Brevet FR2704347A1 — publié le 19941028

Matrice active pour affichages à cristaux liquides La présente invention concerne, d'une manière générale, des affichages à cristaux liquides et, plus particulierement, des affichages à cristaux liquides pourvus de matrices actives comportant des éléments de matrices redondants. La demande en faveur d'affichages à cristaux liquides (LCD) pour des appareils vidéo, informatiques et de télévision a augmenté rapidement. Pour atteindre une haute qualité d' image, on obtient une grande fiabilité de fonctionnement des éléments d'image du LCD à matrice active en prévoyant une redondance des éléments de la matrice. La demande de brevet japonais publiée avant examen N" 60-192369, HO1L 29/78 décrit un LCD à matrice active de ce type. En référence à la figure 1, les circuits prévus pour une matrice active de ce type comprennent plusieurs éléments d'image formés sur un substrat isolant en une matrice de n rangées et m colonnes perpendiculaires les unes aux autres. Chaque élément d'image comprend un transistor de commutation à films minces (TFT) 3 et une électrode d'affichage 4. La matrice comprend également plusieurs bus d'adresses 1-1, 1-2, 1-3, .,.,l-n parallèles aux rangées des éléments d'image, et plusieurs bus de données 2-1, 2-2, 2-3, ..., 2-m parallèles aux colonnes des éléments d'image. L'électrode d'affichage 4 est reliée à un bus d'adresses correspondant, par exemple 1-1, et à un bus de données correspondant, par exemple 2-m, par l'intermédiaire du TFT 3. Le signal d'adresse est appliqué extérieurement au bus d'adresses, et le signal vidéo est appliqué au bus de données. La grille du TFT 3 est reliée au bus d'adresses, son drain est relié au bus de données, et sa source est reliée à l'électrode d'affichage 4. Un LCD à matrice active de ce type présente une fiabilité de fonctionnement faible car la défaillance du TFT 3 et/ou de l'électrode d'affichage 4 provoque la défaillance de l'élément d'image en cours de fonctionnement. En outre, lorsque le bus d'adresses et/ou le bus de données devient défectueux, cela entraîne la défaillance de tous les éléments d'image reliés à ce bus d'adresses et/ou de données défectueux. On a tenté de remédier à ces inconvénients. Par exemple, la demande de brevet russe N" 5019570/24 déposée le 21 janvier 1992 décrit un LCD à matrice active dans lequel il est prévu une redondance des éléments de la matrice active. En référence à la figure 2, chaque élément d'image comprend quatre électrodes d'affichage 41, 4II, 4111 et 41V et quatre transistors TFT 31, 3II, 3III et 3IV, Chacune de ces quatre électrodes d'affichage est reliée à un TFT correspondant parmi les quatre TFT et puis à une paire de bus d'adresses et de données correspondante. La matrice comprend plusieurs bus d'adresses 1-1, 1-2, ..., 1-n et plusieurs bus de données 2-1, 2-2, ..., 2-m perpendiculaires les uns aux autres. Chaque bus d'adresses comprend deux bus auxiliaires d'adresses parallèles aux rangées et chaque bus de données comprend deux bus auxiliaires de données parallèles aux colonnes des éléments d'image. Deux bus auxiliaires d'adresses et deux bus auxiliaires de données respectifs entourent un élément d'image correspondant qui comporte quatre électrodes d'affichage. Par exemple, le bus d'adresse 1-1 comprend des bus auxiliaires d'adresses 1-1' et 1-1" et le bus de données 2-1 comprend des bus auxiliaires de données 2-1' et 2-1". Par conséquent, les signaux d'adresse et de données sont fournis à l'élément d' image par l'intermédiaire d'une paire correspondante parmi les paires de bus auxiliaires d'adresses, par exemple 1--1' et 1-1", 1-2' et 1-2", ..., 1-n' et l-n", et par l'intermédiaire d'une paire correspondante parmi les paires de bus auxiliaires de données 2-1' et 2-1", 2-2' et 2-2", ..., 2-m' et 2-m". En outre, il est prévu une liaison électrique latérale 5 qui relie électriquement chaque paire de bus auxiliaires de données, par exemple 2-1' et 2-1", et qui divise les quatre électrodes d'affichage 4I, 411, 4111 et 4IV en un premier groupe comprenant 41 et 4il, d'un côté, et un second groupe comprenant 41II et 4, de l'autre. De même, il est prévu une liaison électrique verticale 6 qui relie électriquement chaque paire de bus auxiliaires d'adresses, par exemple 1-1' et 1-1", et qui divise les quatre électrodes d'affichage en un troisième groupe comprenant 4I et 4ici, d'un côté, et en un quatrième groupe comprenant 4" et 41V, du côté opposé. La liaison électrique latérale 5 est reliée à la source de l'ensemble des quatre TFT 31, 3II, 3III et 3IV de chaque élément d'image. Par conséquent, si l'un quelconque des bus auxiliaires de données devient défectueux, la liaison électrique latérale 5 va shunter le bus défectueux pour ainsi assurer la fourniture des signaux vidéo aux TFT 3 par l'intermédiaire de parties non défectueuses du bus de données. De la même manière, si l'un quelconque des bus auxiliaires d'adresses devient défectueux, la liaison verticale 6 assure la fourniture du signal d'adresse aux TFT 3 par l'intermédiaire de parties non défectueuses du bus d'adresses. D'autre part, si l'un quelconque des TFT 3 ou l'une quelconque des électrodes d'affichage 4 devient défectueux ou défectueuse, 1/4 seulement de l'élément d'image devient inactif, ce qui améliore par conséquent la fiabilité de fonctionnement générale de la matrice. La matrice de la figure 2 présente toutefois des inconvénients. Etant donné que certains des bus auxiliaires de données comme par exemple 2-1" et 2-2', ..., 2-(m-1)" et 2-m', sont disposés d'une manière très rapprochée entre les éléments d'image, il existe une forte probabilité pour que ces bus auxiliaires de données soient court-circuités. Lorsqu'il se produit, -ce court-circuit provoque la défaillance de deux colonnes adjacentes d'éléments d'image pendant leur fonctionnement, ce qui détériore par conséquent la fiabilité fonctionnelle de la matrice. En outre, la nécessité de placer un élément d'image entre-- les bus auxiliaires de données et les bus auxiliaires d'adresses rend malaisée l'application d'une structure de matrice active de ce type à des LCD en couleurs comportant une disposition triangulaire des éléments d'image couleur. La présente invention a pour but de supprimer les inconvénients susmentionnés de la matrice conventionnelle. Conformément à un premier aspect de la présente invention telle qu'elle est mise en oeuvre et définie d'une manière générale ici, la matrice active pour affichages à cristaux liquides comporte plusieurs éléments d'image, plusieurs bus d'adresses, et plusieurs bus de données perpendiculaires aux bus d'adresses. Chaque bus d'adresses comprend deux bus auxiliaires d'adresses espacés l'un de l'autre, et chaque bus de données comprend deux bus auxiliaires de données espacés l'un de l'autre. Chaque élément d'image comprend deux électrodes d'affichage ; un premier moyen de commutation monté entre chaque électrode d'affichage et un premier des deux bus auxiliaires d'adresses d'un bus d'adresses correspondant parmi les bus d'adresses et un bus de données correspondant parmi les bus de données ; et un second moyen de commutation monté entre chaque électrode d'affichage et un second des deux bus auxiliaires d'adresses du bus d'adresses correspondant et le bus de données correspondant, chaque bus auxiliaire de données étant séparé de l'autre par au moins une électrode d'affichage. Conformément à un second aspect de la présente invention, la matrice active pour affichages à cristaux liquides comprend plusieurs éléments d'image disposés en rangées et en colonnes perpendiculaires les unes aux autres. Chaque élément d'image représente une couleur correspondante parmi plusieurs couleurs formant collectivement un élément d'image couleur. Chaque élément d'image comprend au moins deux électrodes d'affichage, la position des deux électrodes d'affichage représentant une couleur sur l'une des rangées d'éléments d'image étant décalée latéralement d'au moins une électrode d'affichage par rapport à la position des deux électrodes d'affichage représentant une couleur différente sur une rangée adjacente, pour former une structure triangulaire représentant l'élément d'image couleur entre les rangées adjacentes. Les buts et avantages de la présente invention vont, pour partie, être définis dans la description suivante et, pour partie, ressortir de celle-ci ou être tirés des enseignements d'une mise en oeuvre de l'invention. Ces buts et avantages de l'invention sont atteints et obtenus grâce aux éléments et aux combinaisons particulièrement définis dans les revendications annexées. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée suivante d'un mode de réalisation préféré, donnée à titre d'exemple nullement limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels la figure 1 représente les circuits destinés à un LCD à matrice active de 1 ' art antérieur la figure 2 représente les circuits destinés à un autre LCD à matrice active de l'art antérieur, comportant des éléments de matrice redondants la figure 3 représente les circuits prévus pour un LCD à matrice active, conforme au mode de réalisation préféré de la présente invention ; la figure 4 est une vue en plan de la disposition d'une partie du LCD à matrice active de la figure 3 ; et la figure 5 est une vue en coupe réalisée suivant la ligne A-A de la figure 4. Avant de passer à la description détaillée des figures, il convient de signaler que les mêmes numéros de référence sont utilisés dans l'ensemble des dessins, à chaque fois que cela est possible, pour désigner des éléments identiques ou similaires. En référence à la figure 3 qui représente les circuits prévus pour un LCD à matrice active conforme au mode de réalisation préféré de la présente invention, la matrice comprend plusieurs éléments d'image disposés en une matrice de n rangées et m colonnes. Les rangées des éléments d'image sont respectivement répétees toutes les deux rangées. Par exemple, une rangée 1 (correspondant au bus d'adresses 1-1 sur la figure 3) des éléments d'image est répétée dans une rangée 3 (correspondant au bus d'adresses 1-3) ; une rangée 2 est répétée dans une rangée 4 ; et une rangée (n-2) (non représentée) est répétée dans une rangée n. Chaque élément d'image comprend des première et seconde électrodes d'affichage 4', 4" de configuration identique. La matrice comprend également plusieurs bus d'adresses 1-1, 1-2, 1-3, ..., I-n parallèles aux rangées des éléments d'image et espacés les uns des autres ; et plusieurs bus de données 2-1, 2-2, 2-3, 2-4, ..., 2-m parallèles aux colonnes des éléments d'image et également espacés les uns des autres par une électrode d'affichage correspondante. Chaque bus d'adresses, par exemple 1-l, comprend, en outre, des premier et second bus auxiliaires d'adresses, par exemple 1-1' et 1-1", séparés l'un de l'autre par une électrode d'affichage correspondante de l'élément d'image en étant disposés de part et d'autre de celle-ci ; chaque bus de données, par exemple 2-1, comprend des premier et second bus auxiliaires de données, par exemple 2-1' et 2-1", séparés l'un de l'autre par une électrode d'affichage correspondante de l'élément d'image en étant disposés de part et d'autre de celle-ci. Chaque électrode d'affichage 4', 4" possède deux transistors de commutation 3I et 3ICI, 3" et 3IV, respectivement. L'électrode d'affichage 4' est reliée au premier bus auxiliaire d'adresses 1-1' par l'intermédiaire du transistor de commutation 3I et au second bus auxiliaire d'adresses 1-1" par l'intermédiaire du transistor de commutation 3ici ; et l'électrode d'affichage 4" est relié au premier bus auxiliaire d'adresses 1-1' par l'intermédiaire du transistor de commutation 3II et au second bus auxiliaire d'adresses 1-1" par l'intermédiaire du transistor de commutation 3IV, Le drain de chacun des quatre transistors de l'élément d'image est relié à une électrode d'affichage correspondante ; sa grille est reliée à un bus auxiliaire d'adresses correspondant ; et sa source à un bus auxiliaire de données correspondant. Le drain et la source de chaque transistor sont interchangeables. Chaque élément d'image est activé simultanément par une paire correspondante parmi les paires de bus auxiliaires d'adresses 1-1' et 1-1", ..., 1-n' et l-n" et par une paire correspondante parmi les paires de bus auxiliaires de données 2-1' et 2-1", ..., 2-m' et 2-m". Pour chacune des paires de bus auxiliaires d'adresses, il est prévu une ou plusieurs liaisons électriques verticales 6 qui relient électriquement la paire de bus auxiliaires d'adresses afin d'assurer la fourniture du signal d'adresse aux transistors, lorsque l'un quelconque des bus auxiliaires d'adresses devient défectueux. De la même manière, pour chaque paire de bus auxiliaires de données, il est prévu une ou plusieurs liaisons électriques latérales 5 qui relient électriquement la paire de bus auxiliaires de données. La liaison latérale 5 sert de source pour les transistors de commutation 3I, 3III d'un premier trajet de l'élément d'image, et pour les transistors de commutation 3II et 3 d'un second trajet adjacent de l'élément d'image. Pour supprimer une mise en court-circuit de bus auxiliaires de données adjacents (ou de bus de données adjacents), chaque paire de bus auxiliaires de données est séparée de l'autre par l'une des deux électrodes d'affichage 41, 4II de l'élément d'image. En outre, pour obtenir une disposition triangulaire des éléments d'image couleur de la matrice active, chacun des éléments d'image d'une rangée est décalée latéralement d'un demi-écartement d'élément d'image par rapport à un élément d'image correspondant parmi les éléments d'image de la rangée adjacente, de sorte que trois éléments d'image (qui comprennent chacun deux électrodes d'affichage) correspondant à des éléments de couleur R, G, et B forment une structure triangulaire comme celle indiquée par une zone hachurée sur la figure 3. La figure 4 montre une vue en plan de la disposition d'une partie de la matrice active de la figure 3, comportant des liaisons électriques 5 et 6 et des transistors de commutation disposés entre les bus auxiliaires de données de j-ième et (j+l)ième colonnes. Des lignes en traits mixtes indiquent les zones semiconductrices des transistors de commutation 31, 3II, 3IIi et 3 réalisés à partir de silicium a. Les bus auxiliaires d'adresses 1-i" et 1-(i+1)' servent de grilles pour les transistors de commutation 3I et 31V, tandis que les liaisons électriques 5 servent de sources pour les transistors de commutation 311 et 3"'. Les liaisons électriques 5 et les sources des transistors 3I et 3 sont reliées aux bus de données 2-j', 2-j" et 2-(j+l)' au moyen de contacts 7. Le procédé de fabrication est expliqué ci-après en référence à la figure 5. Un film de chrome a été formé sur un substrat en verre par évaporation sous vide. Les bus auxiliaires d'adresses 1-i" et 1-(is1)' et la liaison électrique 6 ont été formés par photogravure à partir de ce film Ces bus auxiliaires servent en même temps de grilles pour les transistors de commutation. Puis, un nitrure de silicium 9 a été déposé par pulvérisation cathodique pour former un diélectrique de grille. Un film de silicium a a été déposé sur le diélectrique de grille, film de silicium a à partir duquel les zones semiconductrices des transistors de commutation ont été formées par photogravure. Des films de N+a-Si:H 11 et de chrome 12 ont été ensuite déposés successivement et les zones de source et de drain des transistors de commutation ainsi que la liaison électrique 5 ont été formées par photogravure et par une attaque chimique sélective à partir de ces films. Ensuite, un film conducteur transparent d'oxyde d'indium a été déposé et les électrodes d'affichage ont été formées par photogravure à partir de ce film. Un film de nitrure de silicium 14 servant de diélectrique de protection a ensuite été déposé et les fenêtres de contact avec les liaisons électriques et les sources des transistors de commutation ont été ouvertes dans ce film. Puis, un film d'aluminium a été déposé, film d'aluminium à partir duquel les bus auxiliaires de données (non représentés sur la figure 5) ont été formés par photogravure. La matrice active pour LCD de la présente invention, telle qu'elle est mise en oeuvre ici, a comme caractéristique particulière que chaque élément d'image de la matrice comprend au moins deux électrodes d'affichage dont chacune possède, associés à elle, deux transistors de commutation. Chaque bus d'adresses associés à un élément d'image possède deux bus auxiliaires d'adresses séparés l'un de l'autre par l'électrode d'affichage. Chaque bus de données possède deux bus auxiliaires de données dont chacun est séparé de l'autre par l'électrode d'affichage des éléments d'image. Le drain de chaque transistor de commutation dans chaque élément d'image est relié à une électrode d'affichage correspondante ; sa grille est reliée à un bus auxiliaire d'adresses correspondant, et sa source à un bus auxiliaire de données correspondant. Pour chaque paire de bus auxiliaires d'adresses, il est prévu une ou plusieurs liaisons électriques verticales qui relient chacune électriquement la paire de bus auxiliaires d'adresses et servent de grilles aux transistors de commutation associés. De la même manière, pour chaque paire de bus auxiliaires de données, il est prévu une ou plusieurs liaisons électriques latérales qui relient chacune électriquement la paire de bus auxiliaires de données et servent de sources aux transistors de commutation associés. Conformément à un autre aspect de la présente invention, chaque rangée des éléments d'image est répétée toutes les deux rangées. Chacun des éléments d'image de chaque rangée est décalé d'un demi-écartement d'élément d'image par rapport à un élément d'image correspondant parmi les éléments d'image de la rangée adjacente pour faciliter la construction d'une configuration triangulaire d'éléments d'image couleur. Par conséquent, grâce à la structure de la matrice active de la présente invention, un court-circuit entre les bus de données adjacents est évité et une application pour des LCD en couleurs devient plus facile. Bien que la description précédente ait porté sur un mode de réalisation préféré de la présente invention, il est bien entendu que celle-ci n'est pas limitée à l'exemple particulier décrit et illustré ici, et l'homme de l'art comprendra aisément qu'il est possible d'y apporter de nombreuses variantes et modifications sans pour autant sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1- Matrice active pour affichages à cristaux liquides, caractérisée en ce qu'elle comprend plusieurs éléments d'image disposés en rangées et en colonnes perpendiculaires les unes aux autres, chaque élément d'image représentant une couleur correspondante parmi plusieurs couleurs formant collectivement un élément d'image couleur, et chaque élément d' image comprenant au moins deux électrodes d'affichage '4', 4") ; et en ce que la position des deux électrodes d'affichage (4', 4") représentant chaque couleur d'une rangée d'éléments d'image et décalée latéralement d'au moins une électrode d'affichage par rapport à la position des deux électrodes d'affichage représentant une couleur différente sur une rangée adjacente, pour former une structure triangulaire représentant l'élément d'image couleur entre les rangées adjacentes. 2- Matrice active selon la revendication 1, caractérisée en ce que chaque rangée des éléments d'image est répétée toutes les deux rangées. 3- Matrice active selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte également plusieurs bus d'adresses (11, 1-2, 1-3, ..., 1-n) et plusieurs bus de données (2-1, 2-2, 2-3, 2-4, ..., 2-m), chaque bus d'adresses comprenant deux bus auxiliaires d'adresses (1-1', 1-1" ; 1-2', 1-2" ; 1-3', 1-3" ; ... ; l-n', l-n"), et chaque bus de données comprenant deux bus auxiliaires de données (2-1', 2-1" ; 2-2', 2-2" 2-3', 2-3", 2-4', 2-4" ; ... ; 2-m', 2-m"), et en ce que chaque électrode d'affichage (4', 4") est séparée de l'autre par un bus auxiliaire de données. 4- Matrice active selon la revendication 3, caractérisée en ce que les deux bus auxiliaires de données de chaque bus de données comprennent un ou plusieurs moyens (5) destinés à les relier électriquement l'un à l'autre. 5- Matrice active selon la revendication 3, caractérisée en ce que les deux bus auxiliaires d'adresses de chaque bus d'adresses sont espacés l'un de l'autre et comprennent un ou plusieurs moyens (6) destinés à les relier électriquement l'un à l'autre.