Brevet FR2754072A1 — publié le 19980403

PROCEDE DE FABRICATION D'UN AFFICHEUR A CRISTAL LIQUIDE La présente invention concerne un afficheur à cristal liquide et plus particuliè- rement un procédé de fabrication d'un afficheur à cristal liquide présentant une bonne qualité d'image. Les afficheurs à tube cathodique applicables pour la télévision ou pour les ordinateurs personnels et autres présentent des écrans de taille importante. Du fait qu'un écran recouvert d'un matériau lumineux doit être disposé à une distance prédéterminée d'un canon à électrons, le volume total de l'afficheur est important, ce qui pose un problème. Ainsi, un tel tube à rayon cathodique ne peut pas être utilisé pour les dispositifs électroniques de petite taille et à faible consommation de puissance, tels que les télévisions montés sur les murs, les télévisions portables, les ordinateurs portables, etc. Pour assurer une petite taille et une consommation faible, on a introduit des afficheurs à panneau plat, tels que des afficheurs à cristal liquide (LCD), des panneaux afficheurs à plasma (PDP), des afficheurs électroluminescents (ELD) et des afficheurs fluorescents au vide (VFD). Parmi ces afficheurs plats, l'afficheur à cristal liquide a fait l'objet des recherches les plus actives récemment, du fait de la bonne qualité de l'image, la faible consommation, en dépit de divers inconvénients. Il existe deux types d'afficheurs à cristal liquide, à savoir les afficheurs à cristal liquide à matrice passive, et les afficheurs à cristal liquide à matrice active (AMLCD). Parmi ces deux types, l'afficheur à cristal liquide à matrice active a été principalement utilisé récemment du fait que l'élément de commutation fonctionne indépendamment pour chaque pixel, ce qui assure un taux de contraste élevé et une haute résolution en minimisant les interférences entre pixels voisins. La figure 1 est une vue de dessus d'un afficheur à cristal liquide à matrice active classique. Comme représenté sur la figure, une ligne de bus de grille 1 et une ligne de bus de donnée 2 se croisent pour définir une région de pixel. A l'intersection de la ligne de bus de grille 1 et de la ligne de bus de donnée 2, on positionne un transistor en couche mince (TFT) dont une électrode de grille 3 et des électrodes de source/drain 4 sont respectivement reliées à la ligne de grille de bus 1 et à la ligne de bus de donnée 2. Lorsqu'une tension est appliquée à la ligne de bus de grille 1 à partir d'un circuit de pilotage de grille fixé à l'extérieur du panneau à cristal liquide, le transistor en couche mince est actionné, et en même temps, le signal de données est appliqué à l'électrode de pixel 7 de la région de pixel à partir du circuit de pilotage de données. A ce moment là, la région de représentation de l'image est la région de pixel sur laquelle l'électrode de pixel 5 est formée. Ainsi, une couche de blocage de la I 4)',;Ik)O)C - elr octobrc 1997 - I/11 lumière 6 doit être formée afin d'empêcher la fuite de la lumière à travers la ligne de bus de grille 1, la ligne de bus de données 2 et le transistor en couche mince. Cette couche de blocage de la lumière 6 est généralement formée sur le substrat du filtre de couleur, mais ceci pose un problème significatif. Si la couche de blocage de lumière 6 du substrat du filtre de couleur ne recouvre pas correctement la ligne de bus de grille 1, la ligne de bus de données 2 et le transistor en couche mince du substrat présentant la matrice de transistor en couche mince, lors de l'assemblage du substrat à filtre de couleur et du substrat à transistor en couche mince, la lumière fuit dans cette région de sorte que la qualité de l'image est détériorée. Si la couche de blocage de la lumière 6 présente une largeur supérieure à celle de la région de fuite de la lumière de sorte à recouvrir l'électrode de pixel, pour empêcher la fuite de la lumière, se pose le problème de la réduction du taux d'ouverture. Afin de surmonter ce problème, il a été proposé un afficheur à cristal liquide présentant une couche de blocage de la lumière 6, formée directement sur la ligne de bus de grille 1, la ligne de bus de données 2 et le transistor en couche mince, comme représenté sur la figure 2. Sur cette figure, l'électrode de grille 3, et la couche d'isolation de grille 11 sont formées sur le substrat 10. Une couche semi-conductrice 13 est déposée sur la couche d'isolation de grille 11, et les électrodes de drain et de source 4 sont formées au-dessus de cette couche. Sur le pixel, on forme une élec- trode de pixel 5 reliée à l'une des électrodes de source et de drain 4. Une couche de passivation 16 est déposée au-dessus du substrat 10. La couche de blocage de lumière 6 est formée sur la couche de passivation 16 au-dessus de la ligne de bus de grille 1, de la ligne de bus de données 2 et de la région du transistor en couche mince, et une couche d'alignement 18 est formée au- dessus de l'ensemble de la surface du substrat 10. Cette couche de blocage de la lumière 6 est formée à partir d'une résine noire, tandis que la couche de blocage de la lumière sur un substrat de filtre de couleur est formée d'un métal tel que Cr ou CrOx. Comme la couche de blocage de la lumière 6 est directement formée sur la ligne de bus de grille 1, la ligne de bus de données 2 et le transistor en couche mince, on empêche la fuite de la lumière à travers cette région. Bien qu'une partie de la couche de blocage de la lumière 6 de la figure 2 recouvre l'électrode de pixel 5, la partie en recouvrement est très petite, de sorte à améliorer le taux d'ouverture. Toutefois, l'afficheur à cristal liquide de la figure 2 présente le problème suivant. Lorsque le substrat 10 est frotté avec un tissu ou chiffon de frottement pour aligner les molécules de cristal liquide, comme représenté sur la figure, on génère une région non frottée dans la région de pixel, du fait de l'épaulement H de la couche de blocage de la lumière 6. Sur la figure 2, la référence L indique la largeur de la région non frottée. La région non frottée, c'est-à-dire la région non alignée, provoque L:\14800\14880,DOC - Ier oclobre 1997 - 2/11 un défaut très important. Dans la région alignée, les molécules de cristal liquide sont alignées dans une certaine direction, le long de la direction de frottement. Dans la région non alignée, les molécules de cristal liquide sont alignées de façon aléatoire, indépendamment de la direction de frottement. Ainsi, se forme une désinclinaison à la frontière entre la région alignée et la région non alignée, avec fuite de la lumière. Cette désinclinaison est un des facteurs les plus importants dans la détérioration de la qualité de l'image. Afin de résoudre le problème de la désinclinaison, l'afficheur à cristal liquide de la figure 3 a été proposé dans le brevet US-A-5 345 324. Ce brevet présente une structure similaire à un afficheur à cristal liquide classique, à l'exception de la couche de métal opaque 14 dans la région non alignée L de l'électrode de pixel 5. La couche de passivation 16 est déposée sur la couche de métal opaque 14, et la couche de blocage de la lumière 6 est formée par dessus. Ainsi, la couche de métal opaque 14 bloque la fuite de la lumière à travers la région L, de sorte à éviter la désinclinai- son sur l'écran provoquée par l'épaulement H de la couche de blocage de la lumière 6. Dans cet afficheur à cristal liquide, toutefois, la couche de blocage de la lumière 6 fait décroître la surface de l'unité de représentation à travers laquelle la lumière passe, et ceci fait diminuer le taux d'ouverture. Un objet de l'invention est de fournir un afficheur à cristal liquide présentant une bonne qualité d'image, par un traitement de photo-alignement. Un autre objet de la présente invention est de fournir un procédé de fabrication d'un afficheur à cristal liquide présentant un taux d'ouverture élevé. Pour atteindre ces objectifs, le procédé de fabrication d'un afficheur à cristal liquide de l'invention comprend les étapes de formation d'une pluralité de lignes de bus de grille et de lignes de bus de données sur un substrat, la formation d'une pluralité de transistors en couche mince à l'intersection des lignes de bus de grille et des lignes de bus de données, la formation d'électrodes de pixel dans les régions de pixel, le dépôt d'une couche de passivation sur le substrat, la formation d'une couche de blocage de la lumière au-dessus des lignes de bus de grille, des lignes de bus de données et des transistors en couche mince, la formation d'une couche d'alignement sur la couche de blocage de la lumière et la couche de passivation, et l'exposition de la couche d'alignement à la lumière afin de déterminer la direction d'alignement. Le procédé de fabrication d'un transistor en couche mince comprend l'étape de formation d'une électrode de grille sur le substrat, de dépôt d'une couche d'isolation de grille sur l'électrode de grille et sur le substrat, la formation d'une couche semi- conductrice sur la couche d'isolation de grille, et la formation d'électrodes de source et de drain sur la couche semi-conductrice. La couche d'alignement comprend des R 0\ 14 I DI)O)C -.30 septembre 19973/Il matériaux de photoalignement tels que des matériaux à base de polysiloxane et du polyvinylfluorocinnamate. L'invention propose un procédé de fabrication d'un afficheur à cristal liquide comprenant: - la formation d'une pluralité de lignes de bus de grille et de lignes de bus de données sécantes, sur un substrat; - la formation d'une pluralité de transistors en couche mince à l'intersection des lignes de bus de grilles et des lignes de bus de données; - la formation d'une électrode de pixel 105 sur le substrat 110; - le dépôt d'une couche de passivation 116 sur le substrat; - la formation d'une couche de blocage de la lumière 106 au-dessus des lignes de bus de grilles, des lignes de bus de données et des transistors en couche mince; - le dépôt d'une couche d'alignement 118 sur la couche de blocage de la lumière et la couche de passivation; et - une exposition de la couche d'alignement 118 à la lumière de sorte à détermi- ner la direction d'alignement. Avantageusement, l'étape de formation du transistor en couche mince comprend les étapes de - formation d'une électrode de grille 103 sur le substrat; - dépôt d'une couche d'isolation de grille 111 sur l'électrode de grille et de substrat; - formation d'une couche semi- conductrice sur la couche d'isolation de grille; et - formation de l'électrode de source et de drain 104 sur la couche semi- conductrice. De préférence, le procédé comprend en outre une étape de formation d'une couche de contact ohmique sur la couche semi-conductrice. Le procédé peut comprendre en outre l'étape d'anodisation de l'électrode de grille 103 de sorte à former une couche anodisée. Avantageussement, l'électrode de pixel comprend de l'oxyde d'étain et d'indium. La couche de blocage de la lumière peut comprendre une résine noire. Le matériau de la couche d'alignement peut être choisi dans le groupe constitué des matériaux à base de polyvinylcinnamate et des matériaux à base de polysiloxane. Dans un mode de réalisation préféré, l'angle de préinclinaison est fonction de l'énergie lumineuse absorbée par la couche d'alignement. La lumière peut comprendre de la lumière ultraviolette. L'étape d'exposition de la couche d'alignement peut comprendre les étapes de: - exposition de la couche d'alignement à la lumière polarisée; et R:\14800\14880DOC -30 septemîbre 1997 -4/I I - exposition de la couche d'alignement à la lumière non polarisée. De préférence, la couche d'alignement est exposée une seule fois à la lumière polarisée et une seule fois à la lumière non polarisée. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit donnée à titre d'exemple uniquement et en référence aux dessins qui montrent: - figure 1, une vue de dessus d'un afficheur à cristal liquide classique; - figure 2, une vue en coupe le long de la ligne A-A' de la figure 1; - figure 3, une vue en coupe d'un autre afficheur à cristal liquide classique; - figure 4, des vues représentant un procédé de fabrication d'un afficheur à cristal liquide selon un premier mode de réalisation de la présente invention; - figure 5, des vues montrant un procédé de fabrication d'un afficheur à cristal liquide selon unl deuxième mode de réalisation de la présente invention. En référence à la figure 4, l'électrode de grille 103 et la ligne de bus de grille (non représentée sur la figure) sont d'abord formées sur le substrat 110 par attaque d'une couche de métal pulvérisée, telle que Cr, Mo, Al et Ti, comme représenté sur la figure 4A. Ensuite, on dépose une couche d'isolation de grille 111, formée de SiNx ou SiOx, par un dépôt chimique en phase vapeur (CVD). Bien que ceci ne soit pas représenté sur la figure, l'électrode de grille 103 peut être anodisée de sorte à former une couche d'anodisation pour augmenter l'effet d'isolement de l'électrode de grille 103. Ensuite, une couche de silicone amorphe (a-Si) est déposée sur la couche d'isolation de grille 111 par dépôt chimique en phase vapeur, et on procède à un traitement d'attaque pour former la couche semi-conductrice 113, comme représenté sur la figure 4B. Sur la couche semi-conductrice 113, un métal pulvérisé, tel que Cr, Ti ou AI est attaqué de sorte à former des électrodes de source et de drain 104, et une ligne de bus de donnmlées (non représentée sur la figure). Une couche de silicium amorphe dopée n+, non représentée sur la figure, peut être déposée et attaquée sur la couche semi-conductrice 113 de sorte à former une couche de contact ohmique. La couche semi-conductrice 113, et les électrodes de source et de drain 104 sont formées séparément par les traitements de dépôt et d'attaque, comme représenté sur la figure. Après avoir successivement déposé le silicium amorphe et le métal, toutefois, le métal peut être attaqué pour former des électrode de source et de drain 104, et ensuite le silicium amorphe peut être attaqué en utilisant les électrodes de source et de drain 104 comme masque, pour former la couche semiconductrice 113. Ensuite, on dépose un métal transparent tel que de l'oxyde d'étain et d'indium (ITO) et on l'attaque dans la région de pixel de sorte à former l'électrode de pixel SIlO D14S[I})O(' - 30 scplnl de drain 104. Ensuite, on forme une couche de passivation 116 au-dessus du substrat 106 en déposant des matériaux inorganiques tels que SiNx ou SiOx, et après on dépose par dessus une résine noire de sorte à former une couche de blocage de la lumière 106 comme représenté sur la figure 4C. Une partie de la couche de blocage de la lumière 106 recouvre l'électrode de pixel 105 de sorte à éviter la fuite de lumière à travers la ligne de bus de grille et la ligne de bus de données et le transistor en couche mince. A cet instant, la couche de blocage de la lumière 106 présente un épaulement d'une hauteur H. Un matériau de photoalignement comprenant un matériau à base de polysiloxane, ou du polyvinylfluorocinnamate (PVCN- F) est revêtu sur toute la surface du substrat et est exposé par une lumière telle qu'une lumière ultraviolette, de sorte à déterminer une direction d'alignement des molécules de cristal liquide. L'angle de préinclinaison des matériaux à base de polysiloxane dépend de l'énergie U.V. absorbée. Comme représenté sur les figures 4D et 4E, en outre, la couche d'alignement 118 est exposée deux fois à de la lumière polarisée et non polarisée. L'exposition à la lumière polarisée génère des directions de préinclinaison dégénérées perpendicu- laires à la direction de polarisation de la lumière d'exposition, à la surface de la couche d'alignement 118. Lorsque la couche d'alignement 118 est exposée à une lumière non polarisée, seule l'une des deux directions dégénérées, parallèle à la direction d'irradiation de la lumière d'exposition est sélectionnée de sorte à obtenir la direction de préinclinaison voulue. La figure 5 est une vue montrant un second mode de réalisation de la présente invention. Dans ce mode de réalisation, la direction d'alignement est déterminée par une exposition unique de la lumière, et par l'injection du cristal liquide entre les panneaux à cristal liquide. Comme représenté sur les figures 5A à 5C, on forme une électrode de grille 203, une ligne de bus de grille (non représentée sur les figures) et un transistor en couche mince, au-dessus du premier substrat 210a. L'électrode de pixel 205 est formée dans la région de pixel, et ensuite on dépose une couche de passivation 216 au-dessus de toute la surface du premier substrat 210a, et on forme par dessus de blocage de la lumière 206. Les matériaux de photoalignement tels que du PVCN-F et des matériaux à base de polysiloxane sont déposés sur toute la surface du premier substrat 210a de sorte à former une couche d'alignement. Ensuite, le premier substrat 210a est exposé à une lumière polarisée telle qu'une lumière ultraviolette de sorte à déterminer des directions de préinclinaison dégénérées perpendiculaires à la direction de polarisation de la lumière incidente sur R:\14800\14880.DOC - 30 scptembre 1997 - 6/11 la première couche d'alignement 210a, comme représenté sur la figure 5D. Ensuite, on forme une couche de filtre de couleur 237, une contre-électrode 235 en oxyde d'étain et d'indium, une seconde couche d'alignement 218b au-dessus du second substrat 210b comme représenté sur la figure 5E. L'exposition du second substrat 210b avec une lumière présentant une direction de polarisation différente de celle de la lumière utilisée dans le premier traitement d'exposition permet de déterminer des directions de préinclinaison dégénérées différentes de celles de la première couche d'alignement 218a. Après assemblage des premier et second substrats 210a, 210b, une des directions de préinclinaison dégénérées des première et seconde couches d'alignement 218a, 218b est sélectionnée par l'effet d'écoulement du cristal liquide lorsque le cristal liquide est injecté entre les premier et second substrats 210a, 210b. En outre, de façon alternative, seul l'un des deux des premier et second substrats 210a, 210b peut être exposé à la lumière, et ensuite on injecte un cristal liquide additionné d'un dopant chiral, entre les premier et second substrats 210a, 210b, au lieu d'exposer les premier et second substrats 21 Oa, 21 Ob. Comme décrit ci-dessus, du fait que le substrat présentant la couche de blocage de la lumière telle que la résine noire est exposé à la lumière pour former la direction d'alignement, on ne génère pas de désinclinaison provoquée par l'épaulement de la couche de blocage de la lumière. Ainsi, la qualité de l'image est améliorée. En outre, le taux d'ouverture est aussi amélioré du fait que la couche de métal évitant la désinclinriaison au voisinage de l'épaulement de la couche de blocage de la lumière n'est pas nécessaire pour le traitement de frottement. Bien que la forme préférée de la présente invention ait été décrite, il est clair que l'invention est susceptible de modifications qui apparaîtront à l'homme du métier. R I I\ DI.IC.l I j)( - 30 Seltenlbre 1997 - 7/11 REVENDICATIONS 1.- Un procédé de fabrication d'un afficheur à cristal liquide comprenant: - la formation d'une pluralité de lignes de bus de grille et de lignes de bus de données sécantes, sur un substrat; - la formation d'une pluralité de transistors en couche mince à l'intersection des lignes de bus de grilles et des lignes de bus de données; - la formation d'une électrode de pixel (105) sur le substrat (110); - le dépôt d'une couche de passivation (116) sur le substrat; - la formation d'une couche de blocage de la lumière (106) au-dessus des lignes de bus de grilles, des lignes de bus de données et des transistors en couche mince; - le dépôt d'une couche d'alignement (118) sur la couche de blocage de la lumière et la couche de passivation; et - une exposition de la couche d'alignement (118) à la lumière de sorte à détermi- ner la direction d'alignement. 2.- Le procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape de formation du transistor en couche mince comprend les étapes de: formation d'une électrode de grille (103) sur le substrat; - dépôt d'une couche d'isolation de grille (111) sur l'électrode de grille et de substrat; - formation d'une couche semi-conductrice sur la couche d'isolation de grille; et - formation de l'électrode de source et de drain (104) sur la couche semi- conductrice. 3.- Le procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une étape de formation d'une couche de contact ohmique sur la couche semi- conductrice (113). 4.- Le procédé selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce qu'il comprend en outre l'étape d'anodisation de l'électrode de grille (103) de sorte à former une couche anodisée. 5.- Le procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'électrode de pixel comprend de l'oxyde d'étain et d'indium. R:\14800\14880DOC - 30 septembre 1997 - SfI 1 6.- Le procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la couche de blocage de la lumière comprend une résine noire. 7.- Le procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le matériau de la couche d'alignement est choisi dans le groupe constitué des matériaux à base de polyvinylcinnlmamate et des matériaux à base de polysiloxane. 8.- Le procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'angle de préinclinaison est fonction de l'énergie lumineuse absorbée par la couche d'alignement. 9.- Le procédé selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la lumière comprend de la lumière ultraviolette. 10.- Le procédé selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que l'étape d'exposition de la couche d'alignement comprend les étapes de: exposition de la couche d'alignement à la lumière polarisée; et - exposition de la couche d'alignement à la lumière non polarisée. 11.- Le procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que la couche d'alignement est exposée une seule fois à la lumière polarisée et une seule fois à la lumière non polarisée.