Brevet FR2717275A1 — publié le 19950915

Afficheur à cristaux liquides La présente invention concerne un afficheur à cristaux liquides comprenant des cristaux liquides et, de part et d'autre de ceux-ci, des dispositifs électroconducteurs formant électrodes dont un est tourné vers l'environnement d'observation par rapport aux cristaux liquides. Les définitions suivantes faciliteront la compréhension de la présente description. - Domaine spectral de la lumière visible: appelé dans ce qui suit domaine spectral visible et exprimé par la longueur d'onde X: 380 nm s A X 770 nm (1) RS: f RX (X) V ()S(X)dX RVIS [] = 100 (2) 770 f V(X)S(X)dX R(X) désignant la réflexion spectrale avec la longueur d'onde X, V(X) la sensibilité lumineuse spectrale de l'oeil humain, S(X) la fonction de rayonnement spectrale du type de lumière utilisé, comme par exemple la répartition selon la lumière normalisée D65 selon DIN 5033. La figure 1 représente le principe de construction d'un afficheur à cristaux liquides connu. A partir de l'environnement d'observation U, d'o on observe l'afficheur, il est prévu un substrat 1 qui est transparent. Il se compose par exemple de verre. Puis on a une couche de cristaux liquides 2 et un substrat 3. Entre les cristaux liquides 2 et le substrat arrière 3 est prévue une couche formant électrode 4 qui est électroconductrice. Comme le sait l'homme de l'art, le substrat 3 et l'électrode 4 peuvent être transparents ou absorbants, suivant l'utilisation recherchée pour l'afficheur et suivant son installation. Entre les cristaux liquides 2 et le substrat 1 est prévu le dispositif formant électrode avant 5, qui est d'un côté transparent et bien évidemment électroconducteur, et de l'autre côté structuré en fonction du motif à représenter de façon commandée sur l'afficheur. Le dispositif structuré formant électrode de la couche 5 peut se composer par exemple d'oxyde d'étain dopé à l'indium ITO. Etant donné qu'il s'agit là de l'utilisation préférée et courante de ce matériau, la suite ainsi que la description de l'invention partiront d'une électrode avant structurée formée de ce matériau. Au niveau de la transition entre le substrat 1 et les cristaux liquides 2, il se forme ainsi, le long de l'afficheur, deux zones différentes qui reflètent la lumière de manières différentes: Bo: zones sans couche formant électrode 5, dans lesquelles seule la surface limite substrat 1/cristaux liquides 2 contribue à la réflexion. Comme les valeurs de réfraction du matériau de substrat et du matériau de cristaux liquides obtenues sur le domaine spectral visible ne diffèrent que légèrement, on a par exemple: substrat: ns: environ 1,52 cristaux liquides: n: environ 1, 5 et donc: RVIS,O - 0. Bi: dans la seconde zone, les surfaces limites substrat 1/couche formant électrode 5 et couche formant électrode 5/cristaux liquides 2 contribuent à la réflexion. Si on désigne la valeur de réfraction moyenne dans le domaine spectral visible du matériau d'électrode par nrm, il ressort par exemple de l'observation de nfS: environ 1,52 n: environ 1,5 nITO: environ 1,9 qu'en raison des grandes différences de valeur de réfraction prédominantes au niveau de cette surface limite, il se produit des réflexions considérables qui dépendent de l'épaisseur de la couche formant électrode 5. La différence de réflexion AR au niveau des zones Bo et BI, qui se traduit par une différence de brillance, est définie de la façon suivante: AR = RvIs,I - RvIS, OI En plus des différences de réflexion résultantes AR, l'observateur d'un afficheur à cristaux liquides perçoit aussi, au niveau des zones B, et BO, une différence de couleur qui est provoquée par des spectres de réflexion R(X) différents avec et sans couche formant électrode 5, suivant RI(X) et Ro(X). Ces différences de couleur peuvent être exprimées par exemple en valeurs de coordonnées calorimétriques CIE, conformément à la norme DIN 5033, juillet 1970. En particulier avec les afficheurs à cristaux liquides présentant un fond noir, les différences optiques citées sont nettement perçues au niveau des zones B, et BO. Ainsi, la structure d'afficheur à afficher de façon commandée devient visible même quand elle n'est pas activée, ce qui peut bien évidemment entraîner des erreurs de lecture. Dans le tableau 1 qui suit sont représentées les valeurs RvsI et RvI,o dans le cas de la mise en oeuvre d'une couche formant électrode ITO 5, ainsi que les valeurs AR et les valeurs de coordonnées colorimétriques CIE associées x, y... La figure 2 montre, pour ce système connu et avec une épaisseur de couche de la structure d'électrode 5 en ITO de 25 nm, les spectres de réflexion RI(X) et RO(X) dans le domaine spectral. Tableau 1: réflexion avec (RVs.I) et sans couche d'ITO (RVs,O); AR = IRvIs,I - Rvs. oI; coordonnées calorimétriques CIE x, y...: d (ITO) Rvs.o X y RVIS. I X y AR nm % % % 0,00.31.33 0,45.22.22 0",45 25 0,00-.31.33 1,16.22.23 1,16 0,00.31.33 3,28.24.25 3,28 0,00.31.33 4,10.28.31 4)10 0,00.31.33 2,95.38.43 2,95 0,00.31.33 1,02.43.34 1,02 La présente invention s'est fixé pour but de supprimer les inconvénients mentionnés concernant la réflexion AR spécifique aux zones et concernant les spectres de réflexion spécifiques aux zones, sur un afficheur à cristaux liquides du type spécifié en introduction et décrit à titre d'exemple en référence aux figures 1 et 2, et ce grâce à un procédé pouvant être mis en oeuvre de façon économique. Ce but est atteint avec un afficheur à. cristaux liquides qui se caractérise en ce qu'il est prévu un dispositif formant couche d'égalisation sur au moins un côté d'une partie au moins du dispositif d'électrode tourné vers l'environnement d'observation, de telle sorte qu'on ait pour les grandeurs de réflexion RVs,I et RvS,o: AR = I Rv.sI [%] - RvO [%] 0,5 % La description qui suit fera ressortir, à l'aide de figures, d'autres caractéristiques et avantages de l'invention. La figure 1 montre la structure déjà décrite d'un afficheur à cristaux liquides connu, la figure 2 montre la réflexion spectrale au niveau des deux zones B, et Bo de l'afficheur à cristaux liquides de la figure 1, la figure 3 est une représentation analogue à celle de la figure 1, qui montre un premier mode de réalisation d'afficheur à cristaux liquides de l'invention, avec deux versions, les figures 4 et 5 montrent la courbe des réflexions spectrales dans les zones B, et Bo pour les deux versions représentées sur la figure 3, la figure 6 est une représentation analogue à celle des figures 1 et -3, qui montre un deuxième mode de réalisation d'un afficheur à cristaux liquides de l'invention, et la figure 7 montre un troisième mode de réalisation d'un afficheur à cristaux liquides de l'invention, représenté comme sur les figures 1, 3 et 6. Sur la figure 3, sur laquelle les éléments identiques à ceux de la figure 1 sont désignés par les mêmes chiffres de référence et qui montre un mode de réalisation préféré de la présente invention, une couche d'égalisation 7 est prévue selon l'invention entre le substrat 1 et la structure de couche formant électrode conductrice 5. Selon une première version du mode de réalisation de l'afficheur à cristaux liquides représenté sur la figure 3, le dispositif formant couche d'égalisation 7 se compose d'une couche simple M. Suivant le matériau et l'épaisseur de couche de la structure de couche formant électrode 5, laquelle épaisseur dépend de la résistance superficielle électrique souhaitée, les valeurs de réfraction et l'épaisseur physique de la couche simple M sont optimisées, de sorte que les différences de réflexion AR approchent de zéro. Le tableau 2 réunit les épaisseurs optimisées de la couche d'égalisation M pour une structure de couche formant électrode 5 composée d'ITO, avec n380o 2 nss0m 1,85 n77,0 1,7 et pour la valeur de réfraction de substrat moyenne r. - 1,52 et la valeur de réfraction de cristaux liquides moyenne nLC - 1,5, en fonction de l'épaisseur souhaitée d(ITO) pour la couche formant électrode 5, avec les réflexions moyennes résultantes Rvs,, Rvso et les valeurs de coordonnées colorimétriques CIE. Tableau 2: réflexion avec (Rvys,I) et sans couche d'ITO (Rvs,o); AR = IRV1s,I - Rsol; coordonnées colorimétriques CIE x, y...: d (M) n (M) V/4 d (ITO) Rviso x y Rvis,i x y AR nm m nm % % % 87 1,66 575 25 0,90.33.35 0,90.32.31 0,00 66 1,72 455 50 1,38.29.31 1,35.32.31 0,03 :]_ 58 1 72 400 75 1,38.29.31 1,35.32.31 0,03 61 1,67 410 100 0,87.29.31 0,89.31.31 0,02 79 1,65 520 125 0a75.31.34 0,77.31.35 0,02 Dans un mode de réalisation préféré, la couche d'égalisation simple M se compose de SiON qui est déposé de façon réactive grâce à la pulvérisation cathodique réactive par magnétron cc de silicium dans une atmosphère gazeuse oxygène/azote. La couche d'ITO est réalisée juste après grâce à la pulvérisation cathodique par magnétron cc d'ITO. A cet effet, un procédé et un dispositif de fabrication sont de préférence réalisés selon PR 9202 (demande de brevet européenne n 0564 789 du 15 février 1993). Selon une seconde version de l'afficheur à cristaux liquides préféré de l'invention représenté sur la figure 3, le dispositif formant couche d'égalisation 7 se compose d'une couche multiple, de préférence d'une double couche H, L, de sorte qu'on obtient, comme il est dessiné à gauche de la figure 3 en trait discontinu, la succession substrat 1/couche H/couche L/cristaux liquides 2, et couche d'ITO formant électrode/cristaux liquides 2. En fonction de l'épaisseur souhaitée pour la structure de couche conductrice formant électrode 5, en particulier en ITO, les valeurs de réfraction et les épaisseurs sont optimisées, là encore, au niveau de la double couche HL afin d'obtenir au moins approximativement AR = 0. Tableau 3: réflexion avec (RvIsI) et sans couche d'ITO (Rso); AR = I Rv-, I RVIS, 0; coordonnées calorimétriques CIE x, y...: d (H) n(H) d(L) d(ITO) Rvs,o x y Rvws X y AR nm nm nm % % % 8 2,28 40 25 0,66 26 28 0,64.32.33 0X02 13 220 29 50 1,37 27 28 1,36.32.32 0,01 Le tableau 3, pour deux épaisseurs choisies d(ITO) de la structure de couche formant électrode 5 et pour ITO comme matériau de couche formant électrode présentant les valeurs indiquées plus haut pour les valeurs de réfraction, et les valeurs de réfraction moyennes pour le substrat et le matériau de cristaux liquides, contient les épaisseurs optimisées d et les valeurs de réfraction n des couches H et L, présentées avec les résultats par rapport à des réflexions moyennes. Ces valeurs de réfraction n peuvent être obtenues par exemple avec TiO2 ou Ta2Os. La figure 4 représente la courbe résultante de R(X) dans les zones BI et Bo pour une épaisseur d(M) de la couche d'égalisation simple M de la figure 3 de 25 nm. De même, la figure 5 représente la courbe obtenue pour le mode de réalisation de la figure 3 avec une double couche d'égalisation composée d'une couche H et d'une couche L, étant précisé que l'épaisseur de la couche H est ici de 8 nm et celle de la couche L de 40 nm, et que l'épaisseur de la couche de structure formant électrode 5 en ITO est de 25 nm. La figure 6 représente un autre mode de réalisation d'un afficheur à cristaux liquides de l'invention, avec les mêmes chiffres de référence. Comme on peut le voir facilement, le dispositif formant couche d'égalisation 7' se compose d'au moins une couche simple ou une couche double qui est placée de chaque côté de la couche formant électrode structurée 5, côté environnement d'observation et côté cristaux liquides. Ainsi, la structure conductrice formant électrode 5 est encastrée dans le dispositif formant couche d'égalisation 7', qui est structuré avec la couche formant électrode 5. Dans une variante de réalisation, les deux dispositifs formant couches d'égalisation 7' se composent de couches simples respectives M', M". Pour les valeurs de réfraction spectrales, citées plus haut, de 380, 550 et 770 nm du matériau IT0 de la couche formant électrode 5 et pour les valeurs de réfraction moyennes mentionnées pour le substrat 1 et les cristaux liquides 2, on obtient les résultats optimisés indiqués dans le tableau 4, en fonction de l'épaisseur de couche d'ITO. Tableau 4: réflexion avec (Rv, I,) et sans couche d'ITO (Rvso); AR = IRv-s, - Rvsol; coordonnées colorimétriques CIE x, y...: d (M) d(ITO) d(M") n(M) Rvp Pv, AR nm i nm n% % % 88 25 88 1,68 0,00 0,01 0,01 72 50 72 1,72 0,00 0,01 0,01 64 75 64 1,71 0,00 0,01 001 100 62 1,67 0,00 0,01 0,01 M' et M" désignent les deux couches d'égalisation d'encastrement selon la figure 6, qui se composent du même matériau (M). Il est bien évident que le matériau des deux couches simples M', M" peut être différent en vue d'une optimisation. Dans une autre variante du mode de réalisation de la figure 6, les deux dispositifs formant couches d'égalisation 7' se composent chacun d'une couche double H' et L', H" et L"'. Avec les valeurs de réfraction moyennes pour les couches L nL = 1,47, les valeurs de réfraction spectrales, indiquées plus haut, de 380, 550 et 770 nmpour la couche d'ITO formant électrode 5 et les valeurs de réfraction moyennes indiquées pour le substrat 1 et les cristaux liquides 2, on obtient les résultats présentés dans le tableau 5. Tableau 5: réflexion avec (RwVI) et sans couche d'ITO (Rso); AR = IRvIsI - Rvs.ol; coordonnées colorimétriques CIE x, y...: d (H> (L dL (ITO) d (LJ (Hn (H) Rs, nm(H) n H)Rvto R A 1o nm nm nmrmu nm % % % 48 25 45 10 206 000 001 001 Avec le mode de réalisation de la figure 7, le dispositif formant couche d'égalisation 7" se compose d'une part d'une couche continue M' conçue de préférence comme une couche simple, et d'autre part d'une couche M", comme dans le mode de réalisation de la figure 6, étant précisé qu'on choisit de préférence pour les deux couches M' et M" des matériaux différents. Une variante de ce mode de réalisation est possible, là aussi, dans laquelle les deux dispositifs formant couches d'égalisation 7" sont réalisés chacun à partir de couches H et L. Il faut citer les caractéristiques essentielles suivantes de l'invention. Sur l'afficheur de l'invention, les valeurs AR sont inférieures ou égales à 0,5 %. Elles sont même de préférence inférieures à 0,2 %, voire à 0,1 %. Dans un premier mode de réalisation, le dispositif formant couche d'égalisation se compose d'une couche simple ou de couches simples qui sont disposées de part et d'autre de la structure formant électrode mentionnée, et dont le matériau présente de préférence une valeur de réfraction moyenne, dans le domaine spectral, de 1,6 s nr s 1,8 Bien qu'on connaisse un moyen qui consiste à disposer entre le substrat tourné vers l'environnement et les cristaux liquides des couches d'arrêt de diffusion dont l'épaisseur est généralement d'environ 40 nm, des couches de ce type utilisées comme barrière de diffusion ne sont pas optimisées dans le sens de la présente invention. D'autre part, le système formant couche d'égalisation de l'invention optimisé selon l'invention agit en même temps comme barrière de diffusion. Si le dispositif formant couche d'égalisation se compose d'une couche simple, l'épaisseur d. choisie pour celle-ci est de préférence la suivante: 50 nm s d.! 100 nm Une telle couche simple se compose de préférence au moins essentiellement de SiON, A1203 ou AlON, ou bien d'un oxyde mixte ou d'un oxynitrure mixte comprenant au moins deux métaux et constitué d'au moins deux matériaux du groupe SiO2, A1203, Ta205, TiO2, ZrO2, HfO2, Nb20l. Dans un autre mode de réalisation, le dispositif formant couche d'égalisation se compose au moins de couches doubles formées chacune d'au moins une couche à faible indice de réfraction et une couche à fort indice de réfraction. Pour la valeur de réfraction moyenne de la couche à fort indice de réfraction, on choisit de préférence n: 2 et pour son épaisseur, de préférence dH 5 20 nm et de préférence nm d.! 15 nm Pour la couche à faible indice de réfraction, on choisit de préférence une valeur de réfraction moyenne selon nL SiO2, A1203, Ta205, TiO2, ZrO2, HfO2, NbOs. Pour la couche à faible indice de réfraction, on utilise de préférence un oxynitrure de silicium ou un oxynitrure mixte constitué d'au moins deux métaux. Sur l'afficheur de l'invention, les valeurs de coordonnées colorimétriques présentent par ailleurs une différence maximum de 0,06, de préférence inférieure à 0,04. REVENDICATIONS 1. Afficheur à cristaux liquides comprenant des cristaux liquides (2) et, de part et d'autre de ceux-ci, des dispositifs électroconducteurs formant électrodes dont un est tourné vers l'environnement d'observation par rapport aux cristaux liquides, caractérisé en ce qu'il est prévu un dispositif formant couche d'égalisation (7, 7', 7") sur au moins un côté d'une partie au moins du dispositif formant électrode (5) tourné vers l'environnement d'observation (U), de telle sorte qu'on ait pour les grandeurs de réflexion R1sx et Rviso: AR = IR5,1s[%] - RvSO[%] I 0,5 % (1) 2. Afficheur à cristaux liquides selon la revendication 1, caractérisé en ce que: AR[%] S 0,2 % (2) et en ce que, de préférence: AR[%] S 0,1 % (3) 3. Afficheur à cristaux liquides selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le dispositif formant couche d'égalisation (7) se compose d'au moins une couche d'égalisation simple (M, M', M") présentant de préférence la valeur de réfraction moyenne de son matériau (M), dans le domaine spectral visible, de 1,6 s nr s 1,8 (4) 4. Afficheur à cristaux liquides selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'épaisseur d, de la couche d'égalisation simple est la suivante: nm s d. s 100 nm (5) 5. Afficheur à cristaux liquides selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le dispositif formant couche d'égalisation comprend au moins une couche simple (M, M', M") composée au moins essentiellement de SiON, A1203 ou AlON, ou bien d'un oxyde mixte ou d'un oxynitrure mixte comprenant au moins deux métaux et de préférence constitué d'au moins deux matériaux du groupe SiO2, A1203, Ta20s, TiO2, ZrO2, HfO2, Nb20s. 6. Afficheur à cristaux liquides selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif formant couche d'égalisation se compose de deux couches (L, H): une première couche, à partir de l'environnement d'observation (U), présentant la -valeur de réfraction de matériau nH moyenne, dans le domaine spectral visible, nH 2 2, (6) et présentant de préférence une épaisseur non infiniment petite dH s 20 nm, (7) de préférence nms dH s 15 nm, (8) et une seconde couche présentant la valeur de réfraction de matériau nL moyenne, dans le domaine spectral visible, nL 1,7, (9) de préférence 1,35 s nL s 1,55. (10) 7. Afficheur à cristaux liquides selon la revendication 6, caractérisé en ce que le matériau de couche présentant la plus grande valeur de réfraction se compose au moins essentiellement de TiO2, Ta20O, HfO2, ZrO2, Nb20s ou d'un oxynitrure de ces métaux, ou bien d'un oxyde mixte ou d'un oxynitrure mixte comprenant au moins deux métaux et de préférence constitué d'au moins deux matériaux du groupe SiO2, A1203, Ta20O, TiO2, ZrO2, HfO2, NbOs. 8. Afficheur à cristaux liquides selon l'une quelconque des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que la couche présentant la plus faible valeur de réfraction se compose de SiON ou d'un oxyde mixte constitué d'au moins deux métaux. 9. Afficheur à cristaux liquides selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le dispositif formant électrode tourné vers l'environnement d'observation se compose d'ITO. 10. Afficheur à cristaux liquides selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que les valeurs de coordonnées colorimétriques (x, y) de la lumière réfléchie présentent, entre les zones des cristaux liquides qui comportent la structure formant électrode et celles qui comportent le dispositif formant couche d'égalisation, une différence maximum de 0,06, de préférence inférieure à 0,04. - 11. Afficheur à cristaux liquides selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que la ou les couches du dispositif formant couche d'égalisation sont fabriquées par pulvérisation cathodique réactive. 12. Afficheur à cristaux liquides selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé-en ce que le dispositif formant couche d'égalisation est utilisé en même temps comme barrière de diffusion.