents. La transparence est obtenue en utilisant des connexions de métallisation qui utilisent des matériaux tels que l'oxyde d'indium et d'étain. L'un des panneaux comprend généralement un ensemble d'élec- trodes de pixels, chacune d'entre elles étant associée à un dispositif de commutation qui fonctionne pour fournir une tension électrique à l'électrode. Le dispositif de commutation comporte de préférence des transistors à effet de champ en silicium amorphe en couche mince. Le panneau opposé comporte une électrode plane de masse de sorte que, de fait, une structure en forme de condensateur est établie -2- avec le crsital liquide disposé entre une électrode "de plan de masse" ou "de plan arrière" et un ensemble d'élec- trodes de pixels pouvant être commandées individuellement. En commutant les dispositifs à semi-conducteur associés, des tensions sont appliquées aux électrodes de pixels de manière à modifier. l'orientation du cristal liquide disposé entre les électrodes individuelles de pixels et l'électrode du plan de masse. L'application d'une tension aux électro- des de pixels modifie les propriétés électriques du cristal liquide. De cette façon, des images sont construites sur le dispositif à panneaux plats sous forme d'une configuration d'éléments de pixels. On remarquera que les signaux de tension, grace à une amplitude variable appliquée pour sélectionner des électrodes de pixels, permettent d'obtenir les effets de l'échelle de gris. Des valeurs des signaux suffisamment élevées pour attaquer le cristal liquide à la fermeture ou à l'ouverture peuvent aussi être employées, plus particulièrement dans les cas o seul un caractère ou une information textuelle doit être affiché. Les dispositifs de visualisation à cristaux liquides, du type adressé par matrice, comportent généralement un ensemble de lignes de source (ou de données) et un ensemble de lignes de porte disposées à la façon d'une grille rectan- gulaire de sorte que, par application de signaux électriques appropriés sur les lignes de source et les lignes de portes des électrodes individuelles de pixels peuvent être com- mandées pour produire l'effet optique désiré, c'est-à-dire l'affichage d'une partie d'une image sur l'écran. Pris dans leur ensemble, les éléments de pixels représentent l'image désirée. Ainsi, les dispositifs de visualisation à cristaux liquides à panneaux plats fonctionnent pour produire les mêmes effets que les tubes cathodiques clas- siques. On remarquera que certains dispositifs de visualisa- tion à cristaux liquides fonctionnent avec de la lumière -3- réfléchie. Dans de tels cas, la lumière est généralement réfléchie par un panneau arrière opaque. Cependant, on remarquera aussi que les deux panneaux et leurs électrodes associées de pixels peuvent être rendus transparents de manière à conférer l'effet optique désiré au moyen d'un éclairage de fond qui est généralement contenu dans le même ensemble physique que le dispositif de visualisation à cristaux liquides lui-même. Il est également possible d'obtenir des effets de couleur dans des dispositifs de visualisation à cristaux liquides. Ces effets de couleur sont obtenus grâce à l'utili- sation de filtres de couleur disposés en étant cadrés avec le motif des électrodes de pixels. Dans le passé, plusieurs motifs d'ensemble triade, rouge/vert/bleu (associés avec le même élément d'image) ont été proposés à cet effet. Par exemple, un article de S. Tsuruta et al. a montré qu'on peut obtenir une meilleure qualité de l'image lorsque des pixels de couleur sont disposés-de façon que la troisième couleur soit placée symétriquement audessus ou au-dessous des deux autres couleurs. Un article de T. Saito et al., sur le même sujet, décrit un schéma de matrice permettant d'obtenir cette configuration dans des dispositifs de visua- lisation à cristaux liquides. Dans cette configuration, chaque pixel de couleur est divisé verticalement par moitié et un second ensemble de bus de données s'étendant vertica- lement est incorporé. Avec un transistor pour adresser chaque demi-pixel, on peut réaliser un agencement triade en quinconce. Cependant, un avantage important de cette disposition est que le pas des bus de données est réduit d'un facteur de 2 de sorte que, pour la même résolution, la photolithographie est plus critique et les effets des capacités parasites imposent qu'une fraction plus petite de la surface disponible totale de l'écran soit utilisée pour la transmission de la lumière. Une seconde approche qui pourrait être suivie consis- -4 terait à mettre en quinconce tous les éléments de pixels sur des lignes alternées. Cependant, cela imposerait que les lignes de données serpentent dans un mouvement de va- et-vient, avec un chevauchement d'un demi-pixel sur un autre demi-pixel. Ce mouvement en serpentin serait néces- saire pour chaque rangée du dispositif de visualisation et se traduirait par une zone de croisement plus grande entre les bus de portes et les bus de données. Cela n'est pas souhaitable car augmentant le risque de court-circuit entre les lignes de portes et les lignes de données dans le dispositif de visualisation. De telles conditions ren- draient la fabrication beaucoup plus difficile. Cependant, et cela est des plus importants, une telle configuration réduirait sensiblement le rendement du procédé de fabrication d'o un impact économique important. De plus, les courts- circuits entre les lignes de portes et les lignes de données seraient proportionnels à la surface de croisement. Ainsi, plus le dispositif de visualisation est grand, plus important est le risque de défaut dans les circuits, se traduisant par des écrans de visualisation de mauvaise qualité et/ou inutilisables. Selon un mode de réalisation préféré de la présente invention, un agencement de pixels pour dispositifs de visualisation à cristaux liquides de couleur comporte une multitude de paires de rangées. Dans chaque paire de rangées de pixels, il y a une première rangée, ou rangée supérieure, d'éléments de pixels de taille normale qui présentent un motif répété d'une séquence de couleurs prédéterminée. Une séquence typique serait, par exemple, RVBRVBRVB..., o R, V et B représentent le rouge, le vert et le bleu, respectivement. Immédiatement au-dessous de cette rangée d'éléments de pixels de taille normale, on a disposé une seconde rangée d'éléments de pixels de taille réduite sensi- blement de moitié. Dans la seconde rangée, la même séquence de motifs de filtres de couleur est présente, mais décalée - d'une quantité égale à environ 1,5 largeur de pixel. Ainsi, chaque élément de pixel de la première rangée est associé à deux éléments de pixels de taille réduite de moitié de la seconde rangée immédiatement à son dessous. En utilisant la séquence de décalage décrite ci-dessus, chaque ensemble de trois éléments de pixels de cette sorte présente la configuration de couleur triade désirée. En outre, le présent agencement des éléments de pixels en couleurs ne nécessite aucune. modification de la matrice des bus. La seule altéra- tion requise concerne l'utilisation d'un dispositif supplé- mentaire de commutation ou d'un pont conducteur isolé de manière appropriée. La configuration décrite présente les avantages de fournir la triade en quinconce désirée sans avoir à payer le prix de la diminution par un facteur égal à deux du pas des bus de données ou de l'augmentation de la zone de chevauchement des bus. La fraction de la zone. totale de visualisation utilisée par les composants optiques est supérieure à la zone fractionnaire nécessaire aux dispo- sitifs de visualisation présentant une densité double des lignes des bus de données. On doit également remarquer que, telle qu'elle est utilisée ici et dans les revendi- cations annexées, l'expression "élément de pixel" concerne en général la combinaison d'une électrode de pixel et de son filtre associé de couleur. En conséquence, la présente invention a pour objet' un agencement d'éléments de pixels de couleur pour disposi- tifs de visualisation à cristaux liquides. La présente invention a aussi pour objet un écran de visualisation à cristaux liquides dans lequel les images en couleur sont disposées en triades dans lesquelles une troisième couleur est placée de manière symétrique au-dessus ou au-dessous des deux autres couleurs. La présente invention a encore pour objet la cons- truction de dispositifs de visualisation à cristaux liquides de couleur de plus grandes dimensions sans devoir accroître les charges capacitives dues au serpentement des lignes 6 - de données dans une grande multitude d'ébranlements en largeur des demi-pixels. La présente invention a encore pour objet des confi- gurations de visualisation à cristaux liquides qui peuvent se fabriquer facilement et qui n'affectent pas sensiblement les rendements de fabrication. La présente invention a -encore pour objet un écran de visualisation à cristaux liquides dans lequel une surface aussi grande que possible est consacrée à des caractéristi- ques optiques telles que les électrodes transparentes de pixels, par rapport à des parties moins transparentes de l'écran telles que les circuits d'attaque des lignes de source et de données et les éléments de commutation à semi- conducteur eux-mêmes. La présente invention a aussi pour objet un agencement de filtres de couleur pour des électrodes d'éléments d'image destinés à être utilisés dans des dispositifs de visuali- sation à cristaux liquides. La présente invention a encore pour objet des confi- gurations de pixels qui ne nécessitent aucune modification de l'agencement classique à grilles rectangulaire des lignes d'attaque des sources et des données. La présente invention a aussi pour objet des confi- gurations de pixels qui ne nécessitent aucune augmentation de la longueur soit des lignes d'attaque des sources soit des lignes d'attaque des données, ou qui imposent la cons- truction de zones de l'écran dans lesquelles ces lignes s'étendent parallèlement les unes aux autres sur une distance importante. Enfin, sans que cela soit limitatif, la présente invention a pour objet de réduire les courts-circuits entre les lignes de portes et les lignes de données et de-minimiser les effets des capacités parasites se produisant dans de tels dispositifs. -7- La suite de la description se réfère aux dessins annexés qui représentent respectivement: Figure 1, un schéma d'une partie d'un écran de visua- lisation à cristaux liquides adressé par matrice, illustrant l'agencement désiré des électrodes de pixels et des filtres de couleur selon la présente invention, Figure 2, une vue semblable à la figure 1 mais repré- sentant plus particulièrement l'utilisation d'une multi- tude des paires de rangées de la figure 1 et représentant aussi, plus particulièrement, d'autres symétries avanta- geuses par rapport à la configuration des pixels. La figure 1 illustre, sous forme schématique, une partie d'une paire de rangées d'éléments de pixels selon la présente invention. En particulier, une première rangée 12, ou rangée supérieure comporte des électrodes 15 de pixels de taille normale qui sont associées à des filtres de couleur comme cela est indiqué dans la séquence RVBR..., o les lettres représentent le rouge, le vert et le bleu, respectivement. On remarquera que l'ilustration de la figure 1 est schématique par nature et que les électrodes elles- mêmes des pixels ne sont pas colorées, mais que la composante de couleur est fournie au moyen d'une configuration de filtres disposés en cadrage optique avec les électrodes et 20 des pixels. Généralement, des éléments optiques filtrants de couleur sont disposés sur le panneau transparent (généralement en verre) contenant l'électrode du plan de masse, qui comporte typiquement de l'oxyde d'indium et d'étain disposé sur les éléments filtrants alignés avec les électrodes opposées des pixels de l'autre panneau (en verre). Au-dessous de chaque élément de pixel 15 on a prévu une paire d'électrodes de pixels 20 qui sont approximative- ment la moitié des dimensions de l'élément de pixel associé de la première rangée. On voit également que la séquence des couleurs est la même dans la seconde rangée et dans la première; cependant, on remarquera que le motif de couleur associé aux éléments filtrants de la seconde rangée 14 est décalé d'environ 1,5 largeur de pixel. Ce décalage fournit l'agencement en triade colorée désiré. On peut voir que chaque couleur est présente au même degré, en particulier si on la mesure sur de grandes surfaces de l'écran. Comme on l'a souligné ci-dessus, on doit se souvenir que les lettres R, V et B des figures 1 et 2 concernent le filtre de couleur qui est associé aux électrodes 15 ou 20 des pixels correspon- dants. On doit également remarquer que la séparation entre demi-pixels de couleur différente peut être rendue extrême- ment petite en faisant appel à des techniques de traitement suffisamment complexes. L'un des avantages importants de la configuration des pixels de couleur de la présente invention est la possibilité de pouvoir toujours utiliser les lignes d'attaque de source et de porte disposées rectangulairement, 50 et 60, respecti- vement. Ces lignes d'attaque sont de préférence disposées dans une grille rectangulaire, pratiquement de la manière représentée. En outre, on remarquera qu'il est généralement souhaitable que, dans le but d'afficher des images normales, la grille des lignes d'attaque des sources et des portes définisse des régions sensiblement carrées dans lesquelles les électrodes de pixels sont disposées. Comme cela est envisagé dans les modes de réalisation préférés de la présente invention, le dispositif de visualisation à cristaux liquides est fabriqué en utilisant des transistors à couches minces en silicium amorphe 30, 35 et, en option 40, qui sont connectés comme on l'a représenté. En outre, pendant la fabrication, on remarquera que les lignes d'attaque des sources et des portes sont déposées typiquement en utilisant les techniques de photolithographie à intégration à très grande échelle et le sont de fait en couches séparées qui sont isolées les unes des autres de manière à assurer le degré désiré d'isolement électrique, en particulier aux 9 - points d'intersection. Plus particulièrement, la figure 1 illustre le fait que la ligne 50 d'attaque des sources passe entre des électrodes plus petites de pixels 20 de sorte que le même filtre de couleur est employé des deux côtés de la ligne 50 dans la seconde rangée 14. Chaque électrode de pixel 15 de la première rangée 12 est associé à son propre dispositif de commutation à semi-conducteur 30, ce qui permet aux tensions apparaissant sur la ligne 50 d'être appliquées à l'électrode 15 lorsque la ligne associée 60 d'attaque des portes pour cette rangée est activée. D'une façon similaire, les électrodes de pixels 20 de la seconde rangée 14 sont connectées à des éléments de commutation à semi-conducteur 35, comme cela est représenté. Cependant, un certain mécanisme doit être prévu pour mettre sous tension l'autre électrode de pixel qui est disposée sur le côté opposé de la ligne 50 et est associée au même filtre de couleur. En particulier, dans la présente invention, on prévoit deux mécanismes à cet effet. Mais plus simplement, une connexion électrique isolée 41 peut être établie entre des éléments de pixel colorés de manière correspondante sur le côté opposé de la ligne 50 dans la rangée 14. En variante, un second dispositif 40 de commutation à semi-conducteur peut être prévu pour obtenir cette même fonction. Pour des raisons de simplicité, on préfère une connexion électrique isolée 41. On remarquera plus particulièrement que la connexion élec- trique 41 et le commutateur à semi-conducteur 40 sont représentés par des tirets en figure 1 pour indiquer qu'ils sont facultatifs. Cependant, au moins un mécanisme de ce type doit être prévu pour obtenir l'excitation de l'autre moitié des électrodes de pixels de la rangée 14. La figure 2 illustre plusieurs symétries différentes qu'on trouve dans la structure de la présente invention. La figure 2 représente également l'utilisation d'une multitude 70 de paires de rangées 12 et 14 d'éléments de pixels pour - 10 - former la configuration désirée pour l'écran. Dans une perspective, on peut considérer qu'un groupe de cinq éléments filtrants de couleur, tels que ceux indiqués par le groupe 80 en figure 2, représente une seule triade de couleurs. On voit que de telles triades et leurs variations de couleurs peuvent être utilisées dans des positions régulières et inversées pour obtenir la mosaïque de l'ensemble du plan de l'écran. Sur un autre niveau, on peut considérer que des groupes de trois, tels que ceux représentés par les groupements 85, 90 ou 95, peuvent également former la mosaïque du plan. Cependant, dans les deux cas, ce n'est pas la seule possibilité de ces groupements qui est importante, mais au contraire il est primordial que chaque couleur soit repré- sentée dans chaque groupement de façon que, après regroupe- ment, on obtienne un agencement de filtres de couleurs dans lequel chaque couleur de la triade semble disposée symétri- quement par rapport aux autres éléments de pixels de couleurs dans un groupement en triade comme cela est suggéxré par les groupements 75 et 80. On doit également avoir présent à l'esprit que les figures 1 et 2 ne sont représentatives que d'une séquence particulière des couleurs rouge, verte et bleue. Cependant, la permutation de la même séquence peut également être employée dans la présente invention. On doit en outre remarquer que, alors qu'on a décrit la présente invention en termes de rangées horizontales et de colonnes verticales et avec des lignes d'attaque de source s'étendant verticalement et d'attaque de porte s'étendant horizontale- ment, il est possible d'inverser le sens de ces désignations dans la mesure o l'on maintient l'homogénéité et on.connecte les électrodes de pixels de manière appropriée. On doit plus particulièrement remarquer que le degré de symétrie désiré est présent dans l'agencement représenté dans les deux figures 1 et 2. On doit également apprécier que les lignes d'attaque 50 et 60 s'étendent suivant des lignes pratiquement droites entre les divers éléments de pixels. - 11 - Aucun "serpentement" de ces lignes d'attaque n'est néces- saire. Elles sont disposées suivant des lignes droites. Cela élimine virtuellement l'augmentation des effets capacitifs entre les lignes. On doit également apprécier plus spéciale- ment que la configuration de la présente invention n'implique aucune pénalité se traduisant par une diminution d'un facteur de 2 du pas des bus de données ou une augmentation du chevau- chement des bus associé aux autres configurations. La fraction de la zone totale de visualisation utilisée par la lumière transmise de façon utile est par conséquent améliorée dans la présente configuration. Dans la présente invention, toutes les deux rangées, les pixels des filtres de couleur et leurs électrodes transparentes associées sont fractionnés symétriquement par le bus de la ligne d'attaque de la source ou des données. Des tensions de données sont appliquées aux pastilles des électrodes par une paire de commutateurs à transistor à effet de champ ou par un pont conducteur isolé de manière appropriée et par un seul commutateur. On fournit des symétries multiples. Alors que les désirs en matière de dispositifs de visualisation classiques imposent que les électrodes de pixels 20 aient approximativement la moitié de la taille des électrodes 15 (en surface), il n'est pas nécessaire de conserver ce rapport pour maintenir l'esprit de la présente invention. D'une manière identique, il n'est pas strictement nécessaire que les grilles des lignes des sources et des portes soient parfaitement carrées, bien qu'on le souhaite certainement pour obtenir une vue pratiquement non déformée sur le dispositif de visualisation. - 12 - REVENDICATIONS 1. Agencement d'électrodes de pixels pour deux rangées adjacentes dans un dispositif de visualitation à panneau de couleur, caractérisé en ce qu'il comprend: Une première rangée (12) d'électrodes de pixels (15), les électrodes de pixels étant associées à des filtres de couleur disposés en étant contigus, lesquels présentent un motif répété d'une séquence prédéterminée de trois couleurs; une seconde rangée (14) d'électrodes de pixels (20) disposée en étant contiguë à la première rangée, la seconde rangée possédant le double d'électrodes de pixels, avec chaque électrode ayant approximativement la moitié de la largeur de l'électrode de pixel adjacente de la première rangée, les électrodes de pixels de la seconde rangée étant disposées par paires avec chaque paire contiguë à une électrode de pixel, en étant sensiblement en alignement avec elle, de la première rangée, les électrodes de pixels de la seconde rangée étant associées à des filtres de couleurs disposés de manière contiguë présentant, en paires, la même séquence prédéterminée de couleurs que dans la première rangée, la séquence des filtres de couleurs de la seconde rangée étant décalée de façon que trois filtres distincts de couleur soient présents pour chaque ensemble d'électrodes de pixels, ensemble qui comprend une électrode de pixel de la première rangée et les deux électrodes de pixels contiguës, sensiblement alignées, de la seconde rangée. 2. Agencement d'électrodes de pixels pour dispositif de visualisation à panneau de couleur, l'agencement compor- tant une multitude de paires de rangées selon la revendica- tion 1, les paires de rangées étant disposées en étant contiguës les unes aux autres et en alignement les unes avec les autres. 3. Agencement selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un moyen pour attaquer simultané- ment les électrodes de pixels de la seconde rangée qui sont - 13 - horizontalement contiguës et qui sont associées au même filtre de couleur. 4. Agencement selon la revendication 3, caractérisé en ce que le moyen d'attaque comprend une paire de dispositifs de commutation à semiconducteur (30, 35). 5. Agencement selon la revendication 3, caractérisé en ce que le moyen d'attaque comprend un conducteur électrique isolé (41)s'étendant entre les pixels horizontalement adjacents. 6. Agencement selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des lignes de source (50) s'étendant verticalement entre les électrodes de pixels de la première rangée et entre les électrodes de pixels de la seconde rangée de sorte que les électrodes de pixels qui sont associées au même filtre de couleur de la seconde rangée sont situées sur les côtés opposés des lignes d'attaque des sources. 7. Agencement selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend en outre les lignes d'attaque de portes (60) s'étendant horizontalement entre les éléments de pixels, ces lignes d'attaque étant isolées des lignes d'attaque des sources.