Brevet FR2720170A1 — publié le 19951124

PROCEDE DE FABRICATION D'UN ECRAN LCD MUNI D'UN MASQUE OPAQUE La présente invention a pour objet un perfectionnement au procédé de fabrication d'un écran a cristal liquide comportant un masque opaque (connu sous le terme anglais "Black Matrix") enterré, ainsi qu'un écran obtenu par ce procédé. Un écran à cristal liquide est constitué de deux plaquessubstrat enfermant le cristal liquide. La première de ces plaques comporte généralement un réseau d'électrodes constituées en lignes et en colonnes, chacune des électrodes d'une colonne étant connectée à une ligne de données par l'intermédiaire d'un dispositif semiconducteur commandé par une ligne de sélection. La seconde plaque comporte la contre-électrode, et chaque ensemble dispositif semiconducteur i électrodes / cristal liquide / contre-életrode constitue un point-image (pixel pour "Picture Element" en langue anglaise), les propriétés optiques de chaque pixel dépendant du champ électrique appliqué entre les électrodes en regard.Les lignes de sélection ainsi que les lignes de données sont connectées à des circuits de commande périphériques ("Drivers"), intégrés ou non intégrés à la première plaque-substrat, qui ont des modes d'adressage des pixels synchronisés (multiplexage) et permettent l'affichage d'images sur l'écran. Ce type d'écran peut être à projection, les deux plaquessubstrat étant dans ce cas transparentes, ou à réflexion, seule une des deux plaques-substrats étant transparente. L'utilisation, pour améliorer le contraste d'un tel écran, d'un masque opaque (communément appelé "black matrix") pour cacher à la lumière des surfaces non actives d'un écran, est connue. Notamment, la demande de brevet Français NO 91125 86 déposée par la demanderesse propose de déposer au moins une partie du Black Matrix directement sur une ou sur les deux plaques-substrats, sur ou sous les couches constituant les pixels1 par une technologie du type de celles utilisées pour la fabrication de circuits intégrés. Cette caractéristique est particulièrement bien adaptée à des écrans de faible pas (de l'ordre de 50 microns) et permet de diminuer la perte de surface active des électrodes par rapport aux solutions classiques, améliorant ainsi la qualité de l'image affichée sur l'écran. D'autre part, un problème rencontré lors du fonctionnement de certains écrans à cristaux liquides et notamment d'écrans à faible pas, est que, chaque pixel étant électriquement couplé aux lignes de sélections et de données voisines par l'intermédiaire de capacités planaires parasites, les variations de tension sur ces lignes voisines génèrent des variations de tension aux bornes des pixels, sources de perturbations de l'image affichée. Une solution permettant de résoudre ce problème est l'utilisation d'un plan de masse enterré sous les couches minces constituant les composants de commande de l'écran. Une telle solution est décrite dans le demande de brevet Français NO 91 125 85 déposée par la demanderesse. Un perfectionnement décrit dans la même demande consiste à enterrer le Black Matrix sous les couches actives afin de s'en servir comme d'une capacité de stockage. La couche opaque réalisant le black matrix est en général réalisée en métal conducteur comme le titane, et l'isolant utilisé pour le passiver est du dioxyde de silicium (Si02). Ce type d'isolation n'étant pas parfait, il peut se créer durant le procédé de fabrication ou l'utilisation de l'écran, des courts-circuits entre les couches de la matrice active (lignes de sélections et de données, dispositifs semiconducteurs, électrodes) et le Black Matrix, des courts-circuits pouvant avoir des effets désastreux sur la qualité de l'image. La présente invention permet d'éviter ces inconvénients grSce à un perfectionnement du procédé de fabrication d'un écran comportant un Black Matrix, et cela sans ajouter d'étapes complexes supplémentaires au procédé de fabrication. En effet, la présente invention concerne un procédé de fabrication d'un écran à cristal liquide dont une plaque-substrat comporte un plan conducteur enterré pouvant être une capacité de stockage constituée d'un niveau conducteur réalisant un plan de masse et un Black Matrix, ainsi qu'un niveau diélectrique, et est caractérisé en ce qu'il comporte une étape d'oxydation au moins en partie du plan de masse, la couche oxydée pouvant servir de diélectrique de la capacité de stockage et l'oxydation pouvant être anodique ou par plasma oxygène. La présente invention concerne en particulier un procédé de fabrication d'un écran à cristal liquide du type précédent, qui est caractérisé en ce que le plan de masse est constitué d'un premier niveau conducteur transparent et d'un second niveau conducteur opaque réalisant le Black Matrix, I'oxydation étant effectuée sur le second niveau conducteur. La présente invention concerne aussi un procédé de fabrication d'un écran à cristal liquide caractérisé en ce que le plan de masse est constitué d'un seul niveau conducteur opaque gravé en différentes parties de manière à former un Black Matrix. Enfin, la présente invention concerne aussi un écran à cristal liquide obtenu par l'un de ces procédés. La présente invention sera mieux comprise et des avantages supplémentaires apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, illustrée par les figures 1 a à 1 d représentant différentes étapes d'un mode de réalisation du procédé de fabrication d'un écran à cristal liquide selon l'invention. Dans le cas de la fabrication d'un écran à projection, sur une plaque substrat 1 isolante et transparente, une couche conductrice transparente comme par exemple de L'DITO 2 (pour Indium Tine Oxyde, oxyde d'indium et d'étains est déposée sur toute la surface de l'écran de manière à servir de plan de masse équipotentiel. Sur cette couche 2 est déposée une couche d'un matériau opaque 3 de préférence compatible avec une oxydation anodique, comme du Tantale (Ta) par exemple, qui va être traitée pour servir de Black Matrix à l'écran ; c'est ce qui est représenté sur la figure la. En effet, I'oxydation anodique du tantale est un procédé bien connu qui permet d'obtenir sur un métal conducteur une couche d'oxyde isolant de bonne qualité. Les étapes suivantes consistent à réaliser un dépôt de résine 5 et une photogravure de la couche 3, de manière à dessiner un masque sous les surfaces que viendront occuper les zones optiquement non actives de l'écran, zones comprises typiquement entre les surfaces actives des électrodes. Le masque peut déborder sur les électrodes de manière à, par exemple, être utilisé comme capacité de stockage. les formes que peuvent prendre ces masques sont décrites en détails dans les demandes de brevets français de la demanderesse précédemment citées. La structure obtenue est représentés par la figure lb. La figure îc représente l'étape suivant du procédé. Selon une caractéristique importante de l'invention, une couche isolante 6 est rajoutée sur le Black Matrix 3, réalisée de préférence par une oxydation anodique du Black Matrix. Cette oxydation anodique est facilement réalisable puisque quelles que soient les formes 3 jointives ou non du Black Matrix, celles-ci sont en contact électrique direct avec L'DITO 2 couvrant toute la surface de l'écran. II suffit de prévoir, lors du dépôt d'lTO 2 ou du métal 3, un contact ramené vers l'extérieur. Lors de l'étape suivant représentée par la figure 1 d, une couche diélectrique 4, comme par exemple du dioxyde de silicium SiO2 ou du nitrure de silicium SiN, est déposée sur l'ensemble ITO 2 / Black Matrix 3 oxydé superficiellement en 6. Sur cette couche 4 de diélectrique vont être déposées les couches minces de la matrice active de l'écran. Ainsi, si il existe un trou au travers de la couche diélectrique 4, il est fort peu probable qu'il corresponde à un trou au travers de l'oxyde 6 du Black Matrix 3 qui risquerait de créer un court-circuit entre les zones actives et le black Matrix. Le nombre de courts-circuits éventuels est donc très fortement diminué. Ce mode de réalisation du procédé selon l'invention concerne la fabrication d'écrans à cristaux liquides comportant une capacité de stockage à deux niveaux conducteurs (une première couche d'lTO en contact électrique direct avec le Black Matrix 3), mais d'autres modes de réalisation différentes mettant en oeuvre l'invention existent. Cette capacité de stockage peut être constitué d'un matériau opaque seul, sans couche d'lTO. Le niveau oxydé 6 du matériau utilisé peut alors servir seul de diélectrique de la capacité de stockage, le niveau diélectrique 4 étant alors inutile. Ou encore, le niveau d'lTO peut être partiellement gravé. Dans le cas où les éléments du Black Matrix ne sont pas tous jointifs, il doit y avoir un chemin conducteur qui les relie au contact qui permet l'oxydation anodique. Ce chemin conducteur peut être dans le meme matériau que celui du Black Matrix, ou en ITO. L'oxydation de la capacité de stockage peut ne pas autre réalisée anodiquement, mais par une autre technique, comme l'utilisation du plasma 02 par exemple. La contrainte d'avoir des éléments de la capacité de stockage ou du Black Matrix jointifs est alors éliminée. Le Black Matrix peut être réalisé sous le niveau d'lTO, pour des raisons d'adhérence par exemple. Dans ce cas, de telle oxydation n'ont d'importance que si L'DITO est gravé par endroit, laissant apparaître le Black Matrix. On peut réaliser ce dernier sur le contre-électrode comme il est proposé dans les demandes de brevets citées plus haut. Dans ce cas une oxydation du type de celle que l'on a décrite plus haut peut être intéressante afin de diminuer les risques de courts-circuits entre la contre-électrode et la matrice active de l'autre plaque substrat. La présente invention s'applique à tous les types d'écrans à cristaux liquides comportant ou non une capacité de stockage enterrée et/ou un Black Matrix enterré et commandés par des circuits périphériques intégrés ou externes. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'un écran à cristaux liquides dont une plaque-substrat (1) comporte un plan conducteur (2, 3 > enterré, caractérisé en ce qu'il comporte une étape d'oxydation (6) au moins en partie (3) de ce plan conducteur (2,3). 2. Procédé de fabrication d'un écran à cristaux liquides selon la revendication 1, caractérisé en ce que le plan conducteur (2, 3) est constitué d'un premier niveau conducteur transparent (2) réalisant une surface équipotentielle et d'un second niveau conducteur opaque (3) réalisant le Black Matrix, I'oxydation (6) d'au moins une partie du plan de masse (2,3) étant effectuée sur le second niveau conducteur (3) 3. Procédé de fabrication d'un écran à cristaux liquides selon la revendication 1, caractérisé en ce que le plan conducteur (2,3) est constitué d'un seul niveau conducteur opaque (3) gravé en différentes parties, I'ensemble formant un équipotentiel. 4. Procédé de fabrication d'un écran à cristaux liquides selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche oxydée (6) du plan conducteur (3) sert de niveau diélectrique (4) à la capacité de stockage. 5. procédé de fabrication d'un écran à cristaux liquides selon les revendications 1 à 4, caractérisé en ce que cette étape d'oxydation est une oxydation anodique. 6. Procédé de fabrication d'un écran à cristaux liquides selon les revendications 1 à 4, caractérisé en ce que cette étape d'oxydation est une oxydation par plasma oxygène. 7. procédé de fabrication d'un écran à cristaux liquides selon les revendications 1, 2, 4, 5 ou 6, caractérisé en ce que le premier niveau conducteur (2) est en oxyde d'indium et d'étain (ITO). 8. Procédé de fabrication d'un écran à cristaux liquides selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le niveau conducteur opaque (3) est en tantale (Ta). 9. Procédé de fabrication d'un écran à cristaux liquides selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le niveau diélectrique de la capacité de stockage est en dioxyde de silicium (SiO2) ou en nitrure de silicium (SiN). 10. Ecran à cristaux liquides dont une plaque-substrat (1) comporte une capacité de stockage constitué d'un niveau conducteur (2,3) réalisant un plan de masse et d'un niveau diélectrique (4,6), cette capacité de stockage pouvant servir de black matrix (3), caractérisé en ce qu'il est réalisé selon l'une quelconque des revendications précédentes.