Brevet FR2736733A1 — publié le 19970117

DISPOSITIF D'AFFICHAGE A CRISTAUX LIQUIDES PROCEDE D'UTILISATION D'UN TEL DISPOSITIF La présente invention concerne un dispositif d'affichage à cristaux liquides et plus particulièrement un dispositif d'affichage à cristaux liquides et une méthode d'utilisation du dispositif d'affichage à cristaux liquides, qui permettent d'améliorer la qualité de l'image en réduisant les variations de tension sur les électrodes de pixel dues à un condensateur ou capacité parasite entre l'électrode de grille et l'électrode de source d'un transistor en couche mince qui commande chaque pixel, ainsi qu'au courant de fuite du transistor. Un dispositif d'affichage à cristaux liquides du type à matrice active classique comprend une plaque inférieure présentant des transistors pour commuter les pixels, et des électrodes de pixel disposées au-dessus de ceux-ci, une plaque supérieure pré- sentant des filtres couleur pour filtrer les couleurs, une électrode commune, du maté- riau de cristaux liquides remplissant l'intervalle entre la plaque inférieure et la plaque supérieure, et deux plaques de polarisation fixées sur les faces extérieures des plaques supérieure et inférieure pour la polarisation linéaire de la lumière visible. On explique maintenant le fonctionnement et la structure d'un dispositif d'affichage à cristaux liquides classique, en référence aux dessins annexés: la figure 1 est un circuit équivalent du dispositif d'affichage à cristaux liquides clas- sique; la figure 2 montre la courbe classique de la tension d'une électrode de pixel dans un dispositif d'affichage à cristaux liquides classique comme représenté sur la fi- gure 1; et la figure 3 est un circuit équivalent de la région d'un pixel dans le dispositif d'affichage à cristaux liquides représenté sur la figure 1. Le dispositif d'affichage à cristaux liquides comprend une pluralité de lignes de grille N1 à Nn disposées dans une direction et séparées l'une de l'autre par un inter- valle fixe, une pluralité de lignes de données D1 à Dn disposées sur une direction orthogonale aux lignes de grille, et séparées l'une de l'autre d'un autre intervalle fixe, et une pluralité de régions de pixel unitaires formées chacune dans un volume à l'intersection des lignes de grille N1 à Nn et des lignes de données D1 à Dn. Chacune des régions de pixels unitaires comprend une électrode de pixel (non représentée) et un transistor en couche mince 10 présentant une électrode de grille 18 reliée à une ligne de grille, une électrode de drain 20 reliée à une ligne de données, et une électrode de source 22 reliée à l'électrode de pixel, pour l'application de signaux de données à l'électrode de pixel. R \13500J\130SO DOC - ler avn 199 - I Chaque région de pixel unitaire comprend aussi un condensateur de type à em- pilement CST, et un condensateur dont le diélectrique est constitué par les cristaux liquides CLC, comme représenté sur la figure 3. Le condensateur CST existe entre l'électrode de pixel et la ligne de grille voisine, et permet de compenser les fuites des charges des signaux de données appliqués. Les armatures du condensateur CLC sont constituées par l'électrode de pixel sur la plaque inférieure et une électrode commune 24 comme représenté sur la figure 1 sur la plaque supérieure. Les électrodes communes 24 sont appliquées en une seule électrode sur la plaque supérieure, et bien que celles-ci ne soient pas représentées, les lignes de grille Ni à Nn et les lignes de données D1 à Dn sont reliées respectivement à un circuit intégré de pilotage des grilles et à un circuit intégré de pilotage des données, et sont pilotées par chacun de ces circuits imprimés. Le fonctionnement du dispositif d'affichage à cristaux liquides classiques pré- sentant la structure décrite va maintenant être expliqué. Lorsque l'on applique séquentiellement des impulsions, à chacune des lignes de grille N1 à Nn, à l'aide du circuit de pilotage de grille, chacun des transistors en couche mince 10 auquel est appliquée une impulsion de pilotage de grille (une ten- sion) devient passant. Pendant la durée o le transistor en couche mince 10 est pas- sant, le pixel 5 affiche les signaux d'image, en fonction des tensions correspondant aux données qui contiennent l'information d'image, et qui sont appliquées à partir du circuit intégré de pilotage de données, sur les cristaux liquides, à travers le transistor en couche mince 10 et via les lignes de données D1 à Dn' A ce moment, une tension commune Vcom est appliquée à l'électrode com- mune 24, la tension commune Vcom étant une tension alternative ou continue, et constituant une valeur centrale pour un cycle de variation de tension d'électrode de pixel. Dans le sens de la présente description, un cycle de variation de tension d'électrode de pixel est constitué par des alternances périodes de la tension d'électrode de pixel, entre une tension haute et une tension faible, par rapport à la tension de l'électrode commune. Le cycle d'électrode de pixel est utilisé pour empe- cher les dommages provoqués aux cristaux liquides par l'application d'une tension constante haute ou basse. Lorsque l'on applique la tension commune et les tensions de pilotage de la grille, le transistor en couche mince qui passe à l'état passant sur le front montant de l'impulsion de pilotage de grille, charge les condensateur CST et CLC, par la tension représentant l'information d'image. Cette tension chargée est maintenue jusqu'à la trame suivante, même si le transistor en couche mince est rendu bloquant par la fin de l'impulsion de pilotage de grille. R \13500\13505 DO(C - leravrl 1996 - 2/9 Toutefois, le dispositif d'affichage à cristaux liquides présente les problèmes suivants. Du fait que le transistor en couche mince décrit 10 présente une électrode de grille 18 qui chevauche ou recouvre les électrodes de source 22 et de drain 20, en formant avec ces dernières des condensateurs parasites Cgs et Cgd, la tension de pixel se diminue d'une quantité AVp (figure 2) à la fin de l'impulsion de pilotage de la ligne, du fait du couplage capacitif lorsque le transistor en couche mince passe à l'état bloquant. C'est-à-dire que, comme représenté sur la figure 3, lorsque l'impulsion de pilotage sur la énième ligne de grille chute (c'est-à-dire lorsque l'impulsion de pilotage de grille passe de +15 volts à -10 volts), pour une tension commune de zéro volt, et lorsqu'une tension de 5 volts représentant des données d'image est appliquée sur l'électrode de pixel, la tension aux deux extrémités d'un condensateur parasite Cgs (formé entre l'électrode de grille et l'électrode de source), subit une variation de 25 volts. Cette variation de tension aux bornes du condensa- teur Cgs, compensée par les condensateurs CST et CLC fait chuter la tension de l'électrode de pixel d'une valeur AVp. Cette chute de tension produit de la diaphotie sur le dispositif d'affichage. Il peut y avoir de la diaphotie, lorsqu'on affiche un motif de fenêtre et que l'on charge la première ligne de la fenêtre. Du fait qu'un condensateur parasite est formé entre la ligne de données et l'électrode commune et que la tension d'électrode de pixel chute d'une quantité AVp, le pixel ne peut pas être chargé avec une tension de données exacte. Cette chute de tension de l'électrode de pixel dégrade la qualité de l'image du fait que la chute de tension provoque un scintillement des images et influence la borne de tension commune lors de l'affichage du motif de fenêtre, ce qui donne lieu à un phénomène de variation des niveaux de gris de l'image (diaphotie horizontale) jusqu'à la stabilisation de la tension sur la borne de tension commune. Le but de l'invention est de résoudre les problèmes précédents en fournissant un dispositif d'affichage à cristaux liquides et un procédé d'utilisation du dispositif d'affichage à cristaux liquides qui assure une bonne qualité de l'image en empêchant les variations de tension sur les électrodes de pixel. Ce but et d'autres objets et caractéristiques de l'invention peuvent être obtenus en fournissant un dispositif d'affichage à cristaux liquides comprenant: - un premier substrat présentant une pluralité de lignes de grille, une pluralité de lignes de données, des transistors en couche mince, et des électrodes de pixel; - un second substrat présentant des électrodes communes en nombre identique à celui des lignes de grille et de rangées par lignes; R 1;500\13505)DOC - le, a ri 1996 - 3/9 - un matériau de cristaux liquides disposé entre les premier et second substrats; et une pluralité d'éléments de commutation reliés respectivement aux électrodes communes pour commuter une tension commune vers les électrodes com- munes. Dans un mode de réalisation, le dispositif d'affichage à cristaux liquides com- prend en outre un dispositif d'entraînement de signal flottant pour tension commune pour appliquer des impulsions flottantes à chacun des éléments de commutation, de sorte à commander le fonctionnement des éléments de commutation. Selon une variante, chacun des éléments de commutation est un tampon à trois états. Ce but et d'autres objets et caractéristiques de l'invention peuvent aussi être obtenus en fournissant un procédé pour l'utilisation d'un dispositif d'affichage à cris- taux liquides comprenant une pluralité d'électrodes communes en nombre identique au nombre des lignes de grille Ni à Nn et classées par ligne, le procédé comprenant les étapes constituant: - à appliquer une tension commune à chacune des électrodes communes im- médiatement avant le front montant d'une impulsion de signal de grille sur la ligne, et - à isoler chacune des électrodes communes de cette tension commune immédiatement avant le flanc descendant de l'impulsion de signal de grille. D'autres buts et d'autres objets et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit, et découleront de façon évidente de la description, ou par la mise en oeuvre de l'invention. Les objets et avantages de l'invention peu- vent être obtenus au moyen des éléments et combinaisons auxquels il est fait parti- culièrement référence dans les revendications annexées. Il est bien entendu que la description générale qui précède et la description détaillée qui suit ne sont données qu'à titre d'exemple explicatif et ne peuvent en aucun cas restreindre la portée de l'invention. Les dessins joints qui sont incorporés dans la présente description et en constituent une partie, illustrent des modes de réalisation de l'invention et en lisant la description servent à expliquer les principes de l'invention: la figure 1 est un diagramme d'un circuit équivalent d'une partie d'un dispositif d'affichage à cristaux liquides classique; la figure 2 montre les courbes caractéristiques de la tension d'une électrode de pixel dans un dispositif d'affichage à cristaux liquides comme représenté à la figure 1; R \13500\13505 DOC - le avril 1996 - 4/9 la figure 3 constitue un exemple de circuit équivalent d'une région de pixel unitaire dans un dispositif d'affichage à cristaux liquides représenté sur la figure 1; la figure 4 est un diagramme de circuit d'un dispositif d'affichage à cristaux liquides selon le premier mode de réalisation de l'invention; la figure 5 illustre un système mettant en oeuvre les signaux de pilotage flottants et des moyens de commutation selon le premier mode de réalisation de l'invention; la figure 6 est une vue en plan d'un dispositif d'affichage à cristaux liquides selon un premier mode de réalisation de l'invention; la figure 7 montre les courbes caractéristiques de tension d'une tension de l'électrode de pixel dans un dispositif d'affichage à cristaux liquides selon un premier mode de réalisation de l'invention; et la figure 8 est un diagramme de circuit d'un dispositif d'affichage à cristaux liquides selon un deuxième mode de réalisation de l'invention. L'invention sera maintenant expliquée plus en détail en référence aux figures annexées. La figure 4 est un diagramme de circuit d'un dispositif d'affichage à cristaux liquides selon un premier mode de réalisation de l'invention. La figure 5 montre un système mettant en oeuvre des signaux de pilotage flottants et de moyens de com- mutation selon un premier mode de réalisation de l'invention. Comme représenté sur les figures 4, 5 et 6, le dispositif d'affichage à cristaux liquides selon un premier mode de réalisation de l'invention comprend une plaque in- férieure 30, une plaque supérieure 40, et un matériau de cristaux liquides 50 disposé entre les plaques inférieure et supérieure 30 et 40. La plaque inférieure 30 comprend une pluralité de lignes de grille N1 à Nn disposées dans une direction et séparées l'une de l'autre par un premier intervalle fixe, une pluralité de lignes de données D1 à Dn disposées dans une direction orthogonale aux lignes de grille Ni à Nn et séparées l'une de l'autre par un second intervalle fixe et une pluralité de régions de pixels unitaires formées dans les régions de volume aux intersections respectives des lignes de grille N1 à Nn et des lignes de données D1 à Dn. La plaque supérieure 40 comprend des électrodes communes E1 à En une pluralité de tampons à trois états BI à Bn disposés chacun au niveau des électrodes communes EI à En, et un dispositif d'entraînement d'un signal flottant pour la tension commune. Les élec- trodes communes E1 à En sont en nombre identique à celui des lignes de grille, et sont aussi conformées et classées par lignes. La pluralité de tampons à trois états B1 à Bn est utilisée pour commuter la tension commune sur l'électrode commune. Le dispositif d'entraînement de signal flottant pour la tension commune permet d'appliquer des impulsions flottantes à chacun des tampons à trois états B1 à Bn. R \ 13SO\13 %S S DOC - 1er avrI 1906 -5/9 La figure 8 est un diagramme de circuit d'un dispositif d'affichage à cristaux liquides selon un deuxième mode de réalisation de l'invention. Le dispositif d'affichage à cristaux liquides du deuxième mode de réalisation de l'invention est similaire au dispositif d'affichage à cristaux liquides du premier mode de réalisation, et il présente en outre des condensateurs CST formés par che- vauchement des électrodes de pixel avec les lignes de grille adjacentes. Comme pour les condensateurs CLC de la figure 4, la sortie des tampons à trois états correspon- dants B1 à Bn est reliée à une des bornes du condensateur CST. Un procédé d'utilisation du dispositif d'affichage à cristaux liquides selon un premier mode de réalisation préféré de l'invention est maintenant décrit. La figure 7 montre les courbes caractéristiques de tension d'une tension de pixel du dispositif d'affichage à cristaux liquides selon un premier mode de réalisa- tion de l'invention. Dans ce cas, le dispositif d'affichage à cristaux liquides présente des bornes de tension commune indépendantes, chacune de ces bornes étant connectée à un groupe de pixels qui est obtenu en divisant le panneau de cristaux liquides par le nombre de rangées dans le panneau. Le procédé d'utilisation du dispositif d'affichage à cristaux liquides selon le premier mode de réalisation de cette invention est de relier les signaux de tension commune aux électrodes de la plaque supérieure par l'intermédiaire des tampons à trois états. Les tampons à trois états sont rendu passants si le signal flottant est faible, et sont rendu bloquants, si le signal est élevé, pour isoler leur entrée de leur sortie. Bien que dans le mode de réalisation décrit préféré, on utilise des tampons à trois états, tout composant capable de remplir la même fonction, tel qu'un transistor, peut être utilisé dans d'autres modes de réalisation. Un signal flottant, qui passe au niveau bas lorsque l'impulsion de la ligne cor- respondante est à l'état haut et qui passe au niveau haut juste avant que l'impulsion de grille passe au niveau bas, isole la borne de tension commune juste avant le début du front ou flanc descendant de l'impulsion de grille. Ceci empêche que la charge de signal de données stockée dans le condensateur de cristaux liquides CLC (dans le premier mode de réalisation) ou dans le condensateur CST + CLC (dans le deuxième mode de réalisation) ne s'échappe à travers le condensateur parasite Cgs, formé entre l'électrode de grille et l'électrode de source. De cette façon, on peut empêcher les va- riations de tension AVp des électrodes de pixel. Comme représenté sur la figure 7, à la fin de l'impulsion de grille, la chute de la tension Vcom, c'est-à-dire la sortie du tampon à trois états, est la même que la chute de tension d'électrode de pixel. Du fait que ces deux tensions restent constantes l'une par rapport à l'autre après chaque impulsion de grille, il n'y a pas de dégrada- tion de l'image. R\13500\13505 DOC - leravnl 1996-6/9 Un dispositif d'affichage à cristaux liquides et une méthode d'utilisation du dispositif d'affichage à cristaux liquides selon la présente invention. tels que décrits ci-dessus, présentent les avantages suivants. Premièrement, on peut améliorer la qualité de l'image, comme on coupe la tension commune juste avant le front descendant de l'impulsion de grille, on peut empêcher les variations de tension aux deux extrémités des cristaux liquides du fait qu'on peut empêcher aux deux extrémités des cristaux liquides les variations de tension dues aux effets de couplage des condensateurs provoqués par le condensateur parasite entre les électrodes de grille et les électrodes de source. Deuxièmement, le taux d'ouverture peut être amélioré, du fait qu'il n'y a pas de nécessité de former un condensateur par chevauchement des électrodes de pixel et des électrodes de grille adjacentes. Le terme "taux d'ouverture", tel qu'il est utilisé dans cette description, concerne le rapport entre la surface d'ouverture. c'est-à-dire la surface du dispositif à travers laquelle la lumière est transmise, et la surface totale du dispositif d'affichage. Le taux d'ouverture est une mesure de l'efficacité du dispositif d'affichage. Bien que l'invention ait été décrite en référence à des modes de réalisation spé- cifiques, il est évident que de nombreuses alternatives et variations sont évidentes pour l'homme du métier au vu de la description précédente. R\13500\13505 DOC - leravril 1996 -7/9 REVENDICATIONS 1.- Dispositif d'affichage à cristaux liquides comprenant: - un premier substrat (30) présentant une pluralité de lignes de grille (N1 à Nn), une pluralité de lignes de données (D1 à Dn), des transistors en couche mince, et des électrodes de pixel; - un second substrat (40) présentant des électrodes communes (El à En) en nombre identique à celui des lignes de grille et rangées par lignes; - un matériau de cristaux liquides (50) disposé entre les premier et second sub- strats; et - une pluralité d'éléments de commutation (Bl à Bn) reliés respectivement aux électrodes communes (El à En) pour commuter une tension commune vers les électrodes communes. 2.- Dispositif d'affichage à cristaux liquides selon la revendication 1, com- prenant en outre un dispositif d'entraînement de signal flottant pour tension com- mune pour appliquer des impulsions flottantes à chacun des éléments de commuta- tion, de sorte à commander le fonctionnement des éléments de commutation. 3.- Dispositif d'affichage à cristaux liquides selon la revendication 1 ou 2, dans lequel chacun des éléments de commutation (B1 à Bn) est un tampon à trois états. 4.- Un procédé d'utilisation d'un dispositif d'affichage à cristaux liquides comprenant une pluralité d'électrodes communes (El à En) en nombre identique au nombre des lignes de grille (N1 à Nn) et rangées par ligne, le procédé comprenant les étapes consistant: - à appliquer une tension commune à chacune des électrodes communes im- médiatement avant le front montant d'une impulsion de signal de grille sur la ligne, et - à isoler chacune des électrodes communes de cette tension commune immédiatement avant le flanc descendant de l'impulsion de signal de grille. R.\13500\13505 DOC - le, avrl 1996 - 8/9