Brevet FR2639453A1 — publié le 19900525

Cellule à cristaux liquides avec transistors à film mince redondants La présente invention concerne une cellule à cristaux liquides avec transistors à film mince redondants, dans laquelle plusieurs transistors à film mince redondants sont associés à chaque point d'image. La structure de principe et le mode de fonctionnement de cellules à cristaux liquides, qui sont utilisées comme éléments d'indication ou comme éléments d'affichage optique pour reproduire des images, sont généralement connus et sont décrits dans la littérature correspondante. Un groupe particulier est représenté par ce qu'on appelle des cellules à cristaux liquides actives, qui comportent, pour l'excitation des différents éléments d'image, des transistors à film mince situés dans la zone des éléments d'image. A cet égard, un transistor à film mince est associé à chaque élément d'image. Lorsqu'un transistor à film mince de ce genre devient défectueux, l'élément d'image qui est associé à ce transistor à film mince ne peut plus être excité. Pour une catégorie de défauts se manifestant sur les transistors, les transistors à film mince ont une grande valeur ohmniique dans l'état d'excitation et en conséquence, l'élément d'image correspondant ne peut pas être activé ou ne peut l'être qu'avec une brillance réduite. Cette déficience s'explique par exemple par une coupure du transistor à film mince, une augmentation de la tension de seuil ou une réduction de la mobilité des porteurs de charges. Pour un autre groupe de défauts concernant des transistors à film mince, ces transistors ont une faible valeur ohmique dans la condition de blocage, de sorte que la tension d'excitation désirée ne peut pas être emmagasinée dans la cellule de cristaux liquides, la cellule prend la valeur moyenne de la tension d'excitation de tous les éléments d'image, correspondant par exemple à une colonne, et ainsi elle apparaît de façon trop claire ou trop sombre dans chaque image. Cela est imputable par exemple à un court-circuit ou à une autre perturbation, qui provoque une diminution de la tension de seuil ou un shuntage. Le problème causé par une réduction sensible de la productivité lors de la fabrication de cellules à cristaux liquides comportant des transistors à film mince qui ne fonctionnent pas correctement est résolu d'une manière connue en prévoyant deux transistors à film mince par élément d'image. D'après le document "Japan Display", 1986, pages 208 et suivantes, il est connu de brancher en parallèle deux transistors à film mince, ce qui est avantageux lorsqu'il se produit principalement des transistors à film mince ayant de trop fortes valeurs ohmiques. D'après le document "SID 83 Digest", pages 156 et suivantes, il est par contre connu de brancher deux transistors à film mince en série, ce qui est avantageux lorsqu'il se produit principalement des transistors à film mince à mauvais blocage. L'inconvénient de ces incorporations redondantes connues de transistors à film mince consiste en ce que seulement les défauts des catégories correspon- dantes de défauts susceptibles de se produire peuvent être compensés sans mesures additionnelles. L'apparition de défauts d'une autre catégorie respective nécessite, pour leur élimination, des mesures additionnelles de compensation. Ainsi, il se pose des problèmes fondamentaux pour la compensation des défauts des agencements redondants connus. Lorsque l'un de deux transistors & film mince branchés en parallèle ne se bloque pas suffisamment, le transistor à film mince défectueux peut ne pas être séparé. Ce moyen de réparation s'explique généralement par le fait qu'il n'est pas possible, par des techniques de mesure, d'identifier le transistor à film mince qui est défectueux. Par contre, lorsque l'un de deux transistors à film mince branchés en série prend une forte valeur ohmique, le défaut ne peut pas être supprimé. L'invention a maintenant pour but de créer une cellule à cristaux liquides avec une plus. grande redondance des transistors à film mince incorporés Le problème est résolu, pour une cellule à cristaux liquides conforme à l'invention, en ce qu'au moins deux transistors à film mince redondants sont disposés sur différents substrats ou sur différents côtés de substrats et peuvent être excités séparément. Selon d'autres particularités de la cellule à cristaux liquides conforme à l'invention: - Elle est agencée comme une cellule double et comporte un premier filtre de polarisation, sur lequel est placé un premier substrat transparent, une première couche de cristaux liquides, un second substrat, une seconde couche de cristaux liquides, un troisième substrat, un second filtre de polarisation ainsi que les électrodes d'image, comportant des transistors à film mince et placées sur les côtés des substrats qui sont dirigés vers les couches de cristaux liquides; les électrodes d'image des deux couches de cristaux liquides déterminent chacune la forme des éléments d'image; les électrodes d'image sont reliées galvaniquement avec au moins un transistor à film mince respectif; elles sont associées, sur le substrat opposé, à une contre-électrode commune à toutes; et des électrodes d'image associées à des transistors à film mince redondants et pouvant être excitées séparément sont agencées et disposées avec recouvrement identique et sont commandées optiquement en série. - Elle comporte un premier filtre de polarisa- tion, sur lequel est placé un premier substrat, une couche de cristaux liquides, un second substrat, un second filtre de polarisation ainsi que des électrodes d'image avec transitors à film mince, qui sont situées sur les côtés dirigés vers la couche de cristaux liquides; les électrodes d'image se composent d'électrodes individuelles placées l'une en regard de l'autre et déterminant la forme des éléments d'image; les électrodes d'image sont respectivement reliées galvanique- ment au moins avec un transistor à film mince; et des électrodes d'image, associées à des transistors à film mince redondants et pouvant être excitées séparément, sont agencées et disposées avec recouvrement identique et sont commandées optiquement en série. Un avantage particulier de l'invention consiste en ce que des transistors à film mince disposés en redondance sont placés sur différents substrats et sont ainsi spatialement bien séparés l'un de l'autre ou sont même réalisés avec des charges différentes, de sorte que la probabilité de déficiences est statisti- quement indépendante des transistors à film mince en redondance. Dans la suite vont être décrits plusieurs exemples de réalisation en partie à l'aide des Figures 1 et 2. Les figures représentent en particulier: la Figure 1, un premier exemple de réalisation en vue en coupe et la Figure 2, une partie de la vue en plan du premier exemple de réalisation. Dans le premier exemple de réalisation, la cellule à cristaux liquides est agencée sous la forme d'un dispositif d'affichage 1 à matrice de cristaux liquides, o les éléments d'image sont associés à des transistors à film mince excités par l'intermédiaire de conducteurs de colonnes et de lignes. Sur la Figure 1, le premier exemple de réalisation est représenté en vue en coupe. Un premier substrat 6 est pourvu d'un côté, à savoir le côté inférieur sur la Figure, d'un filtre de polarisation 7 et, de l'autre côté, d'électrodes d'image 8 et de transistors à film mince associés 5, avec des conducteurs de colonnes 3, 3' et des conducteurs de lignes 4, 4' (non représentés sur la Figure 1). Au moyen d'un cadre d'espacement 9, le premier substrat 6 est relié à un second substrat 10. Le second substrat 10 comporte, sur le côté dirigé vers le premier substrat 6 et sur le côté opposé, respectivement une contre-électrode 11, 12 occupant une grande surface. Sur le côté du second substrat 10 qui est opposé au substrat 6, le second substrat est relié, par l'intermédiaire d'un second cadre d'espacement 13, avec un troisième substrat 14. Le troisième substrat 14 est pourvu, sur le côté dirigé vers le second substrat 10, d'électrodes d'image 15 ainsi que de transistors à film mince associés 16, avec des conducteurs de colonnes et des conducteurs de lignes (non représentés sur la Figure 1). De l'autre côté, le troisième substrat 14 porte un filtre de polarisation 19. Les volumes créés par les substrats 6 et 10 et le cadre d'espacement 9 ainsi que par les substrats 10 et 14 et le cadre d'espacement 13 reçoivent les couches de cristaux liquides 20 et 21, ainsi que les éléments d'espacement 22 contenus dans les couches de cristaux liquides 20, 21. Pour une réduction d'effets de parallaxe, l'épaisseur du second substrat 10 est plus petite que le pas de trame des points d'image. Le pas de trame est compris typiquement entre 50 et 500 microns. Sur la Figure 2 est représenté une partie de la vue en plan du premier exemple de réalisation. Les électrodes d'image 8 sont visibles sur cette figure en même temps que les transistors à film mince associés 5, les conducteurs de colonnes 3, 3' et les conducteurs de lignes 4, 4'. Les contacts de source 23 des transistors à film mince 5 sont reliés aux conducteurs de colonnes 3, les contacts de drain 24 avec les électrodes d'image 8 et les contacts de grille 25 avec les conducteurs de lignes 4. Les électrodes d'image 8 sont respectivement situées entre deux conducteurs de colonnes 3, 3' et le conducteur de lignes 4 avec lequel elles sont reliées par l'intermé- diaire du transistor à film mince 5 et elles sont recouvertes par une couche isolante (non représentée), séparément de l'autre conducteur de ligne 4' associé. Les électrodes d'image 8 et les transistors à film mince associés 5, avec les conducteurs de colonnes et de lignes 3, 4 et avec l'électrode correspon- dante 11, peuvent être agencés exactement de la même manière que les électrodes d'image 15 et les transistors à film mince associés 16, avec les transistors de colonnes et de lignes 17, 18 et avec la contreélectrode correspondante 19, de sorte que toutes les électrodes d'image 8, 15 sont disposées sur des côtés mutuellement opposés du substrat 10. En outre, la cellule à cristaux liquides (non représentée) peut se composer de deux substrats comportant des filtres de polarisation et une couche de cristaux liquides, située entre eux. Dans ce cas, il est prévu sur les deux substrats des électrodes d'image et des transistors à film mince associés, avec des conducteurs de colonnes et de lignes. Les électrodes d'image respectivement non excitées forment alors, pour les électrodes d'image excitées, la contre- électrode. Les électrodes d'image 8, 15 et des contre- électrodes 11, 12 se composent d'un matériau conducteur transparent, comme par exemple un mélange d'oxydes, d'étain et d'indium. Les transistors à film mince sont à base de Si ou CdSe. Comme cellule à cristaux liquides, on utilise ce qu'on appelle une "cellule- nématique tordue". La redondance peut encore être augmentée en associant à chaque élément d'image deux transistors à film mince en redondance (non représentés). Ainsi, on peut disposer sur les différents substrats, pour chaque élément d'image, deux transistors à film mince, branchés en parallèle ou bien deux transistors à film mince branchés en série. Pour éliminer également des défauts non corrigibles de deux transistors à film mince branchés en parallèle ou en série, il est également possible de disposer sur un substrat une paire de transistors à film mince en redondance branchés en parallèle et sur l'autre substrat une paire de transistors à film mince en redondance branchés en série. Le dispositif d'affichage à matrice de cristaux liquides 1 correspondant au premier exemple de réalisation comporte un grand nombre de points d'image 26, chaque point d'image 26 étant constitué de deux éléments d'image 27, 28. Les éléments d'image 27, 28 sont branchés optiquement en série et ainsi ils sont disposés directement l'un au-dessus de l'autre sur la Figure 1. Un élément d'image 27 se compose dans l'essentiel d'une des électrodes d'image 8 avec le transistor à film d'image associé 5, de la partie correspondante de la contre-électrode 11 et de la zone intermédiaire de la couche de cristaux liquides 20. Un élément d'image 28 se compose dans l'essentiel d'une des électrodes d'image 15 avec le transistor à film mince associé 16, de la partie correspondante de la contre-électrode 12 et de la zone intermédiaire de la couche de cristaux liquides 21. Le nombre total des éléments d'image 27 constitue ainsi une première matrice 29 et le nombre total des éléments d'image 28 constitue une seconde matrice 30. La redondance du dispositif d'affichage à matrice de cristaux liquides 1, excité par l'intermédiaire de transistors à film mince, consiste maintenant en ce que les éléments d'image 27 et 28 peuvent être excités séparément et en synchronisme. Dans un cas général, seulement les éléments d'image d'une matrice sont excités. Lors d'une déficience d'un élément d'image de cette matrice à cause d'un transistor à film mince défectueux, ce transistor à film mince est séparé, le cas échéant, par découpage au laser et l'élément d'image est excité à l'aide du transistor à film mince prévu en redondance. Le dispositif d'affichage à matrice de cristaux liquides 1 est agencé de telle sorte que le plan de polarisation de la lumière polarisée arrivant sur les deux couches de cristaux liquides 20, 21 tourne respectivement de 90 dans la condition de non-excitation des éléments d'image 27, 28, c'est- à-dire qu'elle tourne au total de 180 . Lorsque les deux polariseurs 7, 19 sont disposés en croix l'un par rapport à l'autre, le point d'image 26 apparait sombre. En marche normale, seulement la première matrice 29 est excitée par tous les signaux d'image tandis que la seconde matrice 30 n'est pas excitée. Dans un élément d'image excité 27, la rotation du plan de polarisation est supprimée car la couche de cristaux liquides 20 est optiquement isotrope dans la zone excitée. Le point d'image 26 apparaît clair. Par une disposition en parallèle des polariseurs 7 et 19, il est possible d'inverser le contraste noir-blanc. Les matrices 29 et 30 fonctionnent de façon respectivement isolée, en les considérant chacune comme une matrice de structure conventionnelle. Lorsqu'un défaut affecte maintenant un élément d'image 27 de la matrice 29, il peut être compensé par une excitation correspondante de l'élément d'image redondant 28 de la matrice 30. Lorsqu'un élément d'image 27 devient défectueux à cause de la forte valeur ohmique ou de la coupure d'un transistor à film mince, ce défaut peut être compensé par excitation de l'élément d'image redondant 28. Dans le cas o l'élément d'image défectueux 27 ne peut pas encore être partiellement excité, le transistor à film mince de cet élément d'image est séparé par une coupe au laser. Quand un élément d'image 27 devient défectueux à cause du mauvais blocage d'un transistor à film mince 5, ce transistor à film mince 5 est séparé de toute manière. L'excitation est réalisée par l'intermédiaire de l'élément d'image redondant 28. La détection des éléments d'image défectueux 27, 28 est réalisée par une analyse optique de la transmission de lumière et la détection de défaut du dispositif d'affichage à matrice de cristaux liquides est réalisée par affichage d'images-test appropriées. Du fait que les deux matrices 29, 30 peuvent être excitées séparément, il est possible de détecter d'une manière nette les transistors à film mince qui sont défectueux, de sorte qu'il est possible de réaliser une séparation complètement automatique des transistors à film mince défectueux. Lorsque le dispositif d'affichage à matrice de cristaux liquides est agencé comme un dispositif d'affichage en couleurs, un masque de filtrage en mosaïque est situé sur un des substrats. La cellule à cristaux liquides conforme à l'invention peut être utilisée comme une photo-valve d'une pression optique. Il est également possible d'agencer la cellule à cristaux liquides sous la forme d'un dispositif d'afficha- ge à cristaux liquides comportant des modèles d'image prédéterminés, par exemple sous la forme d'un indicateur à installer sur le tableau de bord d'une automobile ou bien d'un indicateur horaire. Lors de l'utilisation comme dispositif d'affichage à cristaux liquides, il est prévu, pour le mode de réflexion, sur le filtre de polarisation un miroir qui est enlevé ou écarté lors du fonctionnement dans le mode de transmission. Les substrats 6, 10 et 14 peuvent être constitués de verre, d'une matière plastique ou d'une autre matière transparente appropriée. Ils peuvent avoir le dimensionnement d'une cellule à cristaux liquides mais également comporter une surface plus grande sur laquelle peuvent être formées simultanément plusieurs cellules à cristaux liquides. Les cadres d'espacement 9 et 13 peuvent se composer d'un corps d'espacement, qui divise la cellule à cristaux liquides en plusieurs zones. Les éléments d'espacement 22 sont constitués par des billes ou par des particules de fibres, mais ils peuvent également être supprimés. Les substrats peuvent également être collés directement l'un avec l'autre sans l'utilisation d'un cadre d'espace- ment. REVENDICATIONS 1. Cellule à cristaux liquides à excitation active, dans laquelle à chaque point-image sont associés plusieurs transistors à film mince redondants, caractéri- sée en ce qu'au moins deux transistors à film mince redondants (5, 16) sont disposés sur différents substrats (6, 14) ou sur différents côtés de substrats (10) et peuvent être excités séparément. 2. Cellule à cristaux liquides selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle est agencée comme une cellule double et comporte un premier filtre de polarisation (7), sur lequel est placé un premier substrat transparent (6), une première couche de cristaux liquides (20), un second substrat (10), une seconde couche de cristaux liquides (21), un troisième substrat (14), un second filtre de polarisation (19) ainsi que les électrodes d'image (8, 15), comportant des transistors à film mince (5, 16) et placées sur les côtés des substrats (6, 14) qui sont dirigés vers les couches de cristaux liquides (20, 21), en ce que les électrodes d'image (8, 15) des deux couches de cristaux liquides (20, 21) déterminent chacune la forme des éléments d'image, en ce que les électrodes d'image (8, 15) sont reliées galvaniquement avec au moins un transistor à film mince respectif (5, 16), en ce qu'elles sont associées, sur le substrat opposé (10), à une contre-électrode (11, 12) commune à toutes et en ce que des électrodes d'image (8, ), associées à des transistors à film mince redondants (5, 10) et pouvant être excitées séparément sont agencées et disposées avec recouvrement identique et sont commandées optiquement en série. 3. Cellule à cristaux liquides selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte un premier filtre de polarisation, sur lequel est placé un premier substrat, une couche de cristaux liquides, un second substrat, un second filtre de polarisation ainsi que des électrodes d'image avec transistors à film mince, qui sont situées sur les côtés dirigés vers la couche de cristaux liquides, en ce que les électrodes d'image se composent d'électrodes individuelles placées l'une en regard de l'autre et déterminant la forme des éléments d'image, en ce que les électrodes d'image sont respectivement reliées galvaniquement au moins avec un transistor à film mince et en ce que des électrodes d'image, associées à des transistors à film mince redondants et pouvant être excitées séparément, sont agencées et disposées avec recouvrement identique et sont commandées optiquement en série.