Brevet FR2754610A1 — publié le 19980417

AFFICHEUR A CRISTAL LIQUIDE ET SON PROCEDE DE FABRICATION La présente invention concerne un afficheur à cristal liquide (LCD) et, plus particulièrement, un transistor en couche mince (TFT) d'un afficheur à cristal liquide et un procédé de fabrication d'un tel afficheur, qui améliore le courant de charge de l'afficheur à cristal liquide, et qui réduit les capacités parasitaires en réglant la largeur d'une électrode de l'afficheur à cristal liquide. Généralement, un afficheur à cristal liquide comprend des plaques de verre supérieure et inférieure, et un cristal liquide injecté entre ces plaques. On forme sur la plaque de verre inférieure une pluralité de lignes de grille s'étendant dans une direction et une pluralité de lignes de données s'étendant dans une autre direction, perpendiculairement à la ligne de grille. Dans cette structure de matrice, une pluralité de transistors en couche mince et une pluralité d'électrodes de pixel sont disposées au voisinage des points d'intersection des lignes de grille et des lignes de données. Sur la plaque de verre supérieure, on dispose des filtres de couleur rouge (R), vert (G) et bleu (B), ainsi qu'une électrode commune. De façon générale, on forme une couche de blocage de la lumière (matrice noire) sur la plaque de verre supé- rieure, et une paire de polariseurs sont disposés sur les surfaces externes des plaques de verre supérieure et inférieure de sorte à transmettre sélectivement la lumière. Un afficheur à cristal liquide classique est décrit ci-dessous en référence à la figure 1 qui montre la structure d'un afficheur à cristal liquide classique. Comme illustré sur la figure 1, l'afficheur à cristal liquide classique comprend une pluralité de lignes de grille 1 formées sur un substrat transparent, une pluralité de lignes de données 2 croisant les lignes de données 1, une pluralité de transistors en couche mince 5 formés au voisinage des points d'intersection des lignes de grille et de données 1 et 2 et une pluralité d'électrodes de pixel 3 reliées aux transistors en couche mince 5. Les lignes de grille 1 sont séparées par un certain intervalle, et s'étendent dans une direction tandis que les lignes de données 2 sont séparées par un certain intervalle et s'étendent sur une direction perpendiculaire aux lignes de grille 1. Deux lignes de grille voisines 1 et deux lignes de données voisines 2 croisant les lignes de grille 1 définissent les frontières d'une région de pixel. Dans chaque région de pixel, on dispose un transistor en couche mince 5 et une électrode de pixel 3. Chacun des transistors en couche mince comprend une électrode de grille la, une électrode de source 2a, et une électrode de drain 4. Une couche d'isolation de grille est formée entre les électrodes de grille et de source la et 2a et entre les élec- trodes de drain et de grille la et 4. L'électrode de grille la s'étend à partir de la ligne de grille 1 et l'électrode de source 2a s'étend à partir de la ligne de domnnées 2. L'électrode de drain 4 est reliée à l'électrode de pixel 3. Le transistor en couche mince 5 transmet un signal provenant de la ligne de données 2 à l'électrode de pixel 3 en réponse à un signal de la ligne de grille 1. L'électrode de source 2a et l'électrode de drain 3 présente la même largeur notée (a) sur la figure. Dans un afficheur à cristal liquide classique présentant un transistor en couche mince tel que celui décrit ci-dessus, si un signal de tension est appliqué à l'électrode de grille la, le transistor en couche mince est rendu passant de sorte à transmettre une tension de données représentant les données d'image à l'électrode de pixel 3 et au cristal liquide. On appelle le courant nécessaire pour charger le cristal liquide le courant de charge (on current) ION, et son expression générale est la suivante CTOT xVLC Ion = -------------------- - (1) ts dans laquelle: ts est le temps de commutation du transistor vers l'état passant; CTOT est la capacité totale du cristal liquide et d'un condensateur auxiliaire; et VLC est la tension appliquée au cristal liquide. Par ailleurs, l'électrode de grille la est recouverte par l'électrode de source 2a et par l'électrode de drain 3 dans certaines portions de recouvrement. Dans ce cas, les portions de recouvrement présentent des capacités parasites notées Cgs et Cgd, Cgs étant la capacité parasite grille-source et Cgd étant la capacité parasite grille-drain. Lorsque le transistor en couche mince est bloqué, la tension sur le pixel chute, d'une quantité AVp, du fait du couplage capacitif. La quantité de chute AV peut être exprimée comme suit: Cgs AVp ------------------------------ x Vg (2) Cgs + CLC + Cst dans laquelle: Cgs est la capacité grille-source; CLC est la capacité de pixel; Cst est la capacité de stockage; et R:\14900\14919.DOC- 10 octobre 1997-2/11I V est la tension de grille. AVp ajoute encore à la détérioration de la qualité de l'image de l'afficheur à cristal liquide. En conséquence, afin d'améliorer la qualité de l'image, il est impor- tant de minimiser AVp et d'améliorer le courant de charge des afficheurs à cristal liquide. Toutefois, les afficheurs à cristal liquide classiques comprennent des électrodes de source et de drain présentant une même largeur. Une telle structure n'améliore pas le courant de charge et ne réduit pas les capacités parasitaires. En conséquence, l'afficheur à cristal liquide classique souffre d'une qualité de l'image détériorée. La présente invention a donc pour objet un afficheur à cristal liquide et un procédé de fabrication d'un tel afficheur qui pallie sensiblement un ou plusieurs des problèmes dûs aux limitations et aux inconvénients de l'art antérieur. Un objet de la présente invention est de fournir un afficheur à cristal liquide et un procédé de fabrication d'un tel afficheur dans lequel la largeur de l'électrode de source est supérieure à celle de l'électrode de drain dans le transistor en couche mince, de sorte à améliorer le courant de charge de l'afficheur à cristal liquide et de réduire ses capacités parasitaires. Un autre objet de l'invention est de fournir un afficheur à cristal liquide et un procédé de fabrication de cet afficheur, dans lequel l'électrode de source présente une forme trapézoïdale de sorte à améliorer le courant de charge et réduire la capacité parasitaire. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront dans la description qui suit ou apparaîtront dans la mise en oeuvre de l'invention. Les objec- tifs et autres avantages de l'invention peuvent être réalisés et obtenus par la structure qui est particulièrement décrite dans la description jointe ainsi que dans les dessins annexés. Pour obtenir ces avantages ainsi que d'autres et selon les buts de la présente invention, un afficheur à cristal liquide selon les modes de réalisation de la présente invention comprend une pluralité de lignes de grille et de lignes de données formées sur un substrat, une pluralité d'électrodes de pixel formées dans les régions définies par les lignes de grille et les lignes de données, un cristal liquide et une couche de filtre de couleur formés au-dessus des électrodes de pixel, une électrode de grille s'étendant à partir de l'une des lignes de grille, une électrode de drain reliée à l'une des électrodes de pixel, et une électrode de source s'étendant à partir de l'une des lignes de données et présentant une largeur supérieure à la largeur de l'électrode de drain. Selon un aspect de l'invention, les modes de réalisation de la présente inven- tion concernent les transistors en couche mince pour un afficheur à cristal liquide, R.\AI 49It\1I4e I I DOC' - I 0 octobre 1997 - 3/11 comprenant une pluralité de lignes de grille et de lignes de données formées sur un substrat, une pluralité d'électrodes de pixel formées dans des régions définies par les lignes de grille et de données, le transistor en couche mince comprenant une électrode de grille s'étendant à partir d'une des lignes de grille, une électrode de drain reliée à l'une des électrodes de pixel, et une électrode de source s'étendant à partir de l'une des lignes de données et présentant une largeur supérieure à la largeur de l'électrode de drain. Selon un mode de réalisation de l'invention, l'électrode de source présente une configuration trapézoïdale. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, l'électrode de source présente une largeur inférieure qui est supérieure à la largeur supérieure de l'électrode de source. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, l'électrode de source présente une forme telle que la largeur de l'électrode de source augmente progressivement depuis son extrémité supérieure vers son extrémité inférieure. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, les électrode de source et de drain recouvrent des portions de l'électrode de grille. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, la portion médiane de l'électrode de source est alignée avec la portion médiane de l'électrode de drain. Dans un autre aspect, les modes de réalisation de la présente invention concerne un procédé de fabrication d'un afficheur à cristal liquide présentant une pluralité de lignes de grille et de lignes de données formées sur un substrat, une pluralité d'électrodes de pixel formées dans des régions définies par les lignes de grille et les lignes de données et un cristal liquide et une couche de filtre de couleur par exemple formés au-dessus des électrodes de pixel, le procédé comprenant les étapes de formation d'une électrode de grille s'étendant à partir d'une des lignes de grille, de formation d'une électrode de drain reliée à l'une des électrodes de pixel, et de formation d'une électrode de source s'étendant à partir de l'une des lignes de données, et présentant une largeur supérieure à une largeur de l'électrode de drain. Selon encore un autre mode de réalisation, l'invention comprend un afficheur à cristal liquide comprenant une pluralité de lignes de grille et de lignes de données, formées sur un substrat, une pluralité d'électrodes de pixel formées dans des régions définies par les lignes de données et les lignes de grille, un cristal liquide, une couche de filtre de couleur formée au-dessus des électrodes de pixel, l'afficheur à cristal liquide comprenant: une électrode de grille s'étendant à partir d'une des lignes de grille; une électrode de drain reliée à une des électrodes de pixel; et une électrode de source s'étendant à partir de l'une des lignes de données et présentant une largeur supérieure à celle de l'électrode de drain. R.:\14900\14919DOC - 10octobre 1997 -4/ 11 Selon un autre mode de réalisation de l'invention, l'électrode de source présente une forme trapézoïdale. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, la portion médiane de l'électrode de source est alignée avec la portion médiane de l'électrode de drain. Selon un. autre mode de réalisation de l'invention,l'électrode de source présente une largeur inférieure qui est supérieure à la largeur supérieure. Selon unl autre mode de réalisation de l'invention, la largeur de l'électrode de source augmente graduellement depuis sa portion supérieure vers sa portion inférieure. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, les électrodes de source et de drain recouvrent des portions de l'électrode de grille. L'invention propose également un procédé de fabrication d'un afficheur à cristal liquide présentant une pluralité de lignes de grille et de lignes de données formées sur un substrat, une pluralité d'électrodes de pixel formées dans des régions définies par les lignes de grille et les lignes de données, et un cristal liquide et une couche de filtres de couleur par exemple formée au-dessus des électrodes de pixel, le procédé comprenant les étapes de: formation d'une électrode de grille s'étendant à partir d'une des lignes de grille; formation d'une électrode de drain reliée à une des électrodes de pixel; et formation d'une électrode de source s'étendant à partir de l'une des lignes de donmlées et présentant une largeur supérieure à la largeur de l'électrode de drain. Le procédé peut comprendre en outre les étapes de: formation d'une couche isolante sur l'électrode de grille; et formation d'une couche semi-conductrice sur la couche isolante. Le procédé peut comprendre également l'étape de formation d'une électrode de source comprend l'étape de: formation de l'électrode de source de sorte à ce qu'elle présente une forme trapézoïdale. Le procédé peut en outre comprendre l'étape de formation de l'électrode de source comprend en outre une étape de: alignement de la portion médiane de l'électrode de source avec la portion médiane de l'électrode de drain. Selon encore un autre mode de réalisation, l'électrode de source peut présenter une largeur inférieure qui est supérieure à sa largeur supérieure. Selon un autre mode de réalisation, la largeur de l'électrode de source augmente graduellement depuis sa portion supérieure vers sa portion inférieure. Selon un autre mode de réalisation, les électrodes de source et de drain recouvrent des portions d'électrode de grille. IR:\1I4 \14')\491 ' D)OC - I 0 octobre 1997 -5/11I Il est clair que la description générale qui précède ainsi que les descriptions détaillées qui suivent ne sont données qu'à titre d'exemple d'explication, et ne sont destinées qu'à permettre une compréhension de l'invention telle que revendiquée. Les dessins joints vont permettre une meilleure compréhension de l'invention et ils constituent une partie de cette description des miodes de réalisation de l'invention, et, en liaison avec la description, ils servent à expliquer les principes de l'invention. Dans ces dessins: - la figure 1 est une vue illustrant un afficheur à cristal liquide classique; - la figure 2 est une vue illustrant un afficheur à cristal liquide selon un mode de réalisation de la présente invention; - la figure 3 est une vue en perspective de la portion notée A de la figure 2. Il est maintenant fait référence en détail aux modes de réalisation préférés de la présente invention dont des exemples sont illustrés dans les dessins joints. Comme illustré sur la figure 2, un afficheur à cristal liquide selon les modes de réalisation de la présente invention comprend une pluralité de lignes de grille 21 disposées parallèles les unes aux autres sur un substrat transparent, une pluralité de lignes de données 23 s'étendant dans une direction perpendiculaire aux lignes de grille 21, une pluralité de transistors en couche mince 25 formés aux points d'intersection des lignes de grille et des lignes de données 21 et 23, et une pluralité d'électrodes de pixel 24 connectées au transistor en couche mince. Les afficheurs à cristal liquide comprennent, en outre, d'autres composants, par exemple des isola- teurs, du cristal liquide, des filtres de couleur, des polariseurs, etc. tels qui sont présents dans les afficheurs à cristal liquide classiques. Chacun des transistors en couche mince comprend une électrode de grille 21a s'étendant à partir d'une ligne de grille correspondante 21, une électrode de drain 22 qui recouvre l'électrode de grille 21a, et une électrode de source 23a s'étendant à partir d'une ligne de données correspondante 23. L'électrode de source 23a présente une largeur supérieure (c) et un largeur inférieure (d) qui est supérieure à sa largeur supérieure (c). C'est dire que l'électrode de source 23a présente une forme trapézoï- dale, de sorte que la largeur de l'électrode de source 23a augmente progressivement depuis son extrémité ou portion supérieure, vers sa portion inférieure. La largeur inférieure est la largeur de l'électrode 23a, au voisinage de la ligne de bus de données 23. L'électrode de drain 22 présente, par contre, une largeur unique (b). La largeur (b) de l'électrode de drain 22 est inférieure à la largeur supérieure (c) de l'électrode de source 23a. La structure de l'électrode de source 21 a décrite ci-dessus minimise la quantité AVp, et améliore le courant de charge du transistor en couche mince. Selon R:\14900\14919,DOC - 10 oclobre 1997 - 6/11 l'équation (2) décrite ci-dessus, la structure de l'électrode de source selon l'invention fait décroitre la valeur de Cgs, ce qui fait décroître AVp, ainsi que la capacité para- sitaire. En conséquence, l'afficheur empêche la détérioration de la qualité de l'image. La figure 3 est une vue en perspective de la portion notée A de la figure 2 qui montre l'électrode de source 23a et l'électrode de drain 22, qui recouvrent toutes les deux l'électrode de grille 21a. On va décrire maintenant un procédé de fabrication de l'afficheur à cristal liquide mentionné plus haut, selon les modes de réalisation de la présente invention. On structure une électrode de grille 21a, sur une portion prédéterminée du substrat transparent. L'électrode de grille 21a s'étend à partir de la ligne de grille correspondante 21. Une couche d'isolation de grille est ensuite formée sur toute la surface du substrat transparent et de l'électrode de grille 21a. Une couche semi- conductrice est formée sur la couche d'isolation de grille et structurée. Ensuite, on dépose un matériau d'électrode de source et de drain sur la couche semi-conductrice, et ce matériau est structuré de sorte à former une électrode de source 23a, une électrode de drain 22 et une ligne de données 23. En particulier, l'électrode de source 23a est structurée de sorte à présenter une forme trapézoïdale (ou une forme d'échelle), avec une largeur supérieure à la largeur (b) de l'électrode de drain (22). La couche d'isolation de grille, la couche semi-conductrice, et une couche dopée n+, non représentée, sont formées entre l'électrode de source 23a et l'électrode de grille 21a, et entre l'électrode de drain 22 et l'électrode de grille 21a. D'autres éléments et composants de l'afficheur à cristal liquide sont formés d'une manière similaire à celle qui est utilisée pour un afficheur à cristal liquide classique. Tel que décrit ci-dessus, l'afficheur à cristal liquide et son procédé de fabrica- tion présentent de nombreux avantages, y compris les suivants: Du fait que l'électrode de source présente une largeur (largeur supérieure ou inférieure) supérieure à la largeur de l'électrode de drain, il est possible de réduire la capacité parasitaire, et d'augmenter le courant de charge, de sorte à améliorer la qualité de l'image ainsi que le temps de réponse de l'afficheur à cristal liquide. Il apparaîtra à l'homme du métier que de nombreuses modifications et varia- tions de l'afficheur à cristal liquide et du procédé selon la présente invention peuvent être réalisés sans s'écarter de l'esprit de l'invention. DIl Oi 1)1( - 10 (Iocobre 1997- 7/ 11 REVENDICATIONS 1.- Un transistor en couche mince (25) pour un afficheur à cristal liquide, comprenant une pluralité de lignes de grille (21) et de données (23) formées sur un substrat, une pluralité d'électrodes de pixel (24) formées dans des régions définies par les lignes de grille et de données, le transistor en couche mince comprenant - une électrode de grille (21a) s'étendant à partir d'une ligne de grille (21); - une électrode de drain (22) reliée à une des électrodes de pixel (24); et - une électrode de source (23a) s'étendant à partir d'une des lignes de données (23) et présentant une largeur supérieure à la largeur de l'électrode de drain. 2.- Transistor en couche mince selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'électrode de source présente une configuration trapézoïdale. 3.- Transistor en couche mince selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'électrode de source (23a) présente une largeur inférieure (d) qui est supérieure à la largeur supérieure (c) de l'électrode de source. 4.- Transistor en couche mince selon l'une des revendications 1 à 3, caracté- risé en ce que l'électrode de source présente une forme telle que la largeur de l'électrode de source augmente progressivement depuis son extrémité supérieure vers son extrémité inférieure. 5.- Transistor en couche mince selon l'une des revendications 1 à 4, caracté- risé en ce que les électrode de source et de drain recouvrent des portions de l'électrode de grille. 6.- Transistor en couche mince selon l'une des revendications 1 à 5, caracté- risé en ce que la portion médiane de l'électrode de source est alignée avec la portion médiane de l'électrode de drain. 7.- Un afficheur à cristal liquide comprenant une pluralité de lignes de grille (21) et de lignes de données (23), formées sur un substrat, une pluralité d'électrodes de pixel (24) formées dans des régions définies par les lignes de données et les lignes de grille, un cristal liquide, une couche de filtre de couleur, l'afficheur à cristal liquide comprenant: une électrode de grille (21a) s'étendant à partir d'une des lignes de grille; - une électrode de drain (22) reliée à une des électrodes de pixel (24); et R:\14900\14919.DOC- l octobre 1997 - 811 une électrode de source s'étendant à partir de l'une des lignes de données et présentant une largeur supérieure à une largeur de l'électrode de drain (22). 8.- Un. afficheur à cristal liquide selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'électrode de source présente une forme trapézoïdale. 9.L'afficheur à cristal liquide selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que la portion médiane de l'électrode de source (23a) est alignée avec la portion médiane de l'électrode de drain (22). 10.- L'afficheur à cristal liquide selon la revendication 7, 8 ou 9 caractérisé en ce que l'électrode de source (23) présente une largeur inférieure (d) qui est supérieure à la largeur supérieure (c). 11.- L'afficheur à cristal liquide selon l'une des revendications 7 à 10, caracté- risé en ce que la largeur de l'électrode de source augmente graduellement depuis sa portion supérieure vers sa portion inférieure. 12.- L'afficheur à cristal liquide selon l'une des revendications 7 à 11, caracté- risé en ce que les électrodes de source (23a) et de drain (22) recouvrent des portions (21 a) de l'électrode de grille. 13.- Un procédé de fabrication d'un afficheur à cristal liquide présentant une pluralité de lignes de grille et de lignes de données formées sur un substrat, une pluralité d'électrodes de pixel (24) formées dans des régions définies par les lignes de grille et les lignes de données, et un cristal liquide et une couche de filtres de couleur, le procédé comprenant les étapes de: - formation d'une électrode de grille (21a) s'étendant à partir d'une des lignes de grille; - formation d'une électrode de drain (22) reliée à une des électrodes de pixel (24); et - formation d'une électrode de source (23a) s'étendant à partir de l'une des lignes de données (23) et présentant une largeur supérieure à une largeur de l'électrode de drain. 14.- Le procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce qu'il comprend en outre les étapes de: - formation d'une couche isolante sur l'électrode de grille; et It:\I4V \I)CJl Dt - I( octobre 1997-9/ 11 - formation d'une couche semi-conductrice sur la couche isolante. 15.- Le procédé selon la revendication 13 ou 14, caractérisé en ce que l'étape de formation d'une électrode de source comprend l'étape de: formation de l'électrode de source de sorte à ce qu'elle présente une forme trapézoïdale. 16.- Le procédé selon la revendication 13, 14 ou 15, caractérisé en ce que l'étape de formation de l'électrode de source comprend en outre une étape de: - alignement de la portion médiane de l'électrode de source avec la portion médiane de l'électrode de drain. 17.- Le procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que l'électrode de source présente une largeur inférieure (d) qui est supérieure à sa largeur supérieure (c). 18.- Le procédé selon l'une des revendications 13 à 17, caractérisé en ce que la largeur de l'électrode de source augmente graduellement depuis sa portion supé- rieure vers sa portion inférieure. 19.- Le procédé selon l'une des revendications 13 à 18, caractérisé en ce que les électrodes de source et de drain recouvrent des portions d'électrode de grille. \14900\14919.DOC- 10octobre 1997- 10/I I