Brevet FR2772499A1 — publié le 19990618

PERFECTIONNEMENT AUX ECRANS MATRICIELS La présente invention concerne un perfectionnement aux écrans matriciels, plus particuliérement aux écrans matriciels à cristaux liquides constitués d'un ensemble de cellules disposées en lignes et en colonnes. chaque cellule formant un élément image ou pixel et étant reliée électriquement à un réseau croisé de lignes de données disposées selon une première direction et de lignes de sélection disposées selon une seconde direction. Ainsi, lorsque la cellule à cristal liquide est reliée électriquement audit réseau croisé par l'intermédiaire d'un composant de commande du type élément actif qui peut être, de manière connue, soit un transistor soit une diode, cet élément actif permet un adressage des cellules lignes par lignes. Cet élément actif sert donc d'interrupteur entre la cellule et la ligne de données correspondante qui apporte l'information image et qui, dans le cas d'un transistor, correspond au drain. Cet interrupteur commandé par la ligne de sélection qui, dans le cas d'un transistor, correspond à la grille, est tout d'abord fermé pendant la durée d'un balayage ligne de l'image, afin de mettre en contact électrique la cellule et la ligne de données correspondante. Ensuite, cet interrupteur est ouvert dés que la ligne suivante doit être adressée, afin d'isoler la cellule de la ligne de données correspondante, ceci pour que la cellule mémorise fidèlement la tension qui lui a été appliquée. Toutefois, les champs électriques existant entre les électrodes-pixels adjacentes, les lignes et les colonnes génèrent des défauts optiques tels que des disclinaisons dynamiques voire statiques ou des murs d'inversion qui peuvent nuire au contraste des cellules dans le cas de non masquage des fuites de lumière à l'aide d'un masque opaque ou black matrix déposé sous le réseau de lignes et de colonnes. Pour des écrans de projection de haute définition, à savoir ceux qui comportent au moins cent lignes par centimètre, les éléments opaques de l'écran (black matrix, ligne, colonne et transistor) utilisés pour masquer les fuites de lumière peuvent occuper plus de 70 % de la surface totale de la zone active laissant seulement une surface transparente de l'ordre de 30 %. II en résulte une forte perte de luminosité et donc une détérioration notable de la qualité de l'image. Pour remédier à ces inconvénients, une solution parmi d'autres a été proposée dans un article IEDM 93, page 401 dans laquelle une électrode transparente est rajoutée entre la ligne de données et la cellule, plus particulièrement l'électrode de pixel, cette électrode transparente écrantant le couplage capacitif entre la ligne de données et l'électrode de pixel, et réduisant les effets provoqués par le champ électrique transversal. Néanmoins l'utilisation de cette électrode transparente ne permet pas l'emploi d'une technologie standard de matrice active et nécessite des niveaux de fabrication technologique supplémentaires entraînant des chutes de rendement de production. La présente invention a donc pour but de remédier aux inconvénients cidessus en utilisant une structure simple, ne demandant aucun niveau technologique supplémentaire. En conséquence, la présente invention a pour objet un écran matriciel à cristaux liquides constitué d'un ensemble de cellules disposées en lignes et en colonnes, chaque cellule formant un élément image ou pixel et étant reliée électriquement à un réseau croisé de lignes de données disposées selon une première direction et de lignes de sélection disposées selon une seconde direction, caractérisé en ce que chaque ligne de données présente, au niveau de chaque cellule, une excroissance disposée selon la seconde direction et positionnée entre les pixels de deux lignes consécutives. Selon cette disposition, le pixel est entouré par les lignes de données qui servent à écranter les champs électriques entre les pixels adjacents aussi bien selon la direction horizontale que verticale. En effet, des mesures expérimentales ont montré qu'il était plus favorable d'un point de vue extension des défauts optiques d'avoir un champ électrique oscillant à une certaine fréquence qu'un champ électrique continu entre deux pixels adjacents. La dimension du black matrix est donc réduite et en conséquence, I'OAR pour Open Aperture Ratio en langue anglaise plus important. De plus, puisqu'aucun niveau technologique supplémentaire n'est nécessaire pour écranter les champs électriques entre les lignes de sélection et les électrodes de pixels, le temps de cycle des écrans est conservé. De ce fait aussi, la largeur des lignes de sélection et la résolution du système d'insolation utilisé pour la photolithographie définissent l'espacement entre pixels qui peut être le plus faible possible. Selon une autre caractéristique de la présente invention, les lignes de sélection sont disposées sous les pixels de la ligne suivante. De préférence, les lignes de sélection sont commandées de telle sorte que l'écran fonctionne en inversion-ligne ou en inversion-points. En effet, dans ce cas, les pixels d'une même ligne sont de polarité identique alors qu'entre lignes directement voisines, les polarités sont inversées. Puisque l'adressage est en inversion ligne, le champ électrique engendré par les lignes de données oscillent à la fréquence ligne, ce qui permet d'écranter les couplages pixel-plan de masse et pixel-pixel. Par conséquent, les défauts optiques sont réduits. Selon une caractéristique supplémentaire, lorsque la cellule est une cellule à cristal liquide de forme polygonale munie de couches d'alignement frottées selon une direction spécifique partant d'un des sommets de la cellule, I'excroissance se trouve du côté dudit sommet. Pour des cellules disposées en delta, cette disposition particulière permet de réduire les dimensions de l'excroissance tout en donnant de bons résultats. D'autre part, lorsque l'écran est un écran à cristal liquide du type matrice active dans lequel chaque pixel comporte une électrode de pixel reliée au réseau de lignes de sélection et de lignes de données par un circuit de commutation du type élément actif, l'électrode de pixel est réalisée par une couche déposée au dessus des couches permettant la réalisation des lignes de sélection, des lignes de données et des éléments actifs. De ce fait, on utilise un procédé de fabrication standard pour réaliser l'écran matriciel. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de différents mode de réalisation d'un écran matriciel du type écran à cristal liquide à matrice active conforme à la présente invention, cette description étant faite avec référence aux dessins ci-annexés dans lesquels: la figure i représente une vue en plan de dessus d'un écran à cristal liquide du type à matrice active mettant en oeuvre la présente invention la figure 2 est une vue en coupe selon A1-A2-A3 de figure 1 la figure 3 représente une autre vue en plan de dessus d'un écran à cristal liquide du type matrice active selon une disposition en delta. Dans les figures, pour simplifier la description, les mêmes éléments portent les mêmes références. La présente invention a été décrite en se référant à un écran à cristal liquide du type matrice active fonctionnant en transmission. Toutefois, cette invention peut également s'appliquer à d'autres types d'écrans matriciels à cristaux liquides comportant une cellule reliée électriquement à un réseau croisé de lignes de données et de lignes de sélection dans lequel des perturbations dus au champ électrique sont observées (cellules fonctionnant en réflexion par exemple). Sur la figure 1, on a donc représenté un écran à cristal liquide du type matrice active comportant des cellules 1 disposées en lignes LO, Li, L2 et en colonnes CO, Cl, C2. Chaque cellule 1 forme un élément image ou pixel et sa structure sera décrite de manière plus approfondie lorsque l'on se référera à la coupe A1-A3 de la figure 2. Chaque cellule 1 est connectée par l'intermédiaire d'un élément actif 2 qui dans le mode de réalisation représenté est un transistor, aux lignes de données 3 appelées aussi colonnes et aux lignes de sélection 4 appelées généralement lignes. Les lignes de données sont disposées selon une première direction et les lignes de sélection selon une seconde direction généralement perpendiculaire à la première direction. Conformément à la présente invention et comme représenté sur la figure 1, la colonne 3 présente une excroissance 5 parallèle à la ligne de sélection 4, à savoir selon la seconde direction. Cette excroissance se trouve dans la direction opposée à l'électrode connectant la colonne 3 au transistor en couches minces référencé généralement 2. L'utilisation d'une excroissance 5 de colonne dans un écran matriciel tel que celui représenté à la figure 1, est particuliérement intéressante lorsque l'écran est commandé en mode inversion de ligne. Dans ce cas, les pixels de ligne LO sont à une première polarité, par exemple une polarité positive et reçoivent des informations vidéos comprises par exemple entre + 2V et + 6V tandis que les pixels de la ligne L1 sont à la polarité opposée et reçoivent des informations vidéos comprises entre par exemple - 2V et - 6V. De ce fait, les champs électriques engendrés par les lignes de données ou colonnes 3 oscillent à la fréquence ligne et permet d'écranter les couplages pixelplan de masse et pixel-pixel qui présentent des champs électriques continus. Le temps de réponse des molécules de cristal liquide peut éventuellement expliquer ce phénomène visualisé expérimentalement. En effet, il semblerait que, en présence d'un champ oscillant, les molécules de cristal liquide ne répondent pas à la tension RMS appliquée mais essaient de suivre la fréquence d'oscillation contrairement à ce que l'on pouvait penser. Par conséquent, le défaut optique n'a pas le temps de s'étendre suffisamment loin dans le pixel contrairement à une perturbation introduite par un champ continu. L'extension de la fuite dans le pixel est donc atténuée et par conséquent le black matrix nécessaire pour la masquer est réduit en conséquence. On décrira maintenant avec référence à la figure 2, un mode de réalisation préférentiel de l'écran de la figure 1 permettant de mettre en oeuvre les avantages de la réalisation d'une telle structure par rapport aux autres solutions d'écrantage du champ électrique. Comme représenté sur la figure 2, sur un substrat 10, qui est réalisé de manière connue en un matériau transparent tel que du verre, a été déposée une première couche d'un matériau opaque permettant de réaliser un masque optique ou light shield en langue anglaise. Le matériau utilisé est par exemple du titane. Cette couche a été gravée de manière à délimiter une ouverture au niveau des cellules ou pixels permettant la transmission de la lumière. Sur cette couche 11 a été déposée une couche 12 d'un matériau conducteur transparent, à titre d'exemple, une couche d'lTO (oxyde d'indium et titane). Cette couche 12 recouvre toute la surface du substrat et forme ce que l'on appelle un plan de masse ou ground plane en langue anglaise. Cette couche est utilisée pour réaliser une capacité de stockage supplémentaire. Sur la couche 12 a été déposée une couche isolante 13, par exemple, une couche d'oxyde de silicium. Sur la couche 13 a été déposée et gravée une couche conductrice 14 constituée par un mélange de titane et de molybdène. Cette couche a été gravée de manière à réaliser les lignes de sélection 4 de la figure 1. Sur la couche 14, on dépose sur toute la surface du substrat une double couche formée premièrement de nitrure de silicium 15 SiN et de silicium amorphe î6aSi. Cette couche est déposée et gravée de manière à réaliser le canal du transistor. Sur cette couche est déposée une couche métallique conductrice 17. Cette couche 17 est gravée de manière à réaliser les électrodes de drain et de source ainsi que les colonnes et les excroissances 5. la couche conductrice est, par exemple, une couche de molybdène. Sur la figure 2, la colonne est référencée 17 et l'excroissance 17a. D'autre part, un doigt de contact 17b est aussi réalisé dans la couche en molybdène pour permettre la connexion du transistor TFT à l'électrode de pixel. Sur cet ensemble est déposée une couche 18 de passivation en un matériau isolant tel que le nitrure de silicium. Comme représenté sur la figure 2, sur cette couche de passivation est déposée une couche conductrice transparente 19, plus particulièrement une couche en ITO qui est gravée de manière connue pour réaliser l'électrode de pixel. On a donc réalisé un écran à matrice active utilisant comme élément actif un transistor TFT du type grille dessous dans lequel l'électrode de pixel est réalisée sur le dessus comme décrit dans la demande de brevet français n" 95 09262 déposée au nom de THOMSON-LCD. Comme on le voit clairement sur la figure 2, dans ce cas, les lignes de sélection 14 sont positionnées sous l'électrode de pixel 19 de la ligne suivante formant ainsi une capacité de stockage supplémentaire. D'autre part, dans le mode de réalisation représenté, une doigt de contact 17b a été réalisé permettant de connecter l'électrode de pixel 19 au transistor de commutation, comme on le voit clairement sur la figure 1. La présente invention est particulièrement intéressante à mettre en oeuvre dans le cas des écrans matriciels dit delta. Dans ce cas, et comme représenté sur la figure 3, les colonnes CO, C1, C2 sont décalées d'un demi-pixel d'une ligne sur deux LO, L1, L2. De ce fait, les lignes de données 3 ne sont pas complètement verticales comme dans le mode de réalisation de la figure 1 mais présentent un décalage d'un demi-pixel d'un côté ou de l'autre référencé 3'. En conséquence, I'excroissance 5 réalisée du côté opposé au décalage présente une dimension plus limitée. L'écart entre l'excroissance 5 et les éléments du transistor 2 n'est pas critique mais dépend uniquement des contraintes du procédé de fabrication utilisé. Dans les modes de réalisation décrits ci-dessus, on obtient une structure particulièrement intéressante dans le cas des petits écrans, puisqu'on ne rajoute aucun bus supplémentaire pour réaliser l'écrantage du champ électrique. D'autre part, cette structure permet de garder une ouverture optique élevée et d'utiliser une technologie standard sans rajouter d'étapes de dépôt et de gravure supplémentaires. REVENDICATIONS 1. Ecran matriciel à cristaux liquides constitué d'un ensemble de cellules disposées en lignes et en colonnes, chaque cellule (1) formant un élément image ou pixel et étant reliée électriquement à un réseau croisé de lignes (3) de données disposées selon une première direction et des lignes (4) de sélection disposées selon une seconde direction, caractérisé en ce que chaque ligne (3) de données présente, au niveau de chaque cellule, une excroissance (5) disposée selon la seconde direction et positionnée entre les pixels de deux lignes consécutives. 2. Ecran selon la revendication 1, caractérisé en ce que, lorsque la cellule est reliée électriquement à la ligne de données par l'intermédiaire d'une électrode d'un élément actif, I'excroissance (5) est réalisée dans la direction opposée à celle de l'électrode de l'élément actif. 3. Ecran selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les lignes (3) de sélection sont disposées sous les pixels de la ligne suivante. 4. Ecran selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les lignes de sélection sont commandées de telle sorte que l'écran fonctionne en inversion ligne ou en inversion point. 5. Ecran selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que, lorsque la cellule est une cellule à cristal liquide de forme polygonale munie de couches d'alignement frottées selon une direction spécifique partant d'un des sommets de la cellules, l'excroissance se trouve du côté dudit sommet. 6. Ecran selon quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les cellules sont disposées en delta. 7. Ecran selon quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'excroissance est réalisée entre le pixel et la ligne.