Brevet FR2706215A1 — publié le 19941216

PROCEDE DE REALISATION DE CALES D'EPAISSEUR POUR UN ECRAN PLAT A CRISTAUX LIQUIDES La présente invention a pour objet un procédé de fabrication d'écrans plats à cristaux liquides à drivers intégrés ou non intégrés, comportant une étape de réalisation de cales d'épaisseur, ainsi qu'un écran obtenu par un tel procédé de fabrication. Un écran plat à cristaux liquides est constitué d'un certain nombre de cellules électro-optiques (pixels pour "picture elements") arrangées en lignes et colonnes, pouvant être commandées chacunes par un dispositif de commutation et comportant deux électrodes encadrant un cristal liquide dont les propriétés optiques sont modifiées en fonction de la valeur du champ qui le traverse. L'adressage par l'électronique de commande périphérique de ces pixels s'effectue par l'intermédiaire de lignes (lignes de sélection) qui commandent l'état passant et non-passant des dispositifs de commutation, et de colonnes (lignes de données) transmettant, lorsque le dispositif de commutation est passant, la tension correspondant au signal de donnée à appliquer aux bornes des électrodes. Les électrodes, les dispositifs de commutation, les lignes et les colonnes sont déposés et gravés sur une même plaque substrat, ils constituent la matrice active de l'écran. Avantageusement, les circuits de commande périphériques sont eux aussi intégrés sur la plaque substrat comportant la matrice active. La fabrication de tels écrans s'effectue généralement de la manière suivantes: sur une plaque-substrat non-conductrice ou passivée (par exemple en verre dans le cas d'écran à projection) sont déposés et gravés la matrice active (les électrodes, les transistors de commande des électrodes, les lignes de connections aux circuits d'adressages périphériques) et les circuits d'adressage périphériques dans le cas d'une technologie à drivers intégrés. Puis, des cales d'épaisseurs calibrées sont réalisées de manière à maintenir une épaisseur fixée et constante sur tout l'écran, entre la plaque substrat comportant la matrice active, et la contre plaque comportant la ou les contre-électrodes. Le cristal liquide va être introduit sous vide dans le volume ainsi obtenu et l'ensemble scellé par un joint de colle. Ce volume doit être parfaitement calibré pour tous les écrans à cristal liquide de façon à optimiser leur transmission. Dans le cas de l'effet Twisté Nématique le plus utilisé industriellement, la loi optique suivante doit être respectée: où, An est la biréfringence du cristal liquide, e l'épaisseur du pixel et X la longueur d'onde de la lumière (centrée en général sur le rouge). II existe actuellement trois techniques de fabrication de ces cales d'épaisseur. La plus ancienne consiste à réaliser des cales d'épaisseur par une croissance de silice (Si02) par évaporation sous vide de SiO au travers d'un masque définissant les cotes de ces cales. Cette technique a été abandonnée rapidement au profit d'un dépôt de fibres calibrées de 3 à 20 lim généralement, déposées par spray humide, cette technologie étant plus simple et rapide. Pour certaines applications nécessitant des cales d'épaisseur inférieures à 3 lm, on utilise des techniques de photolithographie. Elles consistent en un dépôt d'un polymère photosensible contrôlé en épaisseur, insolé et développé selon un masque définissant les cotes des cales. Ces deux dernières techniques - spray de fibres de verre et/ou cales d'épaisseur en résine photosensible - comportent un inconvénient majeur. Lors du stockage à basse température à -400c, le cristal liquide se rétracte d'environ 20% en volume alors que les fibres de verre et/ou les cales d'épaisseur en résine photosensible sont trop rigides pour suivre cette contraction. La contre plaque vient se bloquer et forcer sur ces cales rigides et des poches de vide se créent entre la plaque et la contre plaque. Ces poches de vide ne disparaissent pas lors du retour à température ambiante, ce qui nuit à la qualité des pixels. Pour remédier à cet inconvénient, des billes calibrées en polymère de 1,5 lim à 14 lim sont actuellement utilisées. Le polymère utilisé est suffisament souple pour se rétracter à basses températures en même temps que le cristal liquide, et ainsi éviter les défauts dus à la présence de poches de vide persistantes. II reste un inconvénient au spray de billes en polymère qui est que la position des billes n'est pas du tout maitrisée puisque celles-ci sont réparties au hasard. De ce fait, les défauts d'alignement du cristal liquide autour de chaque bille limitent les performances en termes de contraste de l'écran. La présente invention concerne un procédé de fabrication simple et économique d'écrans plats comportant une étape de réalisation des cales d'épaisseur qui permet d'éviter à la fois la création de poches de vide à basse températures dans le cristal liquide, et les problèmes de défauts d'alignement du cristal liquide autour des cales d'épaisseur. En effet, la présente invention a pour objet un procédé de fabrication d'écrans plats à cristaux liquides contenus entre une plaque substrat sur laquelle peut être réalisée une matrice active et une contre plaque maintenues à une distance déterminée par des cales d'épaisseur calibrées, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de fabrication de cales d'épaisseur obtenues par un mélange d'un matériau rigide et de particules calibrées dont la forme et le matériau leur offrent une certaine souplesse, déposé sur la plaque substrat. De préférence, le matériau rigide est un polymère et les particules calibrées, des billes ou des fibres en polymère. Une autre caractéristique importante de la présente invention est que l'épaisseur du polymère est inférieure à celle des particules calibrées. Ainsi, en plus d'éviter les poches de vide lorsque le cristal liquide se rétracte en refroidissant, le polymère photosensible (ou non) maintient les billes ou fibres et permet de parfaitement les positionner. Ce polymère peut aussi, s'il est constitué d'un matériau opaque, servir de protection des transistors contre la lumière. Les billes en polymères, si elles sont colorées, peuvent elles aussi servir aux transistors de masque opaque tout en assurant une parfaite maîtrise du volume occupé par le cristal liquide, et ce, quelques soient les conditions de température dues au procédé de fabrication ou à des conditions extrèmes d'utilisation ou de stockage des écrans. La présente invention sera mieux comprise et des avantages supplémentaires apparaitront à la lecture de la description qui va suivre, illustrée par la figure 1. Cette figure 1 représente une vue en coupe d'un écran au cours de son procédé de fabrication. Une plaque-substrat 1 en matériau isolant, ou passivée par exemple par une fine couche de nitrure de silicium, est de préférence constituée d'un matériau transparent comme du verre, du quartz ou du plastique. Sur cette plaque substrat 1 une matrice active (non représentée) peut être réalisée, constituée de lignes de sélections, lignes de données, dispositifs de commutation (diodes ou transistors) et électrodes transparentes de pixels (ou opaques selon le type d'écran), commandées par ces dispositifs, ainsi que les éventuels circuits de commande périphériques (non représentés). Au cours de la phase suivante du procédé de fabrication, un matériau rigide 2 du type polymère déposé, mélangé à des particules calibrées (3) dont la forme leur autorise une certaine souplesse comme des billes ou des fibres (ou les deux à la fois) est déposé sur la plaque 1 munie éventuellement de la matrice active. Ce polymère peut être photosensible ou non. De préférence on utilisera un matériau de type polyimide (LBL pour "Light Blocking Layer") sur une épaisseur inférieure à celle désirée pour obtenir la meilleure transmission du cristal liquide 4. Les billes ou les fibres 3 peuvent être de formes quelconques, mais ont des dimensions calibrées de manière à ce qu'elles dépassent l'épaisseur du polyimide sur une hauteur permettant au cristal liquide de se contracter en se refroidissant, sans que la contre-plaque (non représentée sur la figure) portant la contre-électrode ne viennent forcer sur le polyimide 2, les billes ou fibres 3 étant suffisament souples pour suivre la contraction du cristal liquide. Autrement dit, si e est l'épaisseur de la cellule, e1 I'épaisseur du polymère et e2 I'épaisseur des billes ou fibres, e2 = e > el. Sur la représentation de la figure 1, la partie gauche du polymère ne comporte pas de billes, celle du centre en comporte deux, et celle de droite une. Un exemple de dimensionnement de ces composants peut être: des billes ou fibres de hauteur de 4,5 ou 6 microns, et une épaisseur de polyimide de l'ordre de 3,5 microns. Un avantage du procédé selon l'invention est qu'il n'est plus besoin de maitriser parfaitement l'épaisseur du polyimide dans le cas où il sert de protection contre la lumière pour les transistors actifs, il suffit de laisser une hauteur suffisante entre l'épaisseur de polyimide et celle des billes pour permettre au cristal liquide pris entre la plaque substrat 1 et la contre plaque, de se contracter. Ces particules calibrées 3 peuvent être des billes ou fibres de polymère, de silice ou de matériau souple, ou de tout autre matériau ayant une certaine souplesse, et les fibres peuvent être obtenues par découpes de batonnets de polymère ou de tout autre matériau présentant une certaine souplesse, calibrés en longueur et en diamètre. Le pourcentage de surface occupée par les billes ou fibres par rapport à la surface totale occupée par le polymère, peut être de préférence de 0,01% à 10%. D'autre part, le polyimide 2 utilisé dans le procédé selon l'invention est de préférence opaque (ou coloré) et déposé mélangé aux billes, puis l'ensemble est photolithographié de manière à ne subsister que sur les parties semiconductrices de l'écran dans le cas où celles-ci seraient exposées à la lumière venant du dessus. Un avantage supplémentaire peut être obtenu en déposant le polyimide opaque mélangé aux billes ou fibres sur les parties de la matrice active optiquement non actives, afin d'améliorer le contraste de l'écran en masquant les zones de la matrice active comprises entre les électrodes. Le polymère et les billes jouant ainsi le rôle de "Black Matrix". Dans ces deux cas, les billes ou fibres peuvent être opaques ou transparentes. La présente invention s'applique à la fabrication de tous les types d'écrans plats utilisant des cristaux liquides. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'écrans plats à cristaux liquides (4) contenus entre une plaque substrat (1) et une contre plaque maintenues à une distance déterminée (e) par des cales d'épaisseur calibrées (3), caractérisé en ce qu'il comporte une étape de fabrication de cales d'épaisseur (2,3) obtenues par un mélange d'un matériau rigide (2) et de particules calibrées (3) dont la forme et le matériau leur offrent une certaine souplesse, déposé sur la plaque substrat. 2. Procédé de fabrication d'écrans plats à cristaux liquides (4) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte des étapes de fabrication d'une matrice active sur la plaque substrat (1). 3. Procédé de fabrication d'écrans plats à cristaux liquides (4) active selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le matériau rigide (2) est un polymère. 4. Procédé de fabrication d'écrans plats à cristaux liquide (4) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'épaisseur (e1) du polymère (2) est inférieure à celle (e2) des particules calibrées (3). 5. Procédé de fabrication d'écrans plats à cristaux liquides (4) selon la revendication 4, caractérisé en ce que les particules calibrées (3) sont en polymère ou en silice. 6. Procédé de fabrication d'écrans plats à cristaux liquide (4) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les particules sont des billes (3) de diamètre (e2) calibré. 7. Procédé de fabrication d'écrans plats à cristaux liquide (4) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les particules sont des fibres en matériau rigide ou souple calibrées (3) en diamètre et en longueur. 8. Procédé de fabrication d'écrans plats à cristaux liquides (4) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les particules calibrées (3) sont un mélange de billes selon la revendication 6 et de fibres selon la revendication 7. 9. Procédé de fabrication d'écrans plats à cristaux liquides (4) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le polymère (2) est opaque et que le mélange polymère (2) particules (3) est déposé sur les surfaces semi-conductrices de la matrice active. 10. Procédé de fabrication d'écrans plats selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le polymère (2) est opaque et que le mélange polymère (2) - particules (3) est déposé sur les parties de la matrice active autres que les électrodes. 11. Procédé de fabrication d'écrans plats selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le mélange est constitué entre 0,01% et 10% de particules calibrées (3). 12. Procédé de fabrication d'écrans plats selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le polymère (2) a une épaisseur d'environ 3,5 microns et que les particules calibrées (3) ont un épaisseur comprise entre 4 et 6 microns. 13. Ecran plat à cristaux liquides caractérisé en ce qu'il est réalisé par un procédé de fabrication comportant une étape de fabrication de cales d'épaisseur selon l'une quelconque des revendications précédentes.