Brevet FR2751434A1 — publié le 19980123

DISPOSITIF D'AFFICHAGE A CRISTAL LIQUIDE A MICRO-LENTILLES La présente invention concerne un dispositif d'affichage du type à transmis- sion. Plus particulièrement, la présente invention concerne un dispositif d'affichage du type à matrice de points présentant unl panneau d'affichage et une multiplicité d'éléments d'image (ou pixels) disposés sous forme de matrice pour former un dispo- sitif d'affichage à cristal liquide (LCD), dans lequel le panneau d'affichage est muni d'une matrice de micro-lentilles. De façon générale, les dispositifs d'affichage à cristal liquide sont constitués de substrats supérieur et inférieur disposés l'un face à l'autre comme représenté à la figure 1. Le substrat inférieur comprend une pluralité d'électrodes de pixel 13 qui sont formées sur un substrat de verre transparent 10. Des lignes de bus de données 12 sont formées parallèles les unes aux autres dans une direction horizontale et des lignes de bus de grille 1 1 sont formées parallèles les unes aux autres dans une direc- tion verticale. Entre les lignes de bus de données 12 et les lignes de bus de grille 11, sont formées une pluralité d'électrodes de pixel 13. Sur le substrat transparent 10 sont disposés des éléments de, \commutation, tels que des transistors en couche mince 15 (TFT) pour chacun des pixels respectifs, à chaque zone d'intersection entre une ligne de bus de grille 11 et une ligne de bus de domnnées 12. Les électrodes de pixel 13 sont électriquement reliées aux électrodes de sortie (par exemples les drains) des transistors en couche mince 15. Par ailleurs, le substrat supérieur comprend une couche de filtre de couleur 21 formée sur un substrat de verre transparent 20 et des électrodes communes 22 formées sur la couche de filtre de couleur 21. Comme représenté sur la figure 2, la couche de filtre de couleur 21 comprend un filtre de couleur rouge 21R, un filtre de couleur vert 21G et un filtre de couleur bleu 21 B qui sont successivement formés sur le substrat 20. Parmi les différents arrangements de filtres de couleur, on utilise une matrice à mosaïque pour le mode audio-vidéo (AV) et une matrice en bande pour le mode bureautique. Une fois que les substrats supérieur et inférieur ont été individuellement réali- sés. il est nécessaire de les assembler pour injecter entre eux du cristal liquide 24. Le substrat supérieur et le substrat inférieur peuvent être assemblés de telle sorte que le filtre de couleur 21 soit en face des électrodes de pixel 13 formées sur le substrat de 3 5 verre transparent 10. En outre, une matrice noire 14 est formée au-dessus des lignes de bus de grille 11 et des lignes de bus de données 12 qui correspondent aux bords de chaque filtre de couleur 21R, 21G et 21B. La matrice noire 14 bloque la lumière qui pourrait i1' 2 l[I')997.12 1 avoir traversé ou fui à partir des vides ou espacements formés entre les lignes de bus et les électrodes de pixel 13, et améliore le contraste du dispositif d'affichage à cristal liquide en rendant plus précis les bords des filtres de couleur. Généralement, la taille de la matrice noire 14 est supérieure à celle de chaque ligne de bus, du fait des défauts d'alignement provoqués par l'assemblage du substrat supérieur avec le substrat inférieur. Les lignes de bus de grille 11 et les lignes de bus de données 12 présentent une largeur approximative de 15 ptm à 40 Mm et de 10 gtm à 25 ptm, respectivement. De la sorte, la matrice noire 14 est légèrement plus large que les lignes de bus. Dans les dispositifs d'affichage à cristal liquide classiques présentant les éléments décrits ci-dessus, une source lumineuse est disposée sur l'arrière du substrat de verre transparent 20. La matrice noire 14 est formée sur le substrat de verre trans- parent 10 de sorte à recouvrir les lignes de bus de grille 1 1 et les lignes de bus de données 12. La lumière provenant de la source de lumière, représentée par une ligne droite sur la figure 2, est transmise à travers le substrat de verre transparent 20, les filtres de couleur 21R, 21G et 21 B, les électrodes communes 22, et le cristal liquide 24, successivement. Cette lumière traverse la portion du substrat de verre transparent sur laquelle sont disposées les électrodes 13. Mais la lumière qui est incidente sur les lignes de bus de grille et les lignes de bus de domnnées 11 et 12 est bloquée par la matrice noire 14. En conséquence, le taux d'ouverture du dispositif d'affichage à cristal liquide et la luminosité du dispositif sont réduits. Le taux d'ouverture est exprimé par "la surface effective de tous les pixels" divisée par "la surface totale d'affichage". Le taux d'ouverture est égal au rapport entre la lumière récupérable par rapport à toute la lumière incidente (récupérable et irrécupérable). (La lumière irrécupérable est la lumière bloquée par les portions non transmissives du dispositif d'affichage et ne contribue pas à l'affichage). Lorsque la valeur de la portion non transmise augmente, le taux d'ouverture décroît. Un taux d'ouverture réduit provoque la reproduction d'images foncées et une qualité d'image faible. Les dispositifs d'affichage à cristal liquide peuvent comprendre un condensa- teur de stockage pour améliorer les capacités de cellule des dispositifs d'affichage à cristal liquide. Il existe deux types de condensateurs de stockage. Le premier est du type dit "stockage en commun", et dans ce type, le condensateur de stockage est formé séparément. L'autre type est du type dit "stockage sur grille", et dans ce type une portion de la ligne de grille sert d'électrode de condensateur de stockage. Ce dernier dispositif a une surface effective de formation des pixels qui est plus faible que le précédent. En conséquence, le taux d'ouverture de tels dispositifs d'affichage à cristal liquide et la luminosité du dispositif d'affichage sont réduits. 0l4 \14iO [)D)( - 2 il i 'l, - 2 ' I Pour améliorer les images qui sont affichées, il est nécessaire d'augmenter la luminosité de la lumière de rétro-éclairage, et de minimiser la valeur de la portion non transmissible. Pour augmenter la luminosité de rétro-éclairage, il est nécessaire de disposer d'une puissance électrique supplémentaire; toutefois, ceci n'est pas désirable du fait du coût. De nombreuses méthodes différentes ont été développées pour augmenter le taux d'ouverture des dispositifs d'affichage à cristal liquide, et, par exemple, on peut augmenter la surface des électrodes de pixel, ou augmenter la taille des pixels. Pour augmenter la taille des pixels, toutefois, les autres éléments du dispositif d'affichage à cristal liquide tels que les lignes de bus de grille, les lignes de bus de source, les transistors en couche mince, et autres, doivent être réduits. Mais la photolithographie et l'attaque imposent une limite à la réduction de ces éléments. En outre, la largeur des lignes de bus ne peut pas être réduite en dessous d'un certain niveau. En conséquence. il est difficile de fabriquer des dispositifs d'affichage à cristal liquide présentant un taux d'ouverture amélioré. Mais, même si l'on augmentait la taille des pixels par les méthodes ci-dessus, on obtient qu'un taux d'ouverture qui est généra- lement de 40 à 50 % au mieux. Pour résoudre les problèmes décrits ci-dessus, un dispositif d'affichage à cristal liquide présentant une structure différente a été proposé. Il s'agit d'un panneau d'affichage dans lequel une matrice de microlentilles est formée sur un côté ou les deux côtés du panneau. Une telle structure est décrite dans les demandes de brevets japonais n0 60-262131 et n0 61-11788. En référence à la figure 3, un des avantages de tels dispositifs d'affichage connus est que les rayons lumineux incidents sur la portion du panmeau du dispositif qui ne contribuent pas à l'affichage sont focalisés sur les électrodes de pixels en utilisant les éléments 31, et traversent les éléments 32. En conséquence. la transmittance du dispositif d'affichage à cristal liquide présentant un même taux d'ouverture est augmentée. Une autre proposition pour encore améliorer le dispositif susmentionné est décrite dans le brevet US n0 5 187 599. Comme le montre la figure 4, un tel disposi- tif d'affichage comprend une première matrice de micro-lentilles 31' disposée sur le côté d'incidence de la lumière du premier panneau d'affichage, et une seconde matrice de micro-lentilles 32' disposée sur le côté d'incidence de la lumière de l'autre panneau d'affichage, chaque micro-lentille étant disposée en fonction des pixels respectifs. Les points de focalisation de la première matrice de micro-lentilles sont identiques à ceux de la deuxième matrice de micro-lentilles, et la focale de chaque micro-lentille de la première matrice est supérieure à celle de chaque micro-lentille de la seconde matrice. En conséquence, les rayons lumineux incidents sur la portion 1 " I I 2)]1 I 7- J,,ú1 non transmissive du panneau d'affichage sont redirigés, en condensant les rayons divergents. La structure décrite ci-dessus du dispositif d'affichage à cristal liquide a pour but d'augmenter la transmittance de la lumière et d'obtenir l'effet d'un taux d'ouverture plus important sans effectivement augmenter le taux d'ouverture. Chaque micro-lentille recouvre une électrode de pixel entière. La hauteur de la micro-lentille doit être supérieure à 50 jtm pour couvrir la dimension de chaque électrode de pixel, qui est généralement de 100 iIm x 300 ptm. Les microlentilles présentant une hauteur supérieure à 50 Blm toutefois ne fonctiomnnent pas correctement en tant que lentilles. En conséquence, la transmnittance des dispositifs d'affichage à cristal liquide classiques ne peut pas réellement être améliorée. Un objet de la présente invention est donc de proposer un dispositif d'affichage à cristal liquide qui présente une transmittance améliorée. Un autre objet de la présente invention est de fournir un dispositif d'affichage à cristal liquide à luminosité améliorée présentant une consommation en énergie électrique faible. Encore un objet de la présente invention est de proposer un dispositif d'affichage à cristal liquide qui présente un rapport de contraste amélioré. Encore un autre objet de la présente invention est de fournir un dispositif d'affichage à cristal liquide qui pallie les inconvénients et les problème rencontrés dans les dispositifs d'affichage à cristal liquide classiques. Afin d'atteindre ces buts ainsi que d'autres, un dispositif d'affichage à cristal liquide selon la présente invention comprend des micro- lentilles multiples correspondant au bord des portions non transmissibles du dispositif d'affichage à cristal liquide. Précisément, le LCD selon la présente invention comprend des premier et second substrats transparents disposés l'un face à l'autre, une pluralité de lignes de données et de grilles formées sur le premier substrat, une pluralité de filtres de couleur formés sur le second substrat, et une pluralité de micro-lentilles formées en correspondance aux lignes de données et de grilles. Dans le cas o des lignes de condensateur de stockage, comprenant des condensateurs de stockage, sont formées sur le premier substrat pour des capacités de stockage, il est désirable de prévoir une pluralité de micro-lentilles dans des positions correspondant aux lignes de condensateurs de stockage, afin d'améliorer la transmittance. Plus précisément, l'invention propose un dispositif d'affichage à cristal liquide comprenant: - des premier et second substrats transparents; - une pluralité de lignes de bus de grille et de données formées sur le premier substrat; Rt \14Sf11\145S1 I))(' - 20, - 4 2 1 - une couche de filtre de couleur formée sur le second substrat transparent, et - une pluralité de micro-lentilles formées sur au moins l'un des premier et second substrats transparents en des positions correspondant aux lignes de bus de grille et de données. Dans un mode de réalisation, le dispositif d'affichage est caractérisé par une pluralité de lignes de condensateur de stockage formées sur le premier substrat transparent, les micro-lentilles étant formées en des positions correspondant aux lignes de condensateur de stockage. Dans un autre mode de réalisation, le dispositif d'affichage est caractérisé, en outre, par une matrice noire formée sur les lignes de bus de grille et de données. On peut aussi prévoir une source lumineuse disposée derrière au moins l'un des premier et second substrats transparents, sur lequel les micro-lentilles sont formées. Les micro-lentilles sont avantageusement formées sur la couche de filtre de couleur. Les micro-lentilles peuvent aussi être formées sur une surface interne du second substrat transparent. Le dispositif d'affichage peut aussi comprendre une couche de revêtement formée sur les micro-lentilles, la couche de filtre de couleur étant formée sur la couche de revêtement. Les micro-lentilles peuvent encore être formées sur une surface externe du second substrat transparent. Dans un autre mode de réalisation, les micro-lentilles sont formées sur une surface interne du premier substrat transparent et sont convexes et présentent une convexité dirigée vers les lignes de bus de grille et de données. Dans encore un autre mode de réalisation, les micro-lentilles sont formées sur une surface extérieure du premier substrat transparent. On peut aussi prévoir en outre une couche de recouvrement formée sur les micro-lentilles. Dans un mode de réalisation, le dispositif d'affichage est caractérisé - par une couche de recouvrement formée sur une surface extérieure du second substrat transparent; et - en ce que les micro-lentilles sont formées par attaque de la surface exté- rieure de la couche de recouvrement. Avantageusement. le dispositif présente une couche de recouvrement formée sur une surface extérieure du premier substrat transparent, et les micro-lentilles sont formées par attaque de la surface extérieure de la couche de recouvrement. I 1[:)( - I [I,Ul" 1997- S/21 Les espaces formés par l'attaque de la surface extérieure de la couche de recouvrement sont de préférence remplis avec au moins un matériau choisi parmi la résine acrylique et le benzocyclobutène. Dans un mode de réalisation, la couche de filtre de couleur comprend une pluralité de filtres de couleur, et le dispositif d'affichage comprend une matrice noire formée entre les filtres de couleur de sorte que la matrice noire corresponde aux lignes de bus de grille et de donnmlées. Les micro-lentilles sont avantageusement formées par attaque d'une surface externe du second substrat transparent. Elles peuvent aussi être formées par attaque d'une surface externe du premier substrat transparent. Avantageusement, les espaces formés par attaque de la surface externe du substrat transparent sont remplis par de la résine acrylique. Dans mun autre mode de réalisation, le dispositif présente une couche de passivation formée entre les électrodes de pixel et les lignes de bus de grille et de données. La couche de passivation comprend de préférence du benzocyclobutène. On peut aussi prévoir une matrice noire formée uniquement sur les lignes de bus de grille. Dans un mode de réalisation, chacune des micro-lentilles présente une largeur d'environ 4 à 30 Jim et une hauteur approximativement supérieure à 0,5, um. Les micro-lentilles sont de préférence formées en une position correspondant aux lignes de bus de grille et de donnée. La séparation entre deux des micro-lentilles est avantageusement sensiblement alignée avec un centre de la ligne de bus de données ou de grilles correspondant. Dans un autre mode de réalisation, la couche de filtre de couleur comprend une pluralité de filtres de couleur et les micro-lentilles recouvrent les filtres de couleur correspondants. La couche de filtre de couleur peut aussi comprendre une pluralité de filtres de couleur, et chacune des micro-lentilles recouvre alors au moins une surface correspondant à chacun des filtres de couleur et comprend une portion d'extrémité incurvée et une portion centrale de corps sensiblement plane. Les micro-lentilles peuvent être réalisées en un matériau organique. Le dispositif peut présenter une couche de recouvrement réalisée en au moins un matériau choisi parmi la résine acrylique et le benzocyclobutène et formé sur les micro-lentilles. Ces objets ainsi que d'autres objets de la présente invention apparaîtront direc- tement à la lecture de la description détaillée qui est maintenant donnée. Il est toute- (}()C14 (qlD [)n( ' - 2 i I 7 - (/21 fois entendu que la description détaillée et les exemples spécifiques, bien qu'ils indi- quent des modes de réalisation préférés de l'invention, ne sont donnés qu'à titre d'illustration du fait des diverses variations et modifications dans l'esprit et la portée de l'invention qui apparaîtront à l'homme du métier à la lecture de la description détaillée. Les dessins joints sont fournis à titre d'illustration simplement et ne sont donc pas limitatifs de la présente invention, et dans lesquels: - la figure 1 est une vue tridimensionnelle montrant la structure d'un dispositif d'affichage à cristal liquide classique; - la figure 2 est une vue partielle en coupe transversale montrant le trajet de la lumière dans un dispositif d'affichage à cristal liquide classique de la figure 1; - la figure 3 est une vue en coupe transversale montrant le trajet de la lumière dans un dispositif d'affichage à cristal liquide classique; - la figure 4 est une vue en coupe transversale montrant le trajet de la lumière dans un autre dispositif d'affichage à cristal liquide classique; - les figures 5A, 5B, 6A, 6B et 7A, 7B sont des vues en coupe transversale montrant des exemples de différentes configurations et formes de micro- lentilles pour un dispositif d'affichage à cristal liquide selon des modes de réalisation de la présente invention; - la figure 8 est une vue en coupe transversale d'un dispositif d'affichage à cristal liquide selon un premier exemple d'un premier mode de réalisation de la présente invention; - la figure 9 est une vue en coupe transversale d'un dispositif d'affichage à cristal liquide selon un second exemple d'un premier mode de réalisation de la présente invention; - la figure 10 est une vue en coupe transversale d'un dispositif d'affichage à cristal liquide selon un troisième exemple d'un premier mode de réalisation de la présente invention; - la figure 11 est une vue en coupe transversale d'un dispositif d'affichage à cristal liquide selon un quatrième exemple d'un premier mode de réalisation de la présente invention; - la figure 12 est une vue en coupe transversale d'un dispositif d'affichage à cristal liquide selon un premier exemple d'un second mode de réalisation de la présente invention; - la figure 13 est une vue en coupe transversale d'un dispositif d'affichage à cristal liquide selon un second exemple d'un second mode de réalisation de la présente invention R I '. 1, 11, -'1 tl 1'")7-7, 21 - la figure 14 est une vue en coupe transversale d'un dispositif d'affichage à cristal liquide selon un troisième exemple d'un second mode de réalisation de la présente invention; - la figure 15 est une vue en coupe transversale d'un dispositif d'affichage à cristal liquide selon un premier exemple d'un troisième mode de réalisation de la présente invention; - la figure 16 est une vue en coupe transversale d'un dispositif d'affichage à cristal liquide selon un second exemple d'un troisième mode de réalisation de la présente invention; et - la figure 17 est une vue en coupe transversale d'un dispositif d'affichage à cristal liquide selon un exemple d'un quatrième mode de réalisation de la présente invention. Les dispositifs d'affichage à cristal liquide selon les modes de réalisation préfé- rés de la présente invention sont maintenant décrits en référence aux figures 5 à 17. Le dispositif d'affichage à cristal liquide selon les premier à quatrième modes de réalisation de la présente invention comprennent une pluralité de micro-lentilles pour effectivement rediriger la lumière provenant d'une source de lumière vers toutes les électrodes de pixel du LCD, avec simplicité. De façon générale, le trajet de la lumière est représenté sur les figures par une ligne présentant une flèche. Les figures 8 à 11 montrent des vues en coupe transversale d'un exemple d'un dispositif d'affichage à cristal liquide selon un premier mode de réalisation de la présente invention. Comme représenté sur la figure 8, le premier exemple du dispositif d'affichage à cristal liquide selon le premier mode de réalisation de la présente invention comprend une pluralité de micro-lentilles 131 formées sur une couche de filtres de couleur 121 contenant des filtres de couleurs 121R, 121G et 121B. La couche de filtres de couleur 121 est formée sur un second substrat de verre transparent 120. Les micro- lentilles 131 sont recouvertes d'un matériau de recouvrement, tel qu'une résine acrylique, de sorte à former une couche de recouvrement 132. Des électrodes communes 122 sont formées sur la couche de recouvrement 132 et constituent une couche conductrice transparente formée d'ITO (oxyde d'étain et d'indium). Les élec- trodes de pixel 113 sont formées sur un premier substrat de verre transparent 110 et une matrice noire 114 est formée de sorte à recouvrir les espaces entre les électrodes de pixel 113 et les lignes de bus de données 112 et les espaces entre les électrodes de pixel 113 et les lignes de bus de grille. Comme représenté sur la figure 9, le second exemple de dispositif d'affichage à cristal liquide selon le premier mode de réalisation de la présente invention comprend une pluralité de micro-lentilles 231 formées directement sur un second R 1451)('dI4SSO() ( - 2l luin 1997 - /S,21 substrat de verre transparent 220 et recouvertes d'une couche de recouvrement 239 formée d'une résine acrylique. Une couche de filtre de couleur 221 présentant un filtre de couleur rouge, bleu ou vert 221R, 221B, 221G est ensuite formée sur la couche de recouvrement 232. Sur la couche de filtre de couleur 221, les électrodes communes 222 sont formées. D'autres éléments, tels que les lignes de bus de données 112, les électrodes de pixel 113, la matrice noire 114, et les lignes de bus de grille sont formées sur le substrat de manière similaire à celle du dispositif d'affichage à cristal liquide de la figure 8. Comme représenté sur la figure 10, le troisième exemple de dispositif d'affichage à cristal liquide selon le premier mode de réalisation de la présente invention comprend une pluralité de micro-lentilles 331 formées sur la surface exté- rieure d'un second substrat de verre transparent 320. Des micro- lentilles 331 sont recouvertes d'une couche de recouvrement 332 formée d'une résine acrylique. Sur la surface intérieure du second substrat 320, un filtre de couleur 321 présentant des filtres rouge, bleu et vert 321R, 321B et 321G est formé. Ensuite, on forme sur la couche de filtre de couleur 321 des électrodes communes 322. D'autres éléments, tels que des lignes de bus de données 112, des électrodes de pixels 113, une matrice noire 114, et des lignes de bus de grille sont formées sur le premier substrat 110 d'une façon similaire au dispositif d'affichage à cristal liquide des figures 8 et 9. Comme représenté sur la figure 11, le quatrième exemple de dispositif d'affichage à cristal liquide selon le premier mode de réalisation de la présente invention comprend une pluralité de micro-lentilles 431 formées par attaque sélective de la portion de surface extérieure d'une couche de recouvrement 432 formée sur un second substrat de verre transparent 420. Les espaces formés par l'attaque de la couche de recouvrement 432 sont remplis d'un matériau présentant un indice de réfraction différent des matériaux constituant la couche de recouvrement 432. Par exemple, la couche de recouvrement 432 peut être formée de résine acrylique, et les micro-lentilles 431 peuvent être formées d'un matériau organique tel que du benzocyclobutène ("BCB"). De façon similaire, la couche de recouvrement 432 peut être formée de BCB, et les micro- lentilles 431 peuvent être formées de résine acrylique. Sur la surface intérieure du second substrat 420, une couche de filtre de couleur 421 présentant des filtres de couleur rouge, bleu et vert 421R, 421B et 421G est formée. Ensuite, des électrodes communes 422 sont formées sur la couche de filtre de couleur 421. D'autres éléments, tels que les lignes de bus de données 112, les électrode de pixel 113, la matrice noire 114 et les lignes de bus de grille sont formés sur le premier substrat 110 d'une manière similaire à celle des dispositifs d'affichage à cristal liquide des figures 8, 8 et 10. [ - 1 I >9)7 - 9/2 1 Les micro-lentilles 131, 231, 331 et 431 sont, de préférence, d'une largeur d'environ 6 tm et d'une hauteur d'environ 3 Nim au regard de la distance entre la couche de filtre de couleur et les lignes de bus de données 112, ou les lignes de bus de grille, et au regard de la largeur de chaque ligne de bus et de l'indice de réfraction des micro- lentilles. Selon le premier mode de réalisation, la lumière provenant du rétro-éclairage, qui est bloquée par les lignes de bus de ligne dans un dispositif d'affichage à cristal liquide classique, est réfractée lorsqu'elle arrive à la surface de chaque micro-lentille 131, 231, 331 et 431 et traverse les électrodes de pixel 113 et le premier substrat de verre transparent 110. Il en résulte que presque toute la lumière incidente peut être transmise, ce qui augmente sensiblement la tranlsmittance. Dans ces cas, on peut en outre disposer entre les filtres de couleur sur le second substrat transparent une micromatrice noire dont la largeur est plus faible que celle des lignes de bus, afin de souligner encore la différence de couleur avec des firon- tières claires. En outre, selon le premier mode de réalisation de la présente invention, les micro-lentilles 131, 231, 331 et 431 sont formées sur le second substrat, en corres- pondance avec les portions de bord des électrodes de pixel et pour recouvrir les lignes de bus et les espaces entre les lignes de bus et les électrodes de pixel. Les portions médianes des électrodes de pixel 113 n'ont pas besoin d'être recouvertes par les micro-lentilles. Les figures 12 à 14 montrent des vues en coupe transversale d'exemples de dispositifs d'affichage à cristal liquide selon le second mode de réalisation de la présente invention. Dans ce second mode de réalisation, les micro-lentilles sont disposées sur le substrat inférieur, et le rétroéclairage est disposé derrière le substrat inférieur. Comme représenté sur la figure 12, le premier exemple de dispositif d'affichage à cristal liquide selon le second mode de réalisation de la présente invention comprend une pluralité de micro-lentilles 155 formées sur la surface inté- rieure d'un premier substrat de verre transparent 150. Les microlentilles 155 sont recouvertes d'une couche de recouvrement 156 réaliséeen résine acrylique. Sur la couche de recouvrement 156, d'autres éléments, tels que des lignes de bus Cide données 152, des électrodes de pixel 153, une matrice noire 154, et des lignes de bus de grille sont formées. Sur le substrat supérieur, une couche de filtre de couleur 121' présentant des filtres de couleur rouge, bleu et vert 121R', 121B' et 121G' est formée sur le second substrat de verre transparent 120'. Sur la couche de filtre de couleur 121', des élec- trodes communes 122' sont formées. i1)"44 I DOC 20 [)( ' 7 - 2 I > - 11021 Il En outre, le rétroéclairage est disposé derrière le premier substrat transparent , et dirige la lumière vers le second substrat transparent 120'. La lumière incidente est focalisée par les micro-lentilles 155 de telle sorte qu'elle soit dirigée vers les électrodes de pixel 153 et non vers les lignes de bus de donnée et de grille. En conséquence, les micro-lentilles redirigent la lumière qui aurait été bloquée et diffusée par les lignes de bus sur les portions de frontière des électrodes de pixel 153. De la sorte, la transmittance est améliorée, et on produit un dispositif d'affichage à cristal liquide présentant une luminosité accrue et un rendement de puissance amélioré. Comme représenté sur la figure 13, le second exemple de dispositif d'affichage à cristal liquide selon le second mode de réalisation de la présente invention comprend une pluralité de micro-lentilles 165 formées sur la surface externe d'un premier substrat de verre transparent 160. Ces micro-lentilles 165 sont recouvertes d'une couche de recouvrement 166 réalisée en benzocyclobutène ou en résine acrylique. Sur la surface intérieure du premier substrat transparent 160, ou d'autres éléments, tels que des lignes de bus de données 162, des électrodes de pixel 163, une matrice noire 164, et des lignes de bus de grille sont formées. Sur le substrat supérieur, les électrodes communes 122', une couche de filtre de couleur 121' présentant des filtres de couleur 121R', 121B' et 121G' et un second substrat de verre transparent sont formés d'une manière similaire du dispositif d'affichage à cristal liquide de la figure 12. Comme représenté sur la figure 14, le troisième exemple de dispositif d'affichage à cristal liquide selon le second mode de réalisation de la présente inven- tion comprend une pluralité de micro-lentilles 175 formées par attaque sélective d'une portion de surface extérieure d'une couche de recouvrement 176 formée sur un premier substrat de verre transparent 170. Les espaces formés par l'attaque de la couche de recouvrement 167 peuvent être remplis par un matériau tel que de la résine acrylique ou du BCB. Par exemple, si la couche de recouvrement est réalisée en résine acrylique, des espaces peuvent être remplis de BCB. Si la couche de recouvrement 176 est réalisée en BCB, les espaces peuvent être remplis de résine acrylique. Sur la surface intérieure du premier substrat transparent 170, d'autres éléments tels que des lignes de bus de données 172, des électrodes de pixel 172, une matrice noire 174 et des lignes de bus de grille sont formés. Sur le substrat supérieur, les électrodes communes 122' et une couche de filtre de couleur 121' présentant des filtres de couleur 121R', 121B', 121G'. et un second substrat de verre transparent 120' sont formés d'une manière similaire à celle du dispositif d'affichage des figures 12 et 13. )1-. '1/) I IL).97,'21 Selon le second mode de réalisation de la présente invention, la source de lumière est positionnée sur le côté arrière du premier substrat de verre transparent , 160 et 170. Lorsque la lumière provenant de la source lumineuse frappe la surface des micro-lentilles 155, 165 et 175, elle est réfractée. On peut dire que la lumière qui est bloquée par les lignes de bus de grille et de données dans unl dispo- sitif d'affichage à cristal liquide classique est réfractée lorsqu'elle traverse les micro- lentilles. La lumière réfractée passe ensuite à travers les électrodes de pixels 153, 163 et 173 et le second substrat de verre transparent 120'. En conséquence, presque toute la lumière incidente peut être transmise, et la transmittance est augmentée en conséquence. Dans ces cas, une micromatrice noire dont la largeur est inférieure à celle des lignes de bus peut être en outre disposée entre les filtres de couleur du second substrat transparent pour faire ressortir les différentes couleurs. Les figures 15 et 16 montrent des vues en coupe transversale d'exemples d'un dispositif d'affichage à cristal liquide selon un troisième mode de réalisation de la présente invention. Comme représenté sur la figure 15, le premier exemple de dispositif d'affichage à cristal liquide selon le troisième mode de réalisation de la présente invention comprend une pluralité de micro-lentilles 531 formées par attaque sélective de la portion de la surface extérieure d'un second substrat de verre transparent 520. Les espaces formés par attaque du second substrat 520 peuvent être remplis par un matériau 532 tel qu'une résine acrylique. Sur la surface intérieure du second substrat transparent 520, une couche de filtre de couleur 521 présentant des filtres de couleur rouge, bleu et vert 521R, 521B et 521G est formée. Entre ces filtres de couleur, une matrice noire 514 présentant une largeur supérieure à la largeur de chaque ligne de bus est formée, en correspon- dance avec la marge d'assemblage du second substrat transparent 520 et du premier substrat de verre transparent 510. Sur la couche de filtre de couleur 520, des élec- trodes communes 522 sont formées. Dans le substrat inférieur, des lignes de bus de données 512 des électrodes de pixel 513 et des lignes de bus de grille sont formées, sur le premier substrat de verre transparent 510. Dans ce cas, le rétro-éclairage est disposé derrière le second substrat 520. La lumière qui aurait été bloquée par la matrice noire 514 est redirigée vers la couche de filtre de couleur 521 et traverse les électrodes de pixel 513. Comme représenté sur la figure 16, le second exemple de dispositif d'affichage à cristal liquide selon le troisième mode de réalisation de la présente invention comprend une pluralité de micro-lentilles 631 formées sur le substrat inférieur en R \11450(014; O1)( ( 20(> l P))7 - 12 21 attaquant sélectivement la portion de surface extérieure du premier substrat de verre transparent 610, on forme des micro-lentilles 631. Les espaces formés par l'attaque du premier substrat 610 peuvent être remplis par un matériau 632 tel qu'une résine acrylique. Sur la surface intérieure du premier substrat transparent 610, on forme des lignes de bus de domnées 612, des électrodes de pixel 613 et des lignes de bus de grille. Sur le substrat supérieur, une couche de filtres de couleur 621 présentant des filtres de couleur rouge, bleu et verre 621R, 621B et 621 G est formée, sur un second substrat de verre transparent 620. Entre ces filtres de couleur, une matrice noire 614 présentant une largeur supérieure à la largeur de chaque ligne de bus est formée, en correspondance avec la marge d'assemblage des premier et second substrats transpa- rents 610 et 620. On forme sur la couche de filtre de couleur 621 des électrodes communes 622. Dans ce cas, le rétroéclairage est disposé derrière le premier substrat 610. La lumière qui aurait été bloquée par la matrice noire 614 est redirigée vers la couche de filtre de couleur 621 et traverse les électrodes de pixel 613. Ainsi, selon le troisième mode de réalisation de la présente invention, la transmittance et le taux d'ouverture du dispositif d'affichage à cristal liquide sont augmentés, avec un rendement de puissance supérieur. La figure 17 montre une vue en coupe transversale d'un dispositif d'affichage à cristal liquide selon le quatrième mode de réalisation de la présente invention. Les dispositifs d'affichage à cristal liquide selon les premier et second modes de réalisation comprennent une matrice noire formée sur une matrice de transistor en couche mince elle même formée sur un premier substrat. La transmittance peut être augmentée en augmentant la taille des électrodes de pixel et en évitant d'avoir une structure de matrice noire sur la matrice de pixel. Le dispositif d'affichage à cristal liquide selon un quatrième mode de réalisa- tion de la présente invention est formé avec des électrodes de pixel d'une taille plus importante, qui comprennent des électrodes de pixel formés sur une couche de passi- vation en benzocyclobutène. Le dispositif d'affichage à cristal liquide selon le quatrième mode de réalisation comprend en outre des micro-lentilles formées sur chaque zone de frontière de chaque pixel de la couche de filtre de couleur. en correspondance aux lignes de bus de grille et aux lignes de bus de données. Les micro-lentilles 731 sont recouvertes d'une couche de recouvrement 732 formée d'un film organique tel que du BCB ou de la résine acrylique. La couche de recouvrement est formée pour améliorer la stabilité au frottement et pour améliorer la planéité. La couche de recouvrement n'est pas I)()( ' 1111 7 1')"7- I'21 absolument nécessaire si la stabilité au frottement et l'amélioration de la planéité sont déjà obtenues. Ces modes de réalisation fournissent des électrodes de pixel 713 qui sont plus grandes que celles d'un dispositif d'affichage à cristal liquide comprenant une struc- ture typique de matrice noire sur la matrice de pixel. Comme représenté sur la figure 17, le dispositif d'affichage à cristal liquide présente une pluralité de micro-lentilles 731 formées sur la surface intérieure d'une couche de filtre de couleur 721. La couche de filtre de couleur présente des filtres rouge, vert et bleu 721R, 721G et 721B et est formée sur la surface intérieure du second substrat de verre transparent 720. Sur les micro-lentilles 731, une couche de recouvrement, 732 réalisée en benzocyclobutène, est formée, et on forme sur cette couche des électrodes communes 722. Sur le substrat inférieur, une couche de passivation 715 formée d'un matériau organique, tel que du benzocyclobutène, est formée entre des lignes de bus de données 712 et des électrodes de pixel 713, de sorte à permettre de former des élec- trodes de pixel de taille plus importante. La matrice noire est formée uniquement sur les lignes de bus de grille formées sur un premier substrat de verre transparent 710. Dans le quatrième mode de réalisation de la présente invention, la lumière provenant du rétroéclairage traverse directement le second substrat 720 et est réfrac- tée à la surface des micro-lentilles 731. La lumière réfractée arrive sur les électrodes de pixel 713 et passe sur les lignes de bus de grille et de données. En conséquence, la plupart de la lumière provenant de la source de lumière est transmise à travers le premier substrat de verre transparent 710. Selon le premier au quatrième mode de réalisation de la présente invention. lorsque les micro-lentilles 131, 155, 165, 175, 231, 331, 431, 531, 631 et 731 sont formées à des positions correspondant aux lignes de bus de grille et de sources, on a presque aucune perte de lumière incidente. En conséquence, le taux d'ouverture est amélioré jusqu'à atteindre 90 %, comparé à un taux maximal de 70 % dans un dispo- sitif d'affichage à cristal liquide classique. En conséquence, on obtient un dispositif d'affichage à cristal liquide qui est piloté par une puissance faible et présente une transmittance élevée. Pour ce qui est de la formation des micro-lentilles, on fournit maintenant une discussion sur la taille des micro-lentilles et sur les lieux de formation de ces micro- lentilles. Afin de concevoir les micro-lentilles pour condenser ou disperser la lumière incidente, la relation entre l'angle d'incidence et l'angle de réfraction de la ltunière est considérée. L'angle de réfraction de la lumière est calculé à partir de l'équation R 4 14S(I( I)O( - 21) D ilIl)97 - 14121 suivante (1) qui est connus sous le nom de Loi de Descartes, et qui donne la relation entre les indices de réfraction et les angles de réfraction: n2 / n1 = SinO 1/SinO 2 (1) Selon l'équation (1), l'angle de réfraction 02 de la lumière incidente avec un angle 0 1 par rapport à la normale à chaque micro-lentille est déterminé par l'indice de réfraction du matériau (nl) de la micro-lentille et l'indice de réfraction du matériau (n2) en contact avec la micro-lentille. Selon la présente invention, en considérant les effets des microlentilles et la facilité de fabrication, il est suggéré de prévoir des micro-lentilles présentant une largeur de 4 p.m à 30 p.m et une hauteur supérieure à 0,5 pim. Les micro-lentilles selon les modes de réalisation de la présente invention sont formées en des positions correspondant aux lignes de bus de grille et aux lignes de bus de domlées de sorte à obtenir le meilleur effet. Dans le cas o la source de lumière est positionnée du côté arrière du second substrat qui présente une couche de filtre de couleur, il est désirable de former les micro-lentilles sur le côté extérieur ou intérieur du second substrat. Dans le cas o la source lumineuse est positionnée à l'arrière du premier substrat présentant des électrodes de pixels, il est désirable de former les micro-lentilles sur le côté extérieur ou intérieur du premier substrat. Toutefois, la position des micro-lentilles n'est pas restreinte à ces positions. C'est-à- dire que tant que les micro-lentilles fonctionnent pour focaliser et rediriger la lumière qui atteint les lignes de bus de grille et les lignes de bus de donnée, on peut faire varier la forme des micro-lentilles. Les figures 5A à 7B sont des vues en coupe et des vues en plan montrant des exemples de différentes configurations et formes de micro-lentilles pour des disposi- tifs d'affichage à cristal liquide selon la présente invention. Ces exemples sont appli- cables aux premier à quatrième modes de réalisation de la présente invention. Chacune des micro-lentilles de la présente invention peut être formée de sorte à être égale ou supérieure (par exemple à plus de 30 [im) à chaque largeur de ligne, dans des positions correspondant aux lignes de données de grille et aux lignes de données de bus. Conmme représenté sur les figures SA et 5B, les micro-lentilles 141 recouvrent chaque ligne de bus de données 142 et chaque ligne de bus de grille 144. Les micro- lentilles 141 sont positionnées de telle sorte que le bord des microlentilles est sensiblement aligné avec le centre de chaque ligne de bus (représenté par des lignes en pointillés). Dans les figures 6A et 6B, en outre, les micro-lentilles 145 peuvent 1;;',-}.){ 0 -2I SI]- 21 aussi être formées dans n'importe quelle position sur le panneau d'affichage à cristal * liquide, y compris là o se trouvent les électrodes de pixel 143. Comme représenté sur les figures 7A et 7B, les micro-lentilles 146 présentant la même taille que la couche de filtre de couleur peuvent être formées en une position correspondant à chaque couche de filtre de couleur, de sorte à recouvrir la matrice correspondante d'électrode de pixel 143. Les micro-lentilles 146 comprennent des portions de bord qui sont incurvées et qui recouvrent la zone dans laquelle la couche de filtre de couleur recouvre les lignes de bus de grille 141 et les lignes de bus de données 142. Ces portions de bord correspondent à une zone de blocage de la lumière (portion non transmissible), telles que des lignes de bus de grille et de données, une matrice noire, et des lignes de condensateur de stockage. La forme des portions de bord permet à la lumière incidente d'être focalisée sur la portion transmissible. Les micro-lentilles 146 comprennent en outre une partie sensiblement plane pour permettre à la lumière de traverser directement le pixel des électrodes de pixel 143. Les micro-lentilles selon les premier, deuxième, troisième et quatrième modes de réalisation de la présente invention peuvent être réalisées en différents matériaux et peuvent être formées en structurant ou en mettant en forme des éléments de dispositif d'affichage à cristal liquide tels que des filtres de couleur, des électrodes de pixel, des couches d'isolation, un substrat de verre transparent, etc. pour leur donner la forme d'une lentille. Comme décrit plus haut, une couche de recouvrement est formée sur les micro-lentilles pour augmenter la stabilité au frottement et améliorer l'uniformité de la surface du substrat. Selon la présente invention, bien que la quantité de lumière incidente ne soit pas augmentée, la proportion de lumière transmise augmente. En d'autres termes, bien que le taux d'ouverture, c'est-à-dire la taille de la portion transmissible ne soit pas augmentée, on obtient le même effet d'augmentation du taux d'ouverture. L'effet de la présente invention est amélioré lorsqu'il est appliqué aux struc- tures de dispositifs d'affichage à cristal liquide dans lesquels les électrodes de pixel recouvrent les électrodes de lignes de bus de données, et dans lesquels un isolant organique tel que du BCB est inséré entre les électrodes de pixel et les lignes de bus pour augmenter la taille des pixels. L'effet est aussi augmenté par la formation d'une matrice noire (matrice noire sur une matrice de pixel) sur le premier substrat de verre transparent. L'invention ayant ainsi été décrite, il est évident qu'elle peut faire l'objet de nombreuses variations et modifications évidentes à l'homme du métier et ne s'écartant pas de l'esprit de l'invention. 1R I4 I4)\I4S'(I DI)(( - 2 I lI 1997 - 1(6/21 REVENDICATIONS 1.- Un dispositif d'affichage à cristal liquide comprenant: - des premier (110, 170, 510, 150, 160, 610, 710) et second (120, 220, 320, 420, 620, 720) substrats transparents; - une pluralité de lignes de bus de grille et de données (112, 172, 512, 152, 162, 612, 712) formées sur le premier substrat; - une couche de filtre de couleur (121, 221,321,421,521,621,721) formée sur le second substrat transparent; et - une pluralité de micro-lentilles (131, 231,331,431, 155, 165, 175, 531, 631, 731) formées sur au moins l'un des premier et second substrats transparents en des positions correspondant aux lignes de bus de grille et de données. 2.- Le dispositif d'affichage à cristal liquide selon la revendication 1, carac- térisé, en outre, par - une pluralité de lignes de condensateur de stockage formées sur le premier substrat transparent, les micro-lentilles étant formées en des positions corres- pondant aux lignes de condensateur de stockage. 3.- Le dispositif d'affichage à cristal liquide selon la revendication 1 ou 2, caractérisé, en outre, par: - une matrice noire (114, 174. 154, 164) formée sur les lignes de bus de grille et de données. 4.- Le dispositif d'affichage à cristal liquide selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé. en outre. par: - une source lumineuse disposée derrière au moins l'un des premier et second substrats transparents, sur lequel les micro-lentilles sont formées. 5.- Le dispositif d'affichage à cristal liquide selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les micro-lentilles (131, 731) sont formées sur la couche de filtre de couleur (121, 721). 6.- Le dispositif d'affichage à cristal liquide selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les micro-lentilles (131,231) sont formées sur une surface interne du second substrat transparent (120, 220). |I I' m I [1(] -. S, iI l ln1 997 - 172 21 7.- Le dispositif d'affichage à cristal liquide selon la revendication 6, caractérisé en outre en ce qu'il comprend: - une couche de revêtement (232) formée sur les micro-lentilles (231), la couche de filtre de couleur (231) étant formée sur la couche de revêtement. 8.- Le dispositif d'affichage à cristal liquide selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les micro-lentilles (331) sont formées sur une surface externe du second substrat transparent (320). 9.- Le dispositif d'affichage à cristal liquide selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les micro-lentilles (155) sont formées sur une surface interne du premier substrat transparent (150) et sont convexes et présentent une convexité dirigée vers les lignes de bus de grille et de données (152). 10.- Le dispositif d'affichage à cristal liquide selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les micro-lentilles (165) sont formées sur une surface exté- rieure du premier substrat transparent (160). 11.- Le dispositif d'affichage à cristal liquide selon l'une des revendications 8, 9 ou 10, caractérisé en outre par une couche de recouvrement formée sur les micro- lentilles. 12.- Le dispositif d'affichage à cristal liquide selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par: - une couche de recouvrement (432) formée sur une surface extérieure du second substrat transparent (420); et - en ce que les micro-lentilles sont formées par attaque de la surface exté- rieure de la couche de recouvrement. 13.- Le dispositif d'affichage à cristal liquide selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par une couche de recouvrement formée sur une surface extérieure du premier substrat transparent (170), et en ce que les microlentilles (175) sont formées par attaque de la surface extérieure de la couche de recouvrement (176). 14.- Le dispositif d'affichage à cristal liquide selon la revendication 12 ou 13, caractérisé en ce que les espaces formés par l'attaque de la surface extérieure de la couche de recouvrement sont remplis avec au moins un matériau choisi parmi la résine acrylique et le benzocyclobutène. R \i0\14i5 15.- Le dispositif d'affichage à cristal liquide selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la couche de filtre de couleur (521, 621) comprend une pluralité de filtres de couleur, et en ce que le dispositif d'affichage comprend une matrice noire (514, 614) formée entre les filtres de couleur de sorte que la matrice noire corresponde aux lignes de bus de grille et de données (512, 612). 16.- Le dispositif d'affichage à cristal liquide selon la revendication 15, caractérisée en ce que les micro-lentilles sont formées par attaque d'une surface externe du second substrat transparent (521). 17.- Le dispositif d'affichage à cristal liquide selon la revendication 15, caractérisé en ce que les micro-lentilles sont formées par attaque d'une surface externe du premier substrat transparent (610). 18.- Le dispositif d'affichage à cristal liquide selon la revendication 16 ou 17, caractérisé en ce que les espaces formés par attaque de la surface externe du substrat transparent (520, 610) sont remplis par de la résine acrylique. 19.- Le dispositif d'affichage à cristal liquide selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par une couche de passivation (715) formée entre les électrodes de pixel (713) et les lignes de bus de grille et de données (712). 20.- Le dispositif d'affichage à cristal liquide selon la revendication 19, caractérisé en ce que la couche de passivation comprend du benzocyclobutène. 21.- Le dispositif d'affichage à cristal liquide selon la revendication 20, caractérisé par une matrice noire formée uniquement sur les lignes de bus de grille. 22.- Le dispositif d'affichage à cristal liquide selon l'une des revendications 1 à 21, caractérisé en ce que chacune des micro-lentilles présente une largeur d'environ 4 à 30 Jtm et une hauteur approximativement supérieure à 0,5 utm. 23.- Le dispositif d'affichage à cristal liquide selon l'une des revendications 1 à 22, caractérisé en ce que les micro-lentilles (141) sont formées en une position correspondant aux lignes de bus de grille et de donnée (142, 144). 14 I,i SI D - 2 11 1' - 19121 24.- Le dispositif d'affichage à cristal liquide selon la revendication 23, caractérisé en ce que la séparation entre deux des micro-lentilles est sensiblement alignée avec un centre de la ligne de bus de domlnnées ou de grilles correspondant. 25.- Le dispositif d'affichage à cristal liquide selon l'une des revendications 1 à 22, caractérisé en ce que la couche de filtre de couleur comprend une pluralité de filtres de couleur et en ce que les micro-lentilles (146) recouvrent les filtres de couleur correspondants. 26.- Le dispositif d'affichage à cristal liquide selon l'une des revendications 1 à 22, caractérisé en ce que la couche de filtre de couleur comprend une pluralité de filtres de couleur, et en ce que chacune des micro- lentilles recouvre au moins une surface correspondant à chacun des filtres de couleur et comprend une portion d'extrémité incurvée et une portion centrale de corps sensiblement plane. 27.- Le dispositif d'affichage à cristal liquide selon l'une des revendications I à 26, caractérisé en ce que les micro-lentilles sont réalisées en un matériau organique. 28.- Le dispositif d'affichage à cristal liquide selon l'une des revendications 1 à 27, caractérisé par une couche de recouvrement réalisée en au moins un matériau choisi parmi la résine acrylique et le benzocyclobutène et formé sur les micro- lentilles. R \14,10 1 sII [>)()(' - 20.11n. 1")7 - 21)/21