Brevet FR2875308A1 — publié le 20060317

SUBSTRAT POUR DISPOSITIF D'AFFICHAGE A CRISTAUX LIQUIDES ET PROCEDE DE FABRICATION DE CELUI-CI La présente invention concerne un dispositif d'affichage à cristaux liquides, et plus particulièrement, un substrat à filtre chromatique pour un dispositif d'affichage à cristaux liquides et un procédé de fabrication de celui-ci. En général, un dispositif d'affichage à cristaux liquides (LCD) comprend un premier substrat et un second substrat qui sont séparés l'un de l'autre et ont une couche de cristaux liquides interposée entre eux. Le premier substrat a une électrode commune, une matrice noire et une couche de filtre chromatique, comprenant des filtres de sous-couleur rouge, vert et bleu. Le second substrat a un élément de commutation et une électrode de pixels. La matrice noire comprend un matériau ayant une densité optique supérieure à environ 3,5. La densité optique (OD) est définie par l'équation OD = -Log(T), où T est la transmittance. Par exemple, une couche mince de chrome (Cr) ou une couche mince de matériau organique, comprenant du carbone, peut être utilisée comme matrice noire. De plus, une double couche de chrome et d'oxyde de chrome (Cr/CrOX) peut être utilisée comme matrice noire pour réduire la réflexion par la surface de la double couche. Une résine noire photosensible a largement été utilisée comme matrice noire. Puisque ce type de matrice noire est formé par des étapes de revêtement, exposition et développement de la résine noire photosensible, le processus de formation de cette matrice noire est simple et le coût de fabrication est relativement faible. Une matrice noire utilisant une résine noire peut être utilisée dans un dispositif d'affichage à cristaux liquides à commutation en plan (LCD IPS (in plane switching)). La figure 1 est une vue en coupe transversale schématique d'un substrat pour un dispositif d'affichage à cristaux liquides selon l'art connexe. Sur la figure 1, une matrice noire 5 faite de résine est formée sur un substrat 3. Une couche de filtre chromatique 7 est formée sur la matrice noire 5. En général, la matrice noire 5 faite de résine a une densité optique inférieure à une matrice noire faite d'un matériau métallique. Par conséquent, la matrice noire 5 est formée pour avoir une épaisseur suffisante pour empêcher la pénétration de la lumière, générant ainsi un palier dans la couche de filtre chromatique 7. Pour réduire l'effet du palier dans la couche de filtre chromatique 7, une couche d'enrobage 9 est formée sur la couche de filtre chromatique 7. Une électrode commune 11 est formée sur la couche d'enrobage 9. Les figures 2A à 2E sont des vues en coupe transversale schématiques montrant un processus de fabrication d'un substrat pour un dispositif d'affichage à \\HIRSCIi61BREVETS. Brevets\24000'24028 doc - 21 juin 2005 1112 cristaux liquides selon l'art connexe. Sur la figure 2A, une couche organique noire 13 est formée sur un substrat 3 en appliquant un matériau organique photosensible. Un masque 15 ayant une partie transmissive A et une partie de blocage B est placée sur la couche organique noire 13. La lumière est irradiée sur la couche organi- que noire 13 à travers le masque 15. Sur la figure 2B, une matrice noire 5 faite de résine est formée sur le substrat 3 en développant la couche organique noire 13 irradiée (de la figure 2A). Une partie ouverte 10 de la matrice noire 5 correspond à une région de pixels. Par exemple, le matériau organique photosensible peut être de type négatif où une partie non irradiée est retirée par développement. De plus, l'ouverture 10 de la matrice noire 5 est remplie d'une couche de filtre chromatique ayant des filtres de sous-couleur rouge, vert et bleu. Sur la figure 2C, un filtre de sous-couleur rouge 7a est formé sur la matrice noire 5 par revêtement, exposition et développement d'une résine rouge. Ensuite, un filtre de sous-couleur vert 7b et un filtre de sous-couleur bleu 7c sont formés de manière séquentielle sur la matrice noire 5 par des étapes similaires de revêtement, exposition et développement. Chaque filtre de sous-couleur 7a, 7b et 7c correspond à la partie ouverte 10 de la matrice noire 5 et chevauche la matrice noire 5. Puisque la matrice noire 5 est formée sous des parties périphériques de chaque filtre de sous- couleur 7a, 7b et 7c, la surface de chaque filtre de sous-couleur 7a, 7b et 7c a un palier 20 adjacent aux parties périphériques de ces derniers. Par exemple, chaque filtre de sous-couleur 7a, 7b et 7c peut avoir un palier sur environ 0,8 m. Sur la figure 2D, une couche d'enrobage 9 est formée sur la couche de filtre chromatique ayant les filtres de sous-couleur rouge, vert et bleu 7a, 7b et 7c pour réduire le palier 20 (de la figure 2C) de chaque filtre de sous-couleur 7a, 7b et 7c. La couche d'enrobage 9 comprend une résine isolante transparente destinée à aplanir la surface supérieure du substrat 3. Sur la figure 2E une électrode commune 11 d'un matériau conducteur transparent est formée sur la couche d'enrobage 9. Comme cela a été mentionné ci-dessus, lorsqu'une matrice noire faite de résine est formée sur un substrat d'un dispositif LCD, un palier sur une surface supérieure du substrat est généré à cause de la matrice noire épaisse. Lorsque le palier de surface augmente, le fonctionnement du dispositif LCD devient instable. De plus, le palier de surface cause l'apparence d'une tache dans l'image affichée du dispositif LCD. Une couche d'enrobage est formée pour réduire les effets du palier dans la surface du dispositif LCD. Cependant, une telle couche d'enrobage complique le processus de fabrication du dispositif LCD et augmente les coûts de production. VAHIRSCH6iBREVETS'Brevets\24000/24026 doc - 21 juin 2005 - 2/12 Par conséquent, la présente invention propose un substrat pour un dispositif d'affichage à cristaux liquides et un processus de fabrication de ce dernier qui résolvent un ou plusieurs des problèmes dus aux limitations et inconvénients de l'art connexe. Un objet de la présente invention est de fournir un substrat pour un dispositif d'affichage à cristaux liquides ayant une qualité d'affichage améliorée sans augmentation dans le processus de fabrication et le coût de production. Des caractéristiques et avantages supplémentaires de l'invention vont être présentés dans la description qui va suivre, et seront en partie évidents à la lecture de la description, ou pourront être appris lors de la mise en pratique de l'invention. Les objectifs et autres avantages de l'invention vont être réalisés et atteints par la structure visée en particulier dans la description écrite et les revendications ainsi que les dessins annexés. Pour atteindre ces avantages, entre autres, et en accord avec le but de la pré- sente invention, comme cela est représenté et largement décrit ici, un substrat de filtre chromatique pour un dispositif d'affichage à cristaux liquides comprend: un substrat ayant une région de pixels; une matrice noire sur le substrat, la matrice noire comprenant une résine et ayant une surface supérieure incurvée; et une couche de filtre chromatique sur la matrice noire. Selon un mode de réalisation, la matrice noire a une ouverture correspondant à la région de pixels. Selon un autre mode de réalisation, la couche de filtre chromatique a une différence de hauteur entre une première surface supérieure de la couche de filtre chromatique sur la matrice noire et une seconde surface supérieure de la couche de filtre chromatique sur l'ouverture, et la différence de hauteur est inférieure à environ 0,8 m. Selon un autre mode de réalisation, la résine comprend un matériau organique photosensible, de préférence de type positif de sorte qu'une partie irradiée est retirée par photolithographie. Selon un mode de réalisation, le dispositif d'affichage est un dispositif d'affichage à cristaux liquides, comprenant en outre une électrode commune sur la couche de filtre chromatique. Selon un mode de réalisation, le dispositif d'affichage est un dispositif d'affichage à cristaux liquides à mode de commutation en plan (in plane switching). Selon un autre aspect de la présente invention, un procédé de fabrication d'un substrat de filtre chromatique pour un dispositif d'affichage à cristaux liquides comprend: la formation d'une couche organique noire sur un substrat ayant une région de pixels; l'exposition et le développement de la couche organique noire pour \41IRSCH6\BREV ETS\Brevets\24000\24028 doc - 21 juin 2005 - 3/12 former une matrice noire plate ayant une forme rectangulaire dans une vue en coupe transversale; le traitement de la matrice noire plate pour arrondir la matrice noire pour qu'elle ait une surface supérieure incurvée; et la formation d'une couche de filtre chromatique sur la matrice noire incurvée. De préférence, la matrice noire plate a une ouverture correspondant à une région de pixels. Selon un autre mode de réalisation, la couche de filtre chromatique a une différence de hauteur entre une première surface supérieure de la couche de filtre chromatique sur la matrice noire incurvée et une seconde surface supérieure de la couche de filtre chromatique sur l'ouverture, et la différence de hauteur est inférieure 1 o à environ 0,8 m. Selon un autre mode de réalisation, le traitement de la matrice noire plate est réalisé par de la chaleur. Selon un autre mode de réalisation, le traitement de la matrice noire est réalisé à une température d'environ 220 C pendant une période de temps d'environ 30 15 minutes à environ une heure. Selon un autre mode de réalisation, la couche organique noire comprend un matériau organique photosensible. Selon un autre mode de réalisation, le matériau organique photosensible est un type positif de sorte qu'une partie irradiée est retirée. Le procédé peut comprendre en outre la formation d'une électrode commune sur la couche de filtre chromatique. Ce dispositif d'affichage à cristaux liquides est de préférence un dispositif d'affichage à cristaux liquides à mode de commutation en plan. Selon un autre aspect de la présente invention, un substrat de filtre chromatique pour un dispositif d'affichage à cristaux liquides comprend: un substrat ayant des régions de pixels; une matrice noire autour des limites des régions de pixels sur le substrat, la matrice noire comprenant une résine et ayant une surface supérieure incurvée; et des couches de filtre chromatique chevauchant les surfaces supérieures incurvées de la matrice noire. De préférence, la matrice noire a une ouverture correspondant à la région de pixels et la couche de filtre chromatique a une différence de hauteur entre une première surface supérieure de la couche de filtre chromatique sur la matrice noire et une seconde surface supérieure de la couche de filtre chromatique sur une ouverture dans la matrice noire, et la différence de hauteur est inférieure à environ 0,8 m, et peut comprendre en outre une électrode commune directement sur la couche de filtre chromatique. De préférence, le dispositif d'affichage à cristaux liquides est un dispositif d'affichage à cristaux liquides à mode de commutation en plan (in plane switching). VAHIRSCH6ABREVETS\Brevets \24000A24028 doc - 21 juin 2005 - 4/12 Il faut comprendre que la description générale précédente et la description détaillée qui va suivre sont à titre d'exemple et d'explication et sont censées fournir une explication supplémentaire de l'invention telle qu'elle est revendiquée. Les dessins joints, qui sont inclus pour fournir une meilleure compréhension de l'invention et sont incorporés dans et constituent une partie de cette description, illustrent des modes de réalisation de l'invention et servent, avec la description, à expliquer les principes de l'invention. La figure 1 est une vue en coupe transversale schématique d'un substrat pour un dispositif d'affichage à cristaux liquides selon l'art connexe. Les figures 2A à 2E sont des vues en coupe transversale schématiques montrant un processus de fabrication d'un substrat pour un dispositif d'affichage à cristaux liquides selon l'art connexe. La figure 3 est une vue en coupe transversale schématique d'un substrat pour un dispositif d'affichage à cristaux liquides selon un exemple de mode de réalisation 15 de la présente invention. Les figures 4A à 4E sont des vues en coupe transversale schématiques montrant un processus de fabrication d'un substrat pour un dispositif d'affichage à cristaux liquides selon un exemple de mode de réalisation de la présente invention. Il va maintenant être fait référence en détail aux modes de réalisation préférés, dont des exemples sont illustrés dans les dessins joints. La figure 3 est une vue en coupe transversale schématique d'un substrat pour un dispositif d'affichage à cristaux liquides selon un exemple de mode de réalisation de la présente invention. Comme cela est montré sur la figure 3, une matrice noire 120 faite de résine est formée autour des limites des régions de pixels sur un substrat 113. La surface supérieure de la matrice noire 120 a une forme incurvée pour sensiblement diminuer un palier dans la couche de filtre chromatique suivante 119. Ensuite, une couche de filtre chromatique 119 est formée sur la matrice incurvée 120. Une électrode commune 130 est formée sur la couche de filtre chromatique 119. Puisque la forme incurvée de la matrice noire 120 diminue un palier de la couche de filtre chromatique 119, l'électrode commune 130 est directement formée sur la couche de filtre chromatique 119 sans couche d'enrobage supplémentaire. Les figures 4A à 4E sont des vues en coupe transversale schématiques montrant un processus de fabrication d'un substrat pour un dispositif d'affichage à cristaux liquides selon un exemple de mode de réalisation de la présente invention. Comme cela est montré sur la figure 4A, un matériau organique photosensible est appliqué sur le substrat 113 pour former une couche organique noire 115. Un masque 117 ayant une partie transmissive A et une partie de blocage B est placé sur la couche organique noire 115. Le matériau organique photosensible peut \ HIRSCH6\BREVETS\Brevets \24000\24028. doc - 21 juin 2005 - 5/12 être classé dans un de deux types de matériaux photosensibles: un type positif et un type négatif. Une partie irradiée d'un matériau organique photosensible de type positif est retirée par développement tandis qu'une partie non irradiée d'un matériau organique photosensible de type négatif est retirée par développement. Pour des raisons de commodité d'illustration, un matériau organique photosensible de type positif est utilisé pour la couche organique noire 115. Après la formation de la couche organique noire 115, de la lumière est irradiée sur la couche organique noire 115 à travers le masque 117. Comme cela est montré sur la figure 4B, une matrice noire plate 118 faite de résine est formée sur le substrat 113 par développement de la couche organique noire 115 irradiée (de la figure 4A). La matrice noire plate 118 a une surface supérieure plate et des côtés raides. Ainsi, la matrice noire plate 118 a une forme rectangulaire dans une vue en coupe transversale. Puisqu'un matériau organique photosensible de type positif est utilisé pour la matrice noire plate 118, la matrice noire plate 118 correspond à la partie de blocage B du masque 117 (de la figure 4A). En outre, la matrice noire plate 118 comprend des ouvertures destinées à recevoir une couche de filtre chromatique ayant des filtres de souscouleur rouge, vert et bleu dans un processus suivant. Les ouvertures de la matrice noire plate 118 correspondent aux régions de pixels utilisées pour afficher des images. De plus, la matrice noire plate 118 peut être formée pour couvrir un transistor à couche mince sur un autre substrat. Puisque la lumière incidente au transistor à couche mince est empêchée de passer par la matrice noire plate 118, tout courant de fuite dans le transistor à couche mince est évité. Comme cela est montré sur la figure 4C, la matrice noire plate 118 est traitée avec de la chaleur pour reformer la matrice noire plate 118 de forme rectangulaire en une matrice noire incurvée 120. Par exemple, la matrice noire plate 118 peut être recuite à une température d'environ 220 C pendant une période de temps d'environ 30 minutes à environ une heure. La viscosité de la résine pour la matrice noire plate 118 est diminuée par la chaleur. Ainsi, une partie périphérique de la résine s'écoule et l'on obtient de ce fait la matrice noire incurvée 120. Une surface supérieure de la matrice noire incurvée 120 n'est pas plate mais arrondie pour réduire un palier d'une couche de filtre chromatique suivante. La matrice noire incurvée 120 a des ouvertures 125 correspondant aux régions de pixels. Comme cela est montré sur la figure 4D, un filtre de sous-couleur rouge 119a est formé sur la matrice noire incurvée 120 par revêtement, exposition et développe-ment d'une résine rouge. Ensuite, un filtre de sous-couleur vert 119b et un filtre de sous-couleur bleu 119c sont formés de manière séquentielle sur la matrice noire incurvée 120 par des étapes similaires de revêtement, exposition et développement. \\HIRSCH6\BREVETS\Brevets\24000\24028 duc - 21 juin 2005 - 6/12 Chaque filtre de sous-couleur 119a, 119b et 119c correspond aux ouvertures 125 de la matrice noire incurvée 120 et chevauche la matrice noire incurvée 120. Bien que la couche de filtre chromatique 119 ait un palier 127 entre une première surface supérieure directement sur la matrice noire incurvée 120 et une seconde surface supé- rieure directement sur le substrat 113 exposé à travers les ouvertures 125 à cause de la matrice noire incurvée 120 située en dessous aux parties périphériques du filtre chromatique, le palier 127 de la couche de filtre chromatique 119 est sensiblement diminué à cause de la forme arrondie de la matrice noire incurvée 120. Par exemple, la couche de filtre chromatique 119 peut avoir une différence de hauteur entre une première surface supérieure de la couche de filtre chromatique sur la matrice noire 120 et une seconde surface supérieure de la couche de filtre chromatique sur l'ouverture dans la matrice noire. La différence de hauteur est inférieure à environ 0,8 m. Comme cela est montré sur la figure 4E, une électrode commune 130 d'un matériau conducteur transparent est formée sur la couche de filtre chromatique 119. Puisque le palier de la couche de filtre chromatique 119 est réduit à cause de la matrice noire incurvée 120, l'électrode commune 130 est formée directement sur la couche de filtre chromatique 119 sans qu'une couche supplémentaire ne soit nécessaire pour des besoins de planarisation. L'électrode commune 130 peut comprendre l'un de l'oxyde d'étain indium (ITO) et de l'oxyde de zinc indium (IZO). L'électrode commune 130 entraîne les molécules de cristaux liquides avec une électrode de pixels sur l'autre substrat. Lorsque le dispositif LCD est de type à mode de commutation en plan, une électrode commune est formée sur l'autre substrat avec une électrode de pixels. Ainsi, l'électrode commune 130 sur la couche de filtre chromatique 119 n'est pas nécessaire dans un dispositif LCD de type à mode de commutation en plan. Puisque la matrice noire plate faite de résine est chauffée pour arrondir une matrice noire faite de résine pour qu'elle ait une surface supérieure incurvée, la couche de filtre chromatique sur la matrice noire incurvée a un palier de moins d'environ 0,8 m. Ainsi, l'électrode commune est formée directement sur la couche de filtre chromatique sans qu'une couche d'enrobage supplémentaire ne soit nécessaire pour la planarisation. Il en résulte que les processus de fabrication suivants sont simplifiés et que le coût de production est réduit. Bien que des exemples de modes de réalisation aient été expliqués en relation avec un dispositif d'affichage à cristaux liquides, la présente invention peut être utilisée dans d'autres types de dispositifs d'affichage. La présente invention peut être appliquée à un projecteur qui utilise un écran LCD, tel qu'un téléviseur de projection ou un projecteur de présentation. 1\HIRSCH61BREVETSVBrevets,2,100012 4 0 2 8. doc - 21 juin 2005 - 7/12 Il apparaîtra évident à l'homme du métier que diverses modifications et variations peuvent être faites dans le substrat pour dispositif d'affichage à cristaux liquides et le procédé de fabrication de ce dernier de la présente invention sans s'écarter de l'esprit et de l'étendue de l'invention. Ainsi, il est prévu que la présente invention couvre les modifications et variations de cette invention à condition qu'ils rentrent dans l'étendue des revendications annexées et de leurs équivalents. \\11]RSCH6\BREVETS\Brecets\24000\24028 doc - 21 juin 2005 - 8/12 REVENDICATIONS 1. Substrat de filtre chromatique pour dispositif d'affichage, comprenant: - un substrat (113) ayant une région de pixels; - une matrice noire (120) sur le substrat (113), la matrice noire ayant une résine et ayant une surface supérieure incurvée; et - une couche de filtre chromatique (119) sur la matrice noire. 2. Substrat selon la revendication 1, caractérisé en ce que la matrice noire (120) a une ouverture correspondant à la région de pixels. 3. Substrat selon la revendication 2, caractérisé en ce que la couche de filtre chromatique (119) a une différence de hauteur entre une première surface supé- rieure de la couche de filtre chromatique (119) sur la matrice noire (120) et une seconde surface supérieure de la couche de filtre chromatique (119) sur l'ouverture, et la différence de hauteur est inférieure à environ 0,8 m. 4. Substrat selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé 20 en ce que la résine comprend un matériau organique photosensible. 5. Substrat selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le matériau organique photosensible est de type positif de sorte qu'une partie irradiée est retirée par photolithographie. 6. Substrat selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le dispositif d'affichage est un dispositif d'affichage à cristaux liquides. 7. Substrat selon la revendication 6 comprenant en outre une électrode 30 commune sur la couche de filtre chromatique (119). 8. Substrat selon la revendication 6, caractérisé en ce que le dispositif d'affichage est un dispositif d'affichage à cristaux liquides à mode de commutation en plan (in plane switching). 9. Procédé de fabrication d'un substrat de filtre chromatique (119) pour un dispositif d'affichage à cristaux liquides, comprenant: - la formation d'une couche organique noire sur un substrat (113) \\HIRSCH6\BREVETS\Brevets\24000'24028 doc - 21 juin 2005 - 9/12 l'exposition et le développement de la couche organique noire pour former une matrice noire sensiblement plate ayant une forme rectangulaire dans une vue en coupe transversale; - le traitement de la matrice noire plate pour reformer la matrice noire (120) 5 pour qu'elle ait une surface supérieure incurvée; et - la formation d'une couche de filtre chromatique (119) sur la matrice noire incurvée. 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que la matrice noire 10 plate a une ouverture correspondant à une région de pixels. 11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que la couche de filtre chromatique (119) a une différence de hauteur entre une première surface supérieure de la couche de filtre chromatique (119) sur la matrice noire (120) incurvée et une seconde surface supérieure de la couche de filtre chromatique (119) sur l'ouverture, et la différence de hauteur est inférieure à environ 0,8 m. 12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 9 à 11, caractérisé en ce que le traitement de la matrice noire plate est réalisé par de la chaleur. 13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que le traitement de la matrice noire est réalisé à une température d'environ 220 C pendant une période de temps d'environ 30 minutes à environ une heure. 14. Procédé selon l'une quelconque des revendications 9 à 13, caractérisé en ce que la couche organique noire comprend un matériau organique photosensible. 15. Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce que le matériau organique photosensible est un type positif de sorte qu'une partie irradiée est retirée. 16. Procédé selon l'une quelconque des revendications 9 à 15, comprenant en outre la formation d'une électrode commune sur la couche de filtre chromatique (119). 17. Procédé selon l'une quelconque des revendications 9 à 16, caractérisé en ce que le dispositif d'affichage à cristaux liquides est un dispositif d'affichage à cristaux liquides à mode de commutation en plan. \\HIRSCH6\BREVETSBrevets\24000\24028 doc - 21 juin 2005 - 10/12 18. Substrat de filtre chromatique pour un dispositif d'affichage à cristaux liquides, comprenant: - un substrat (113) ayant des régions de pixels; une matrice noire (120) autour des limites des régions de pixels sur le substrat (113), la matrice noire comprenant une résine et ayant une surface supérieure incurvée; et - des couches de filtre chromatique (119) chevauchant les surfaces supérieures incurvées de la matrice noire. 19. Substrat selon la revendication 18, caractérisé en ce que la matrice noire (120) a une ouverture correspondant à la région de pixels et la couche de filtre chromatique (119) a une différence de hauteur entre une première surface supérieure de la couche de filtre chromatique (119) sur la matrice noire (120) et une seconde surface supérieure de la couche de filtre chromatique (119) sur une ouverture dans la matrice noire, et la différence de hauteur est inférieure à environ 0,8 m. 20. Substrat selon la revendication 18 ou 19, comprenant en outre une électrode commune directement sur la couche de filtre chromatique (119). 21. Substrat selon la revendication 18, 19 ou 20, caractérisé en ce que le dispositif d'affichage à cristaux liquides est un dispositif d'affichage à cristaux liquides à mode de commutation en plan (in plane switching). \\HI RSCH6\BRE V ETS\Brevets\24000\24028. doc - 21 juin 2005 - 11/12