Brevet FR2725544A1 — publié le 19960412

ECRAN D'AFFICHAGE A CRISTAUX LIQUIDES DISPERSES DANS UN POLYMERE DESCRIPTION Domaine technique La présente invention concerne des écrans d'affichage à cristaux liquides. Elle concerne en particulier des écrans à cristaux liquides sans éclairage arrière. De tels écrans peuvent être utilisés dans tous les dispositifs où une faible consommation électrique est requise, tels que, par exemple, les terminaux de communication ou les micro-ordinateurs portables. Etat de la technique antérieure Une première propriété de certains cristaux liquides mise à profit pour la réalisation d'écrans d'affichage est la modification de la transparence, et par conséquent, de la capacité à diffuser la lumière, sous l'effet d'une polarisation électrique. L'application d'une tension électrique en certains points d'un film de cristaux liquides permet, en effet, de modifier localement sa transparence et donc l'affichage d'une image par contraste de régions diffusant inégalement la lumière ambiante. Une image peut être ainsi formée par des régions où le film de cristaux liquides est transparent et ne diffuse pas la lumière ambiante, se détachant sur un "fond" où le film diffuse la lumière. Les cristaux liquides utilisés dans de tels écrans d'affichage, par exemple les cristaux liquides nématiques, ne permettent cependant pas d'obtenir des contrastes importants. L'intensité lumineuse du "fond" dite intensité du "blanc" est en général inférieure à 20% de l'intensité du blanc d'un diffuseur parfait. En raison de la faible brillance du blanc, et partant, la mauvaise lisibilité, ces écrans d'affichage ont été peu à peu abandonnés au profit d'écrans qui mettent à profit la propriété de certains cristaux liquides de modifier l'orientation de la polarisation d'une lumière polarisée. Un certain nombre d'écrans d'affichage à cristaux liquides connus, du type à matrice active, ou du type multiplexé, comportent en effet, sur les plaques formant la cellule d'affichage, des polariseurs. L'application d'une tension en certains points du film de cristal liquide permet de modifier localement l'orientation de la polarisation de la lumière traversant la cellule et de former une image par contraste de régions où la lumière est plus ou moins éteinte par les polariseurs. Les cristaux liquides utilisés sont généralement du type nématiques en hélice ("twisted nematic"). Toutefois, les polariseurs absorbent plus de la moitié de la lumière qui les traverse et une brillance acceptable de l'affichage n'est possible qu'au prix d'un éclairage arrière de l'écran. Un tel éclairage, consommateur d'énergie, est incompatible avec certaines applications des écrans d'affichage, notamment dans les unités d'ordinateur portable. La présente invention a donc pour but de fournir un écran d'affichage à cristaux liquides ne présentant pas les inconvénients des écrans connus décrits ci-dessus. Elle a plus précisément pour but de fournir un écran d'affichage présentant une bonne lisibilité et qui ne nécessite pas de rétroéclairage. Un autre but est de fournir un écran qui soit d'une réalisation simple et peu coûteuse. Un autre but encore est de proposer un procédé de fabrication d'un tel écran compatible avec la technologie des écrans actifs à transistors en couches minces, et avec les exigences d'une production en série. Exposé de l'invention Pour atteindre ces buts, l'invention concerne plus précisément un écran d'affichage à cristaux liquides comprenant un film de cristaux liquides intercalé entre une plaque avant transparente et une plaque arrière réfléchissante, et des moyens d'application d'une tension électrique en certains points du film, lesdits cristaux liquides étant diffusants pour la lumière en l'absence de champ électrique et devenant transparents en présence de champ électrique, cet écran étant caractérisé par le fait que les cristaux liquides sont du type cristaux liquides dispersés dans un polymère. Les moyens d'application d'une tension électrique comportent, par exemple, des électrodes formant des motifs d'image ou pixels, sur une des plaques et au moins une contre-électrode sur l'autre plaque, les électrodes et la contre électrode étant tournées vers le film de cristaux liquides. Selon un premier mode de mise en oeuvre de l'invention, les électrodes sont formées sur la plaque avant en un matériau (conducteur électrique) transparent à la lumière et la contre-électrode formée sur la plaque arrière comporte une couche de matériau réfléchissant la lumière. Selon une variante, les électrodes sont formées sur la plaque arrière et comportent une couche en un matériau réfléchissant la lumière et la contreélectrode est formée sur la plaque avant en un matériau (conducteur électrique) transparent à la lumière. Selon une autre variante encore, les électrodes et la contre-électrode sont réalisées en un matériau transparent à la lumière, une couche de matériau réfléchissant étant formée face au film de cristaux liquides sur une face de la plaque arrière tournée vers l'extérieur de l'écran. Le matériau réfléchissant, qui, de plus, doit être conducteur lorsqu'il est utilisé pour former les électrodes ou la contre-électrode, peut être par exemple de l'aluminium, du chrome, ou tout autre métal ou alliage ayant un bon coefficient de réflexion. Dans les écrans conformes à l'invention, les cristaux liquides dispersés dans un polymère ou CLDP présentent un aspect blanc diffusant lorsqu'aucune tension n'est appliquée entre les électrodes, et deviennent transparents lorsqu'une telle tension leur est appliquée. Un rayon lumineux extérieur qui pénètre dans la cellule à travers une zone transparente, excitée électriquement vient se réfléchir sur la plaque arrière réfléchissante et se perdre dans la cellule si son incidence n'est pas sensiblement normale à la plaque arrière. Aussi, en dehors de la réflexion spéculaire à travers les parties transparentes, ces dernières apparaissent sombres sur le "fond" blanc de la partie du film CLDP non excitée. Il s'avère que l'utilisation de cristaux liquides dispersés dans un polymère conduit à un blanc très brillant, avec typiquement une intensité supérieure à 40% de celle d'un diffuseur parfait. Ainsi, le contraste et la lisibilité de l'écran sont confortables pour l'utilisateur et rendent superflu tout dispositif d'éclairage arrière. Pour exciter localement le film de CLDP, les écrans de l'invention comportent de préférence une matrice active avec par exemple des transistors du type à couche mince associés aux électrodes. De plus, lorsque la matrice active est réalisée selon des procédés de fabrication des transistors dits 2STFT, (2Step Thin Film Transistor), c'est-à-dire des procédés de fabrication de transistor en couche mince avec deux étapes de masquage et de gravure, l'écran de l'invention peut être réalisé avec un coût très réduit. A cet effet, l'écran est réalisé de préférence selon des techniques dites 2STFT. Dans le cas d'un écran avec des électrodes réfléchissantes la plaque arrière peut être réalisée selon un procédé comprenant les étapes suivantes - formation d'une couche en un matériau transparent conducteur sur une face de la plaque arrière de l'écran d'affichage et gravure de cette couche pour laisser subsister des électrodes et des colonnes de commande de ces électrodes, - dépôt d'un empilement successif d'une couche d'un matériau semi-conducteur, d'une couche d'un matériau isolant électrique et une couche d'un matériau conducteur électrique réfléchissant, et gravure de cet empilement pour réaliser des lignes de commande qui forment des transistors en chevauchant localement la couche de matériau transparent des colonnes et des électrodes de polarisation, caractérisé en ce que l'on préserve ltemp;:esent comportant la couche de matériau réfléchissant sur ane partie des électrodes, séparée des transistors. La fabrication de l'écran complet peut étre complétée par la formation d'une contre-électrcde avec une couche de matériau transparent conducteur électrique sur une face de la plaque avant, l'assemblage des plaques avant et arrière pour armer une cellule, et emplissage de la cellule avec des cristaux liquides dispersés dans un polymère. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, donnée à titre illustratif et non limitatif en référence aux figures annexées sur lesquelles Brève description des figures - Les figures 1 à 4 sont des coupes transversales schématiques partielles d'écrans d'affichage conformes à l'invention, - La figure 5 est une coupe transversale partielle d'un écran conforme à l'invention comportant une matrice active de transistors et illustrant un procédé de fabrication particulier de l'écran de la figure 3, - la figure 6 est une vue partielle de la face intérieure de la plaque arrière d'un écran selon la figure 5. Description détaillée de modes de mise en oeuvre de l'invention Sur les figures 1 à 4 les références 100 et 110 se rapportent respectivement à une plaque avant et à une plaque arrière d'un écran d'affichage à matrice active conforme à l'invention. On entend par plaque avant la plaque tournée vers l'utilisateur. Les plaques 100 et 110 sont par exemple en verre. Les références 120, 120' et 140, 140' désignent respectivement les électrodes de commande et une contre-électrode qui servent à appliquer localement des tensions susceptibles de modifier l'opacité d'un film 160 de cristaux liquides dispersés dans un polymère intercalé entre les plaques 100 et 110. Dans les exemples d'écrans donnés dans les figures, une seule contreélectrode est associée à l'ensemble des électrodes de polarisation, il est toutefois envisageable de prévoir une pluralité de contre-électrodes. Les figures 1 et 2 sont des exemples de réalisation d'écrans où les électrodes 120 sont formées sur une face 102 de la plaque 100, tournée vers le film 160, et où la contre-électrode 140, 140' est formée sur une face 112 de la plaque 110, tournée également vers le film 160. Dans le cas de la figure 1, les électrodes 120 et 140 sont réalisées en un matériau conducteur électrique et transparent à la lumière, en l'occurrence, de l'oxyde d'indium-étain dit ITO ("Indium Tin Oxide"). Le caractère réfléchissant de la plaque arrière 110 lui est conféré par une couche 116 de matériau réfléchissant, par exemple du chrome ou de l'aluminium, déposée sur la face externe 114 de la plaque 110. L'écran de la figure 2 ne comporte pas cette couche sur la face externe 114. Le caractère réfléchissant de la plaque 110, lui est conféré par une couche métallique réfléchissante qui forme simultanément la contre-électrode 140'. On peut noter à ce sujet que l'électrode 140' peut être constituée uniquement par une telle couche, par exemple de chrome ou d'aluminium, ou comprendre plusieurs couches dont l'une au moins est réfléchissante. Les figures 3 et 4 se distinguent des figures 1 et 2 essentiellement par le fait que les électrodes de commande 120, 120' sont formées sur la face 112 de la plaque 110 et la contre-électrode 140 sur la face 102 de la plaque 100. Tout comme dans le cas de l'écran de la figure 1, les électrodes 120 et la contre-électrode de l'écran de la figure 3 sont en ITO, tandis qu'une couche de chrome ou d'aluminium, est formée sur la face externe 114 de la plaque 110. L'écran de la figure 4 est dépourvu d'une telle couche. Le caractère réfléchissant de la plaque 110 lui est conféré par les électrodes de commande 120' qui sont formées en un matériau conducteur électrique et réfléchissant tel que de l'aluminium par exemple. Comme indiqué ci-dessus, les écrans sont à matrice active et sont formés selon des techniques propres aux transistors 2STFT. On peut, à ce sujet, se reporter utilement aux documents (1) et (2) référencés à la fin de la présente description. La fabrication d'un écran comporte par exemple le dépôt d'une couche 150 d'ITO sur une plaque de verre puis sa gravure pour former les électrodes 120 ainsi que des colonnes d'adressage 122 représentées en pointillés sur les figures 1 à 4. Ces colonnes apparaissent plus clairement sur la figure 5 qui illustre une variante de fabrication de l'écran et qui sera décrite plus loin. Le procédé de fabrication se poursuit par le dépôt d'un empilement d'une couche de silicium 124 amorphe d'une épaisseur de 15 à 50pu, d'une couche de nitrure de silicium 126, d'une épaisseur de 250 à 300pu puis d'une couche 128 d'alliage d'aluminium et de titane (1%) d'une épaisseur de 20 à 30um. Le silicium et le nitrure de silicium sont disposés par exemple selon une technique de dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma, dite PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition). L'empilement est ensuite gravé pour former une des lignes de commande 130. Ces lignes chevauchent partiellement chaque électrode de commande et la colonne d'adressage 122 associée et forment respectivement pour chaque électrode 120 un transistor de commande 132. La gravure de l'aluminium est de préférence effectuée par voie humide tandis que le silicium et le nitrure sont gravés par plasma. La plaque comportant les électrodes de commande est ensuite passivée par une couche de nitrure de silicium d'une épaisseur de l'ordre de 200nm, non représentée. La fabrication de l'écran se poursuit par un dépôt d'une couche d'ITO sur la contre-plaque pour former la contre-électrode et par l'assemblage des plaques pour former une cellule. Avant la réalisation de la cellule, les faces intérieures des plaques sont avantageusement recouvertes d'une couche de polyimide avec une épaisseur de l'ordre de 50nm pour faciliter le remplissage de la cellule avec de CLDP. Après le remplissage de la cellule des prises de contact pour les lignes et les colonnes, ainsi que pour la contre-électrode sont formées. Ces prises de contact ne sont pas représentées sur les figures qui ne sont que des vues partielles. Le cas échéant, la fabrication peut être complétée par la formation d'une couche réflectrice sur la face 114 des plaques 110. Les figures 5 et 6 montrent une variante de réalisation d'un écran d'affichage conforme à la figure 3. Les électrodes de commande 120 ne sont pas constituées par une couche d'un matériau réfléchissant mais comportent un empilement surmonté d'une telle couche. Le procédé de fabrication d'un tel écran comporte comme décrit ci-dessus la formation d'électrodes 120 et de colonnes 122 en ITO, puis le dépôt de couches 124, 126, 128, respectivement de silicium amorphe, de nitrure de silicium et d'aluminium. Cependant, lors de la gravure de l'empilement formé par les couches 124, 126, 128 pour former les lignes de commande 130, celui-ci est préservé sur une partie des électrodes de commande 120 et sur des parties des colonnes 122 situées entre les lignes 130, comme le montre la figure 6. Comme le montre la figure 6, les lignes 130, dont une seule est visible, chevauchent localement une partie 121 de chaque électrode 120 et une partie 121 de la colonne 122 correspondante. Les parties 120 et 121 qui sont constituées uniquement par la couche 150 en ITO forment les sources et drains de transistors de commande 132, tandis que la couche 128 des lignes 130 en forme la grille. Du fait de l'épaisseur faible du nitrure de silicium, on voit que la capacité constituée par l'empilement ITO/aSi/SiN/Al est beaucoup plus grande que la capacité du cristal liquide situé entre la couche d'aluminium des électrodes de polarisaticn et la contre-électrode (capacité environ dix fois plus grande, donc impédance dix fois plus petite) . En conséquence, on comprend que l'adressage du orsta1 liquide ne sera pas perturbé par la présence de et te grosse capacité en série avec la capacité du cristal liquide. Finalement, on peut par simple modificat:cn du dessin du masque servant à la deuxième gravure, 'est- à-dire la gravure de l'empilement, transformer ne matrice active 2STFT transparente en une matrice actIve 2STFT réflective. Cette propriété est particul:èrement avantageuse pour l'application présente. DOCUMENTS CITES DANS LA PRESENTE DESCRIPTION FR-A-2 533 072 (2) FR-A-2 571 893 REVENDICATIONS 1. Ecran d'affichage à cristaux liquides comprenant un film (160) de cristaux liquides intercalé entre une plaque avant (100) transparente et une plaque arrière (110) réfléchissante, et des moyens (120, 120', 140, 140') d'application d'une tension électrique en certains points du film (160), lesdits cristaux liquides étant diffusants pour la lumière en l'absence de champ électrique et devenant transparents en présence de champ électrique, cet écran étant caractérisé par le fait que les cristaux liquides sont du type cristaux liquides dispersés dans un polymère. 2. Ecran d'affichage selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens d'application d'une tension électrique comportent des électrodes (120, 120') formant des motifs d'image sur une des plaques et au moins une contre-électrode (140, 140') sur l'autre plaque, les électrodes et la contre électrode étant tournées vers le film (160) de cristaux liquides. 3. Ecran d'affichage selon la revendication 2, caractérisé en ce que les électrodes (120) sont formées sur la plaque avant (100) en un matériau (150) (conducteur électrique) transparent à la lumière et la contre-électrode (140') formée sur la plaque arrière (110) comporte une couche de matériau réfléchissant la lumière. 4. Ecran d'affichage selon la revendication 2, caractérisé en ce que les électrodes (120') sont formées sur la plaque arrière (110) et comportent une couche en un matériau réfléchissant la lumière et la contre-électrode (140) est formée sur la plaque avant (100) en un matériau (conducteur électrique) transparent à la lumière. 5. Ecran d'affichage selon la revendication 2, caractérisé en ce que les électrodes (120) et les contre-électrodes (140) sont réalisées en un matériau transparent à la lumière, une couche de matériau réfléchissant (116) étant formée face au film de cristaux liquides sur une face de la plaque arrière tournée vers l'extérieur de l'écran. 6. Ecran d'affichage selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que le matériau réfléchissant la lumière est choisi parmi le chrome et l'aluminium. 7. Ecran d'affichage selon la revendication 5, caractérisé en ce que les électrodes (120) sont formées sur la face avant et la contre-électrode (140) est formée sur la face arrière. 8. Ecran d'affichage selon la revendication 5, caractérisé en ce que les électrodes (120) sont formées sur la face arrière et la contre-électrode (140) est formée sur la face avant; 9. Procédé de réalisation de la plaque arrière d'un écran d'affichage à cristaux liquides conforme à la revendication 4, comportant les étapes suivantes - formation d'une couche (150) en un matériau transparent conducteur sur une face de la plaque de support et gravure de cette couche pour laisser subsister des électrodes (120) et des colonnes de commande (122) de ces électrodes (120), - dépôt d'un empilement successif d'une couche (124) d'un matériau semi-conducteur, d'une couche (126) d'un matériau isolant électrique et une couche (128) d'un matériau conducteur électrique réfléchissant, et gravure de cet empilement pour réaliser des lignes de commande (130) qui forment des transistors (132) en chevauchant localement la couche de matériau transparent des colonnes (122) et des électrodes (120), caractérisé en ce que l'on préserve l'empilement, comportant la couche (128) de matériau réfléchissant, sur une partie des électrodes (120), séparée des transistors. 10. Procédé de fabrication d'un écran d'affichage à cristaux liquides comportant les étapes de fabrication d'une plaque arrière conformément à la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comporte en outre les étapes suivantes - formation d'une contre-électrode (140) avec une couche de matériau transparent conducteur électrique sur une face (102) d'une plaque avant (100), - assemblage des plaques (100, 110) avant et arrière pour former une cellule, et emplissage de la cellule avec des cristaux liquides dispersés dans un polymère. 11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'avant l'assemblage, on enduit les faces (102, 112) des plaques arrière (110) et avant (100) comportant les électrodes (120) et la contreélectrode (140) par une couche de polyimide. 12. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'on utilise comme matériau conducteur électrique transparent à la lumière de l'oxyde d'indium-étain (ITO). 13. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que pour réaliser 1'empilement on dépose successivement une couche (124) de silicium amorphe, une couche (126) de nitrure de silicium et une couche (128) d'aluminium.