FR2472793A1 - Dispositif d'affichage a cristaux liquides - Google Patents

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Abstract

L'INVENTION CONCERNE LES DISPOSITIFS D'AFFICHAGE. POUR AMELIORER LES CARACTERISTIQUES D'UN DISPOSITIF D'AFFICHAGE UTILISANT UNE MATIERE A CRISTAUX LIQUIDES NEMATIQUES CONTENANT DES COLORANTS PLEOCHROIQUES, L'UNE DES PLAQUES QUI DEFINISSENT UNE CELLULE A CRISTAUX LIQUIDES PORTE UNE COUCHE MINCE BLANCHE ET DIFFUSANTE. CETTE COUCHE PRESENTE UNE SURFACE RUGUEUSE ET LES DIMENSIONS CARACTERISTIQUES DE CETTE SURFACE H, L SONT CHOISIES APPROXIMATIVEMENT EGALES AFIN QUE LA LUMIERE REFLECHIE SUR LA SURFACE SOIT FORTEMENT DIFFUSEE POUR QUE CETTE SURFACE APPARAISSE BLANCHE. APPLICATION AUX RECEPTEURS DE TELEVISION DE POCHE.

Description

La présente invention concerne un dispositif
d'affichage à cristaux liquides et elle porte plus particu-
lièrement sur un dispositif d'affichage à cristaux liquides du type substance additionnelle-substance réceptrice qui utilise un substrat blanc diffusant dans lequel des éléments d'attaque des cristaux liquides sont disposés sous la forme
d'une matrice.
A l'heure actuelle, o une grande quantité d'infor-
mations circulent dans la société, il est très important de pouvoir communiquer de façon précise et rapide. Dans ces conditions, on a développé activement les dispositifs de traitement de l'information à usage personnel et on a réalisé de nombreux produits tels que les calculatrices de poche,
les montres avec calculatrice et les traductrices électroni-
ques de poche. Ces dispositifs de traitement de l'information à usage personnel doivent être petits et minces, ils doivent être alimentés sous une tension faible et ils doivent avoir une consommation faible. Un dispositif d'affichage utilisé pour les dispositifs de traitement de l'information à usage
personnel doit donc obligatoirement avoir les caractéristi-
ques indiquées ci-dessus.
Dans le domaine des dispositifs de traitement de l'information à usage personnel, on peut s'attendre à ce qu'un récepteur de télévision de poche se répande rapidement
sur le marché. Il s'agit d'un récepteur de télévision porta-
tif qui reçoit les signaux de télévision et présente l'image sur le dispositif d'affichage. Le dispositif d'affichage du récepteur de télévision de poche, ainsi que celui d'autres dispositifs de traitement de l'information à usage personnel, doit donc être alimenté sous une tension faible et avec une consommation faible, il doit être petit et mince et il doit
avoir un excellent rendement d'affichage aussi bien à l'in-
térieur d'un local qu'à l'extérieur.
On a envisagé le tube cathodique du type plat, le dispositif d'affichage à plasma, le dispositif d'affichage à électroluminescence, le dispositif d'affichage à diodes
électroluminescentes, le dispositif d'affichage électrochroi-
que et le dispositif d'affichage à cristaux liquides, en tant
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que dispositif d'affichage satisfaisant à de telles exigen-
ces. Parmi ces dispositifs d'affichage, le dispositif
d'affichage à cristaux liquides satisfait de façon relative-
ment suffisante les exigences mentionnées ci-dessus et il est largement utilisé en tant que dispositif d'affichage
pour les calculatrices électroniques et les montres.
Il existe essentiellement deux procédés d'attaque
des cristaux liquides, à savoir un procédé d'attaque stati-
que et un procédé d'attaque en multiplex (attaque en temps partagé). Les deux procédés d'attaque sont envisagés et sont développés à l'heure actuelle pour un dispositif
d'affichage à cristaux liquides pour un récepteur de télé-
vision. Pour l'utilisation avec un récepteur de télévision de poche, le procédé d'attaque statique est favorable par le fait que l'attaque des cristaux liquides s'effectue avec
une faible tension et une faible puissance.
Dans le procédé d'attaque statique, l'une des plaques qui constituent une cellule d'affichage à cristaux liquides porte des éléments d'attaque des cristaux liquides qui sont disposés sous la forme d'une matrice, et chacun
d'eux comporte une électrode destinée à l'attaque des cris-
taux liquides. Cette électrode et l'élément d'attaque des
cristaux liquides constituent un élément d'image. On sélec-
tionne à volonté les éléments d'image au moyen de signaux externes, ce qui permet d'afficher l'image. Dans ce cas,
la tension appliquée à chaque électrode d'attaque des cris-
taux liquides est appliquée de façon statique aux cristaux liquides. Dans une telle cellule d'affichage à cristaux
liquides, l'une des plaques est souvent opaque et on réali-
se ainsi un affichage du type à réflexion.
Les figures 1(a)-l(c) montrent un exemple de la structure de la cellule d'affichage à cristaux liquides qui est attaquée de façon statique et du schéma du circuit correspondant.
Sur la figure 1(a) qui est une coupe de la dellu-
le d'affichage à cristaux liquides, la référence 11 désigne un substrat semiconducteur tel qu'un substrat de silicium, la référence 12 désigne une électrode d'attaque des cristaux
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liquides, la référence 13 désigne une plaque de verre supé-
rieure, la référence 14 désigne une électrode commune qui se trouve sur la plaque de verre supérieure et la référence 15 désigne une couche de cristaux liquides. La surface du substrat semiconducteur 11 porte des éléments d'attaque des cristaux liquides qui sont disposés selon une matrice et qui comportent des connexions électriques respectives avec les
électrodes d'attaque des cristaux liquides, 12.
La figure 1(b) est un schéma des éléments d'atta-
que des cristaux liquides mentionnés dans l'explication de la figure 1(a). La référence 16 désigne une ligne pour un signal de données, la référence 17 désigne une ligne pour un signal d'horloge et la référence 18 désigne un élément d'attaque des cristaux liquides. La figure 1(c) montre un mode de réalisation de l'élément d'attaque des cristaux
liquides, 18.
Sur la figure 1(c), la référence 19 désigne un transistor MOS, la référence 20 désigne un condensateur, la référence 12 désigne une électrode d'attaque des cristaux liquides et la référence 21 désigne le potentiel du substrat semiconducteur. Dans le dispositif d'affichage à cristaux liquides
qui utilise un substrat semiconducteur, comme sur les figu-
res 1(a)-l(c), dans lequel les cristaux liquides sont atta-
qués de façon statique, l'adressage de l'affichage s'effec-
tue une ligne à la fois. Ainsi, lorsqu'un signal est appli-
qué sur une certaine ligne de signal d'horloge, la grille du transistor MOS qui est connecté à cette ligne passe à l'état qui correspond à la conduction et la-tension de la
ligne de signal de données est introduite dans le condensa-
teur 20. La tension du condensateur est appliquée à la matière à cristaux liquides pendant un temps donné, par
l'intermédiaire de l'électrode d'attaque des cristaux liqui-
des, 12, ce qui réalise l'affichage. Il est alors possible
d'afficher des images du type télévision en balayant succes-
sivement les lignes.
Le dispositif d'affichage à cristaux liquides dans lequel les cristaux liquides sont attaqués par un procédé
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d'attaque statique classique, de la manière qui est repré-
sentée sur les figures 1(a)-l(c), ne comporte qu'un seul polariseur du fait qu'un tel dispositif réalise un affichage
du type à réflexion. On a ainsi utilisé une matière à cris-
taux liquides fonctionnant en mode de diffusion dynamique, et on a utilisé pour l'électrode d'attaque des cristaux liquides une couche mince de métal dont la surface n'est pas
rugueuse mais fortement spéculaire.
Le dispositif d'affichage utilisant la matière à
cristaux liquides fonctionnant en mode de diffusion dynami-
que offre les avantages consistant en ce qu'il est possible de représenter l'image en noir et blanc et en ce qu'il n'est pas nécessaire d'employer un polariseur. D'autre part, du fait que le courant qui circule dans la couche de cristaux
liquides est élevé en comparaison d'un dispositif d'affi-
chage à cristaux liquides fonctionnant en mode d'effet de champ qui utilise une matière à cristaux liquides du type nématique en hélice, ce dispositif consomme une puissance importante et ses caractéristiques dépendent fortement de l'angle d'observation. Il s'est donc avéré difficile
d'appliquer ce type d'affichage à un récepteur de télévi-
sion de poche.
L'invention, fait disparaître les inconvénients du dispositif d'affichage à cristaux liquides classique, du type à-attaque statique, pour un récepteur de télévision utilisant une matière à cristaux liquides fonctionnant en mode de diffusion dynamique. A la place de la matière à
cristaux liquides fonctionnant en mode de diffusion dyna-
mique, on utilise une matière à cristaux liquides du type substance additionnelle-substance réceptrice (un mélange de colorants pléochroiques et d'une matière à cristaux liquides nématiques, ou de colorants pléochroiques et d'une matière à cristaux liquides à transition de phase), et l'une des plaques qui constituent une cellule à cristaux liquides est
un substrat qui comporte une couche mince blanche et diffu-
sante. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la
description qui va suivre de modes de réalisation, et en se
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référant aux dessins annexés sur lesquels Les figures l(a), 1(b) et 1(c), déjà considérées, représentent respectivement une coupe d'un dispositif d'affichage à cristaux liquides classique utilisant un substrat semiconducteur, un schéma montrant la position des
éléments d'attaque à cristaux liquides et un schéma électri-
que correspondant.
Les figures 2(a)-4(c) montrent des exemples de forme simplifiée de la surface rugueuse de la couche mince
de métal qui est utilisée dans l'invention.
La figure 5 est une coupe d'une couche mince blan-
che et diffusante comprenant deux couches minces de métal avec une surface rugueuse entre lesquelles est intercalée
une matière isolante.
Les figures 6(a), 6(b) et 6(c) sont des coupes qui représentent les processus de formation de la couche mince
de métal ayant une surface rugueuse, qu'on réalise par atta-
que de la couche supérieure après précipitation des parti-
cules dans la couche mince d'alliage d'aluminium.
La figure 7(a) est une coupe qui montre la structure d'un dispositif d'affichage à cristaux liquides utilisant un substrat semiconducteur qui comporte une couche mince d'aluminium ou d'alliage d'aluminium, et la figure 7(b) est une coupe d'une structure utilisant un substrat semiconducteur qui comprend deux couches minces d'aluminium
ou d'alliage d'aluminium.
La figure 8 est une coupe d'une couche mince blan-
che et diffusante qui est constituée par un mélange de par-
ticules d'oxyde métallique et d'une résine transparente.
La figure 9 est une coupe d'une couche mince
d'alliage d'aluminium anodisé.
La figure 10 est une coupe qui montre la structure d'un substrat semiconducteur auquel on a donné une surface plane. La figure il est une coupe qui montre la structure d'une couche mince de métal auquel on a donné une surface plane. Dans le dispositif d'affichage qui utilise une
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matière à cristaux liquides du type substance additionnelle-
substance réceptrice, un mélange de colorants pléochroiques constituant une substance additionnelle et une matière à cristaux liquides constituant une substance réceptrice est intercalé entre deux plaques. Lorsqu'on applique une tension
à la couche de cristaux liquides, les colorants pléochrol-
ques sont orientés de la même manière que les molécules de
cristaux liquides et on obtient alors un affichage en cou-
leur. Le dispositif d'affichage utilisant la matière à cristaux liquides du type substance additionnelle-substance réceptrice présente de façon générale les caractéristiques suivantes. 1) Il est possible de réaliser un affichage du type à réflexion mais il est souhaitable que le substrat
inférieur soit blanc et diffusant afin d'améliorer le con-
traste. 2) Il est possible de réaliser un affichage avec
ou sans utilisation d'un polariseur.
3) On peut attaquer les cristaux liquides avec une faible puissance et une faible tension, de 3 à 5 V, contrairement au cas du dispositif d'affichage utilisant une matière à cristaux liquides fonctionnant en mode de
diffusion dynamique.
-4) Les caractéristiques sont beaucoup moins dépendantes de l'angle d'observation que dans le cas du dispositif d'affichage utilisant une matière à cristaux
liquides qui fonctionne en mode de diffusion dynamique.
) Du fait que la pente de la caractéristique tension-contraste est modérée, on peut facilement réaliser
un affichage en demi-teintes.
Un tel dispositif d'affichage à cristaux liquides est excellent mais son application soulève des difficultés
du fait que le substrat inférieur doit être blanc et diffu-
sant.
L'invention a pour but d'offrir un dispositif
d'affichage à cristaux liquides dans lequel l'une des pla-
ques qui constituent une cellule à cristaux liquides comporte des éléments d'attaque des cristaux liquides disposés sous la forme d'une matrice, ainsi que de réaliser un récepteur de télévision de poche en utilisant une matière à cristaux liquides du type substance additionnelle- substance réceptrice comportant-de nombreux avantages. L'invention a en particulier pour but d'appliquer un tel dispositif d'affichage à
des appareils autres qu'un récepteur de télévision de poche.
De façon générale, lorsque l'épaisseur de la couche de cristaux liquides qui est située entre les deux plaques est trop faible, c'est-à-dire de 3 à 20 pim, la formation d'une couche mince blanche sur le substrat se heurte à des restrictions concernant les procédés et la structure. Il est donc souhaitable que l'épaisseur de la couche mince
blanche soit au moins de 0,1 à 10 pim.
On utilise par exemple dans l'invention en tant que couche blanche une couche mince de métal dont la surface
est rugueuse. Les figures 2(a)-2(d) montrent quelques exem-
ples de surface rugueuse de la couche mince de métal. La lumière incidente est réfléchie (dispersée ou diffusée) dans toutes les directions dans les parties concaves ou
convexes et la couche mince de métal apparait donc blanche.
Le degré de blancheur d'une telle couche mince de métal
augmente en même temps que le pouvoir réflecteur de sa sur-
face et il est donc souhaitable que la couche mince de métal soit en aluminium, en alliage d'aluminium, en argent
ou en alliage d'argent.
La forme de la surface rugueuse n'est pas unique-
ment limitée aux formes qui sont représentées sur les figu-
res 2(a)-2(d) et la surface peut avoir les formes qui sont
représentées sur les figures 3(a)-3(f).
Cependant, du fait que le degré de blancheur varie fortement sous l'effet de la variation de la hauteur H entre les parties convexes et concaves et de la distance L,
il est nécessaire de maîtriser suffisamment ces facteurs.
Ainsi, dans le cas o L._*H, comme il est représen-
té sur la figure 4(a), la surface de la couche mince de métal se comporte comme une surface spéculaire du fait que la composante réfléchie est plus importante que la composante
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diffusée. Cependant, dans le cas o L Z H, comme il est représenté sur la figure 4(b), la composante diffusée est
majoritaire et la surface de la couche mince de métal appa-
raît donc blanche. Dans le cas o on a L " H, comme il est représenté sur la figure 4(c), la surface de la couche mince de métal apparaît sombre (grise à noire), du fait que la
lumière incidente est absorbée dans les parties concaves.
Sur les figures 4(a)-4(c), la hauteur entre la partie convexe et la partie concave est approximativement de 0,01 à 2,0 pim. Si la distance L est supérieure à la hauteur H, c'est-à-dire si on a L" H, comme il est représenté sur la figure 4(a), on intercale une couche isolante entre des couches minces de métal, comme il est représenté sur la figure 5, ce qui donne une structure multicouche, et la couche mince apparaît ainsi blanche, de la même manière que
dans le cas de la figure 4(b).
Sur la figure 5, les références 51 et 52 désignent des couches minces de métal dont lès surfaces sont rugueuses et la référence 53 désigne une couche mince isolante. On peut utiliser pour la couche mince isolante 53 une couche isolante de SiO2, Si3N4 ou d'une substance analogue qui est formée par un procédé de dépôt chimique en phage vapeur ou de pulvérisation. On peut employer les procédés suivants pour former une couche mince de métal ayant une surface
rugueuse.
-1) On emploie un procédé de pulvérisation ou
d'évaporation sous vide.
2) On soumet à un traitement thermique et une recristallisation la couche mince de métal qui est formée
par le procédé de pulvérisation ou d'évaporation sous vide.
3) Une fois que la couche mince d'alliage a été formée par le procédé de pulvérisation ou d'évaporation sous vide, puis soumise à un traitement thermique, on enlève par attaque une partie de la surface de la couche mince
d'alliage contenant les particules précipitées.
Le procédé (1) donne à une certaine condition une
surface rugueuse à la couche mince de métal, par pulvérisa-
tion ou par évaporation sous vide, lorsque la couche mince
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de métal est formée sur un substrat. La condition est que la température du substrat soit élevée (c'est-à-dire supérieure à 1000C) et qu'une très faible quantité d'eau (H20) soit contenue dans l'atmosphère, aussi bien pour le procédé d'évaporation sous vide que pour le procédé de pulvérisation. Il est possible de réaliser de cette manière une couche mince de métal ayant une surface rugueuse similaire à celle qui est représentée sur la figure 2(a). La différence de hauteur entre les sommets et les creux de la surface rugueuse ainsi
formée est approximativement de 0,1 à 2,0 pim.
En utilisant une machine de pulvérisation rapide
et à température basse,du type magnétron, la cible d'alumi-
nium contenant 2% en poids de silicium est pulvérisée avec une puissance de 390 V x 8,2A et une pression de 0,01 torr d'une atmosphère d'argon, la distance entre la cible et le substrat étant de 89 mm. La couleur de la surface de la couche mince de métal qui est formée sur le substrat passe d'une couleur laiteuse à une couleur blanche et une couleur grise lorsque la durée de pulvérisation augmente en passant par exemple de 3 minutes à 5 minutes, 10 minutes, et ainsi de suite. A ce moment, la différence de hauteur entre les sommets et les creux de la surface rugueuse de métal qui
présente la couleur blanche est d'environ 1,0 pm et la dis-
tance moyenne entre une partie convexe et la partie convexe
suivante est approximativement de 1,0 à 1,5 pim.
Le procédé (2) est celui dans lequel la couche
mince de métal qui est formée sur le substrat par le procé-
dé d'évaporation ou de pulvérisation est chauffée pour être recristallisée, ce qui permet d'obtenir une surface rugueuse pour la couche mince de métal. Si on utilise de l'aluminium ou un alliage d'aluminium en tant que matière de la couche mince de métal, cette couche mince de métal se recristallise dans la plage de température allant de 100 C à 6000C, du
fait que son point de fusion est de 6600C. Cette recristal-
lisation entraîne un réarrangement des atomes contenus dans la couche mince de métal, ce qui permet d'obtenir une couche mince de métal ayant une surface rugueuse similaire à celle qui est représentée sur la figure 2(b). La différence de 2472793e hauteur entre les sommets et les creux de la surface
rugueuse de métal qui est formée par ce procédé est approxi-
mativement de 0,01 à 2,0 pm.
Le procédé (3) est un procédé dans lequel, après que la couche mince d'alliage formé sur le substrat par le procédé de pulvérisation ou d'évaporation sous vide a été soumise à un traitement thermique et à une précipitation des particules, on enlève par attaque une partie voisine de la surface de la couche mince d'alliage, ce qui permet d'obtenir une couche mince de métal ayant une surface
rugueuse similaire à celle qui est représentée sur la figu-
re 2(c).
On expliquera ce procédé en se référant aux figu-
res 6(a)-6(c). La figure 6(a) est une coupe du substrat 61 et de la couche mince d'alliage 62, immédiatement après l'évaporation sous vide. La figure 6(b) montre la couche
mince d'alliage 63 contenant des particules précipitées 64.
Lorsqu'on attaque une partie proche de la surface de cette couche mince d'alliage, les positions dans lequelles se trouvent les particules précipitées deviennent concaves du fait que la vitesse d'attaque est plus élevée dans la partie de surface qui est à la frontière entre les particules et
la phase alliée. La figure 6(c) montre la coupe correspon-
dante. Si on emploie un alliage d'aluminium contenant 2,0% en poids de silicium, par exemple, les composants du composé intermétallique d'aluminium et de silicium sont séparés par chauffage à une température de 200 à 5000C. Le diamètre des particules de ce composé intermétallique et la distance moyenne entre ces particules dépendenrdupourcentage en poids de silicium qui est contenu dans l'alliage d'aluminium et de la température de chauffage. Il devient donc possible de former une couche mince de métal ayant la surface rugueuse désirée en choisissant les paramètres constitués par la
quantité de silicium et la température.
A titre d'exemple, lorsqu'une couche mince d'allia-
ge d'aluminium contenant 2% en poids de silicium est chauffée pendant 20 minutes dans une atmosphère de N2 à 4000C, il y a précipitation de composés intermétalliques d'aluminium et de silicium ayant un diamètre de particules d'environ 0,2 à
1,0 pm. La distance moyenne entre les particules est compri-
se dans la plage de 0,1 à 3,0 pm. Si on chauffe la couche mince d'alliage d'une épaisseur de 1,0 pm, pour précipiter les particules, et si on enlève ensuite par attaque la cou- che de surface de 0,2 pm, la surface attaquée devient rugueuse et apparaît blanche. La différence de hauteur entre
les sommets et les creux de cette surface rugueuse est com-
prise entre 0,3 et 0,5 pm et la distance moyenne entre les parties concaves est comprise environ dans la plage de 0,2
à 3,0 Pim.
L'aluminium ou l'alliage d'aluminium mentionnés ci-dessus ont une réflectance de surface de 90 à 92% dans la gamme de la lumière visible, tandis que la réflectance de l'argent est de 94 à 98%. L'argent est donc préférable en tant que matière métallique pour une couche mince ayant une surface rugueuse d'une grande blancheur. L'argent est cependant plus coûteux que l'aluminium et, en outre, il est difficile d'obtenir une surface d'argent rugueuse par le procédé de recristallisation ou de précipitation. Il est donc nécessaire, si on utilise de l'argent, de former une couche mince d'argent sur la couche mince d'aluminium ou d'alliage d'aluminium ayant une surface rugueuse, ce qui permet d'obtenir une couche mince de métal ayant une plus
grande blancheur.
On peut également rendre rugueuse la surface de
la couche mince de métal en procédant par sablage. Ce pro-
cédé, encore appelé grenaillage, consiste à former une sur-
face rugueuse en projetant contre la surface de métal, au moyen d'air comprimé, des particules fines et dures, comme
des particules de SiO2 ou AI 203 Si le diamètre d'une par-
ticule fine est par exemple de 1 pm, la couche mince de métal peut avoir une surface rugueuse ayant une hauteur (H)
d'environ 1 pm entre la partie concave et la partie convexe.
La forme de la surface ainsi obtenue est similaire à celle
qui est représentée sur la figure 2(b).
Plusieurs procédés mentionnés ci-dessus permettent
de donner une surface rugueuse à la couche mince de métal.
2472793-
A cet égard, il est souhaitable pour obtenir une blancheur
élevée que l'épaisseur de la couche mince de métal soit de-
0,1 à 3,0 pm, que la différence de hauteur entre les sommets et les creux de la surface rugueuse soit de 0,01 à 2,0 Pm et que la distance moyenne d'une partie convexe à la suivante
soit de 0,05 à 50 pm.
Ce qui précède constitue une explication concer-
nant la couche mince blanche qui est utilisée dans le dispo-
sitif d'affichage à cristaux liquides correspondant à l'invention. Dans l'invention, le substrat sur lequel les éléments d'attaque des cristaux liquides sont disposés selon une matrice peut être un substrat semiconducteur sur lequel les éléments d'attaque des cristaux liquides sont formés de manière monolithique, ou une plaque de verre sur laquelle
sont formés des éléments en couche mince, comme des transis-
tors en couche mince et des condensateurs en couche mince.
En outre, pour le substrat semiconducteur comme pour le substrat de verre, une partie au moins de la couche mince de métal présentant une surface rugueuse peut faire fonction de connexion entre les éléments d'attaque des cristaux liquides, ou elle peut faire fonction d'électrode destinée à
l'attaque des cristaux liquides.
On va maintenant expliquer un mode de réalisation du dispositif d'affichage à cristaux liquides correspondant
à l'invention, dans lequel les éléments d'attaque des cris-
taux liquides sont formés de manière monolithique sur un substrat de silicium. Les figures 7(a) et 7(b) sont des coupes qui montrent le dispositif d'affichage à cristaux liquides comprenant une plaque supérieure de verre et un substrat semiconducteur sur lequel est formée une couche mince d'aluminium ou d'alliage d'aluminium ayant une surface rugueuse. Il existe une couche mince sur la figure 7(a) et
deux couches minces sur la figure 7(b).
Dans ce mode de réalisation, on utilise un tran-
sistor MOS à grille en silicium dans le circuit d'élément d'attaque des cristaux liquides qui est représenté sur la figure 1(c), mais l'invention n'est cependant pas limitée à
cette configuration.
2472793-
Sur les figures 7(a) et 7(b), la référence 71 désigne un substrat semiconducteur en Si, la référence 72 désigne une couche d'oxyde de grille d'un transistor MOS, la référence 73 désigne une couche d'oxyde pour un condensateur, la référence 74 désigne une électrode de silicium polycris-
tallin pour une grille, la référence 75 désigne un condensa-
teur, la référence 76 désigne une couche diffusée qui défi-
nit une région de source, la référence 77 désigne une couche diffusée qui définit une région de drain, la référence 78 désigne une couche isolante, la référence 80 désigne une ligne de signal d'image, la référence 86 désigne une plaque de verre supérieure, la référence 87 désigne une électrode commune en une matière conductrice transparente qui est placée sur la plaque de verre supérieure et la référence 88 désigne une couche d'une matière à cristaux liquides du
type substance additionnelle-substance réceptrice. Le dispo-
sitif d'affichage à cristaux liquides qui est représenté sur la figure 7(a) comprend une électrode d'attaque des cristaux liquides, 79, en plus des composants mentionnés ci-dessus. Sur la figure 7(a), la ligne de signal d'image et l'électrode d'attaque des cristaux liquides 79 sont
constituées par des couches minces de métal ayant une sur-
face diffusante rugueuse.
De plus, sur la figure 7(b), la référence 98 dési-
gne une couche mince de métal ayant une surface rugueuse de façon à réfléchir irrégulièrement la lumière incidente, la référence 89 désigneune connexion qui relie une région de drain et l'électrode d'attaque des cristaux liquides, la référence 90 désigne une couche mince isolante qui se trouve
entre les couches minces de métal et la référence 97 dési-
gne une électrode d'attaque des cristaux liquides. L'élec-
trode d'attaque des cristaux liquides 97, la ligne de signal
d'image 80 et la connexion 89 sont constituées par une cou-
che mince de métal ayant une surface rugueuse, similaire à
celle qui est désignée par la référence 98.
Comme il est indiqué ci-dessus, du fait que le dis-
positif d'affichage à cristaux liquides correspondant à l'invention comporte un substrat inférieur ayant un aspect blanc et diffusant, on réalise un bon affichage en utilisant
une matière à cristaux liquides du type substance additionnel-
*le-substance réceptrice.
Cependant, comme le montrent les figures 7(a) et 7(b)etconformément à I'invention,la surface rugueuse de l'électrode d'attaque des cristaux liquides comporte des parties concaves et convexes de la couche mince de métal elle-même et, en outre, des marches relativement grandes qui
sont formées sur le substrat semiconducteur au cours du pro-
cessus de réalisation d'un condensateur et d'un transistor MOS. Du fait que ces parties concaves et convexes et ces marches de la surface de l'électrode formée par une couche de métal exercent une légère influence défavorable lorsqu'on
forme sur elle une couche d'orientation, une couche trans-
parente est réalisée à la surface de l'électrode d'attaque des cristaux liquides, pour rendre la surface uniforme et augmenter ainsi l'effet d'orientation. On peut utiliser en tant que couche transparente une résine organique telle qu'une résine au silicones, une résine époxyde et une résine
de polyimide, ou une résine minérale.
On peut également former une couche mince blanche dans le dispositif d'affichage à cristaux liquides qui utilise une plaque de verre sur laquelle se trouvent des
éléments d'attaque des cristaux liquides formés par une cou-
che mince, en employant une couche mince de métal ayant une surface rugueuse similaire à celle du dispositif d'affichage à cristaux liquides utilisant le substrat semiconducteur mentionné ci-dessus. On peut cependant espérer obtenir de
meilleures caractéristiques d'affichage dans le cas du dis-
positif d'affichage à cristaux liquides utilisant la plaque
de verre, si on emploie une plaque de verre blanche diffu-
sante pour la plaque de verre mentionnée ci-dessus.
On peut employer en tant que couche mince blanche une couche isolante de résine organique dans laquelle sont dispersées de fines particules d'oxyde métallique. Sur la
figure 8(a) qui représente une coupe de la couche mince blan-
che, la référence 81 désigne une particule fine d'oxyde métallique et la référence 82 désigne une résine organique
2472793-
qui est transparente et adhésive. La figure 8(b) explique comment la couche isolante apparaît blanche. Lorsque la lumière incidente 84 pénètre dans les particules fines d'oxyde métallique, elle subit une ou plusieurs réflexions totales à la frontière entre les particules fines d'oxyde métallique et la résine organique, puis elle sort dans une certaine direction. Si les rayons de la lumière incidente 84 entrent en étant dirigés parallèlement, ils sont réfléchis
dans des directions aléatoires, si bien que la couche iso-
lante apparaît blanche.
C'est par le même principe que n'importe quel papier, textile, sable, pigment et revêtement blanc apparaît blanc. La couche isolante doit êtresuffisamment épaisse pour paraftre blanche, du fait que la lumière qui entre à
partir de l'extérieur est transmise à travers la couche iso-
lante si elle est mince. Le paramètre lié à l'épaisseur de la couche qui est nécessaire pour qu'elle paraisse blanche est appelé le pouvoir couvrant. Le pouvoir couvrant augmente
lorsque l'indice de réfraction augmente et il devient maxi-
mal lorsque la taille des particules fines est approximati-
vement dans la plage de 0,2 à 0,3 pm.
Parmi les oxydes métalliques, l'oxyde de titane qui a un indice de réfraction élevé de 2,5 à 2,9, est le plus favorable pour obtenir une couche isolante blanche. On peut former cette couche isolante sur le substrat par impression ou pulvérisation. A cet égard, si on utilise des particules fines d'oxyde de titane, l'épaisseur de la couche isolante doit être de 10 à 50 pm pour obtenir une blancheur suffisante. Si la couche mince de métal ayant une surface rugueuse est placée sous la couche isolante dans le but de réduire l'épaisseur de la couche isolante, une épaisseur de à 25 pm suffit pour obtenir une bonne blancheur. Lorsque la couche de surface en aluminium ou en alliage d'aluminium est anodisée, une couche d'alumine
(A1203) est formée sur elle. Si par exemple la couche d'alu-
minium ou d'alliage aluminium-magnésium est anodisée dans une solution d'acide sulfurique, on obtient sur cette couche une couche d'alumine ayant une épaisseur de 5 à 30 Fm. Cette couche d'alumine présente une structure en nid d'abeilles aux surfaces frontières de laquelle la lumière est réfléchie de façon irrégulière, donnant ainsi un aspect blanc. On peut également utiliser une telle couche anodisée d'aluminium ou d'alliage d'aluminium en tant que couche mince blanche dans l'invention. Sur la figure 9, la référence 91 désigne un substrat, la référence 92 désigne une couche d'alliage d'aluminium, la référence 93 désigne une couche d'alumine, la référence 94 désigne la lumière incidente et la référence
95 désigne la lumière qui est diffusée aux frontières 96.
Dans la structure dans laquelle l'électrode d'atta-
que des cristaux liquides et la matière à cristaux liquides sont directement connectées l'uneà l'autre de la manière mentionnée ci-dessus, le métal de l'électrode d'attaque des cristaux liquides et la matière à cristaux liquides réagissent
en présence d'un courant continu, ce qui entraîne une dété-
rioration des cristaux liquides et de la cellule d'affichage à cristaux liquides. Il est donc très important, dans le but
d'augmenter la fiabilité du dispositif d'affichage à cris-
taux liquides, que la couche isolante soit formée sur la surface du substrat ou sur celle de l'électrode commune se trouvant sur la plaque de verre supérieure, de façon à
interrompre ce courant continu. Dans le dispositif d'affi-
chage à cristaux liquides correspondant à l'invention, la
cellule d'affichage à cristaux liquides peut avoir une lon-
gue durée de vie grâce à la présence de la couche isolante qui interrompt le courant continu. Une couche mince de SiO2, A1203, Si3N4 ou d'une substance analogue convient en
tant que couche isolante.
Comme on l'a indiqué précédemment, dans la cellu-
le d'affichage à cristaux liquides qui utilise un substrat semiconducteur comme dans celle qui utilise une plaque de verre sur laquelle est formée une couche mince, le substrat
présente des parties concaves et convexes ayant une diffé-
rence de hauteur de 0,1 à 3,0 pm, résultant de la structure
du dispositif, en plus des petites parties concaves et con-
vexes qui se trouvent à la surface dé la-couche mince de métal. Ainsi, si on réalise une orientation sur le substrat, lorsqu'on dépose par exemple du SiO2 de façon oblique sur le substrat, dans un but d'orientation, il y a des cas dans
lesquels les couches d'orientation ne se forment pas au voi-
sinage des marches. Il est donc souhaitable de faire dispa-
rattre les grandes marches qui résultent de la structure du dispositif.
Un mode de réalisation correspondant est représen-
té sur la figure 10 qui est une coupe du substrat semicon-
ducteur dans lequel les marches dues à la structure du dis-
positif sont remplies avec une résine transparente ou opaque.
Sur la figure 10, la référence 97 désigne un substrat semi-
conducteur, la référence 98 désigne une couche diffusée pour la source et le drain, la référence 99 désigne une couche diffusée d'arrêt, la référence 100 désigne une couche
d'oxyde de grille du transistor MOS, la référence 101 dési-
gne une électrode de silicium polycristallin du transistor
MOS, la référence 102 désigne une électrode d'un condensa-
teur, la référence 103 désigne une couche d'oxyde de champ, la référence 104 désigne une couche isolante et la référence
105 désigne une couche mince d'aluminium ou d'alliage d'alu-
minium qui présente une surface rugueuse. La référence 106
désigne une couche isolante d'une résine organique transpa-
rente ou opaque qui fait en sorte que la surface du substrat
semiconducteur soit plane. Après avoir formé un trou traver-
sant 107, on forme la couche mince de métal 108 pour l'élec-
trode d'attaque des cristaux liquides.
Comme le dessin le montre de façon évidente, les
marches formées à la surface du substrat semiconducteur con-
formément à la structure du dispositif sont ainsi remplies et les parties concaves et convexes de l'électrode d'attaque des cristaux liquides sont seulement formées par la surface rugueuse de la couche mince de métal destinée à l'électrode d'attaque des cristaux liquides et par la partie concave qui correspond à la région d'un trou traversant. En outre, le rapport correspondant à l'aire dans laquelle la couche
d'orientation n'est pas formée par dépôt oblique est consi-
dérablement réduit. De ce fait, si on utilise une surface rugueuse formée par le procédé mentionné ci-dessus pour la couche mince de métal destinée à l'électrode d'attaque des
cristaux liquides, le substrat apparaît blanc.
Si dans le mode de réalisation qui est représenté sur la figure 10 on utilise la couche mince de métal 105 pour une électrode destinée à l'attaque des cristaux liqui-
des, on réalise la couche isolante 104 en une résine isolan-
te et on lui donne ensuite une surface plane. La résine isolante transparente ou opaque peut être une résine aux
silicones ou une résine époxyde, mais une résine de polyimi-
de donne le meilleur résultat. Si on utilise du polyimide, on forme une couche de polyimide par centrifugation, puis on fait durcir la résine de polyimide à une température de 200
à 5000C. La couche de résine doit avoir une épaisseur. supé-
rieure à la hauteur de la marche. Du fait qu'on peut facile-
ment attaquer le polyimide avec de l'hydrazine (NH2-NH2), de l'hydroxyde de sodium (NaOH) ou un gaz d'hydrocarbure fluoré à l'état de plasma, on peut facilement former le
trou traversant qui est désigné par la référence 107.
La figure 11 représente une coupe de la couche mince dont la surface est rendue plane par formation d'une couche isolante transparente sur la surface rugueuse de la
couche mince de métal 110. En considérant encore le proces-
sus d'orientation mentionné ci-dessus, une telle couche mince maintient un bon rendement de l'orientation et un degré de-blancheur suffisant. Sur la figure 11, la référence 109 désigne un substrat, la référence 110 désigne une couche mince de métal ayant une surface rugueuse et la référence 111 désigne une couche isolante transparente qui rend la surface plane. Les rayons parallèles de lumière incidente 112 sont ainsi transmis dans la couche isolante transparente
111, et ils sont réfléchis irrégulièrement lorsqu'ils arri-
vent à la surface rugueuse de la couche mince de métal. La lumière réfléchie 113 est réfléchie dans des directions
quelconques, si bien que le substrat apparaît blanc. La cou-
che isolante transparente qui est représentée sur la figure 11 peut être en polyimide ou en une substance analogue. Si cette couche isolante est formée sur la couche de métal destinée à l'électrode d'attaque des cristaux liquides, elle peut également faire fonction de couche isolante destinée à
bloquer le-courant continu.
On peut en outre utiliser en tant que matière à cristaux liquides du type substance additionnelle-substance réceptrice appliquée au dispositif d'affichage à cristaux liquides de l'invention, un mélange de cristaux liquides nématiques et de colorants pléochroiques ou un mélange de cristaux liquides à transition de phase et de colorants pléochroïques. Dans un cas comme dans l'autre, on peut effectuer un affichage avec des couleurs arbitraires. On peut en outre utiliser ou non un polariseur. Le processus d'orientation doit être accompli sur les surfaces de deux plaques constituant une cellule à cristaux liquides qui sont en contact avec la couche de cristaux liquides. On
peut accomplir dans ce but un processus d'orientation ver-
ticale ou un processus d'orientation horizontale.
On oriente par exemple horizontalement la plaque de verre supérieure par frottement, après avoir formé une
couche de polyimide d'environ 0,01 pim à 0,5 pm, et on orien-
te horizontalement le substrat inférieur par dépôt oblique de SiO2.A ce moment, l'angle-défini par la direction d'orientation de la plaque de verre supérieure et par celle
du substrat inférieur peut être compris entre 0 et 1800.
De plus, on peut orienter horizontalement la plaque de verre
inférieure et orienter verticalement le substrat inférieur.
Dans le cas o la majeure partie de l'aire du substrat inférieur qui doit être orientée consiste en une couche mince de métal ayant une surface rugueuse, l'efficacité de l'orientation conduit à orienter verticalement la surface
du-substrat inférieur.
Comme on l'a expliqué en considérant les modes de réalisation, l'invention concerne un dispositif d'affichage à cristaux liquides qui comprend des éléments d'attaque des
cristaux liquides disposés en une matrice sur l'une des pla-
ques qui constituent une cellule d'affichage à cristaux liquides. Dans ce dispositif, le substrat apparaît blanc et
on utilise des cristaux liquides du type substance addition-
nelle-substance réceptrice. Ce dispositif d'affichage à cris-
2472793-
taux liquides offre des avantages qui consistent en ce que les caractéristiques d'affichage sont excellentes, en ce que le dispositif peut être alimenté avec une tension faible et une puissance faible et ence qu'il est petit et mince. Le dispositif d'affichage à cristaux liquides correspondant à l'invention présente donc des caractéristiques favorables pour l'utilisation dans des dispositifs de traitement de l'information ayant un format de dispositif de poche, comme par exemple une montre, sans parler de l'application à un
récepteur de télévision de poche.
Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au dispositif décrit et représenté,
sans sortir du cadre de l'invention.

Claims (23)

REVENDICATIONS
1. Dispositif d'affichage à cristaux liquides com-
prenant deux substrats qui constituent une cellule d'affi-
chage à cristaux liquides, caractérisé en ce que l'un des substrats comporte une couche mince dont la surface produit une réflexion diffuse et les cristaux liquides sont du type substance additionnelle-substance réceptrice, utilisant des
colorants pléochroiques en tant que substance additionnelle.
2. Dispositif d'affichage à cristaux liquides com-
prenant des éléments d'attaque des cristaux liquides dispo-
sés dans une matrice sur l'un des substrats qui constituent une cellule d'affichage à cristaux liquides, l'affichage
s'effectuant par sélection des éléments d'attaque des cris-
taux liquides sous l'effet de signaux externes, caractérisé en ce que le substrat comprend une couche mince dont la surface apparaît blanche et diffusante et les cristaux
liquides sont du type matière additionnelle-matière récep-
trice, avec des colorants pléochroiques en tant que matière additionnelle.
3. Dispositif d'affichage à cristaux liquides selon la revendication 2, caractérisé en ce que la couche mince dont la surface apparaît blanche et diffusante
comprend au moins une couche mince de métal ayant une surfa-
ce diffusante et rugueuse.
4. Dispositif d'affichage à cristaux liquides selon la revendication 3, caractérisé en ce que la couche
mince dont la surface apparaît blanche et diffusante -
comprend deux couches minces de métal ayant une surface diffusante rugueuse entre lesquelles est intercalée une
couche isolante.
5. Dispositif d'affichage à cristaux liquides selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'une partie au moins de la couche mince de métal fait fonction de connexion entre les éléments d'attaque des cristaux liquides, ou
d'électrode d'attaque des cristaux liquides.
6. Dispositif d'affichage à cristaux liquides selon la revendication 3, caractérisé en ce que la couche mince de métal ayant une surface diffusante et rugueuse est une couche mince d'aluminium ou d'alliage d'aluminium qui est formée par un procédé d'évaporation sous vide ou de pulvérisation.
7. Dispositif d'affichage à cristaux liquides selon la revendication 3, caractérisé en ce que la couche mince de métal ayant une surface diffusante et rugueuse est une couche mince d'aluminium ou d'alliage d'aluminium qui
est obtenue par un processus faisant intervenir l'évapora-
tion sous vide de la couche mince de métal sur le-substrat
et une recristallisation par traitement thermique.
8. Dispositif d'affichage à cristaux liquides selon la revendication 3, caractérisé en ce que la couche mince de métal ayant une surface diffusante et rugueuse est obtenue par une attaque qui enlève la couche de surface de
la couche mince de métal.
9. Dispositif d'affichage à cristaux liquides selon la revendication 8, caractérisé en ce que la couche mince de métal ayant une surface diffusante et rugueuse est une couche mince d'alliage d'aluminium qui est obtenue par une attaque destinée à enlever la couche de surface de la couche mince d'alliage contenant des particules précipitées dont la précipitation a lieu après l'évaporation sous vide
de la couche mince d'alliage sur le substrat et le traite-
ment thermique.
10. Dispositif d'affichage à cristaux liquides selon la revendication 3, caractérisé en ce que la couche mince de métal ayant une surface diffusante et rugueuse est une couche mince à structure multicouche dans laquelle deux couches minces, ou davantage, sont empilées et dans laquelle
la couche supérieure est en argent.
11. Dispositif d'affichage à cristaux liquides selon la revendication 3, caractérisé en ce que la couche* mince de métal ayant une surface diffusante et rugueuse est obtenue par sablage de la face supérieure de la couche mince de métal, après évaporation sous vide de cette couche mince
sur le substrat.
12. Dispositif d'affichage à cristaux liquides selon la revendication 3, caractérisé en ce que la couche mince de métal ayant une surface diffusante et rugueuse a une épaisseur comprise dans la plage allant de 0, 1 à 3,0 Fm pour une couche, une différence de 0,01 à 2,0 pum entre une partie concave et une partie convexe et une distance moyenne
comprise dans la plage de 0,05 à 50 pm entre une partie con-
cave et la suivante ou entre une partie convexe et la sui-
vante.
13. Dispositif d'affichage à cristaux liquides selon la revendication 2, caractérisé en ce que le substrat sur lequel les éléments d'attaque des cristaux liquides sont disposés selon une matrice est un substrat semiconducteur sur lequel les éléments d'attaque des cristaux liquides sont
réalisés de façon monolithique.
14. Dispositif d'affichage à cristaux liquides selon la revendication 2, caractérisé en ce que le substrat sur lequel les éléments d'attaque des cristaux liquides sont disposés selon une matrice est une plaque de verre et les éléments d'attaque sont des éléments en couche mince formés
sur cette plaque de verre.
15. Dispositif d'affichage à cristaux liquides selon la revendication 14, caractérisé en ce que la plaque
de verre est formée par du verre blanc et diffusant.
16. Dispositif d'affichage à cristaux liquides selon la revendication 2, caractérisé en ce que la couche mince dont la surface apparaît blanche et diffusante est une couche isolante dans laquelle de fines particules
d'oxyde métallique sont dispersées dans une résine organi-
que.
17. Dispositif d'affichage à cristaux liquides selon la revendication 16, caractérisé en ce que l'épaisseur de la couche isolante est comprise dans la plage de 1,0 à pim et l'oxyde métallique contenu dans la couche isolante est formé par des particules d'oxyde de titane ayant un
diamètre compris entre 0,01 et 2,0 pm.
18. Dispositif d'affichage à cristaux liquides selon la revendication 2, caractérisé en ce que la couche mince dont la surface apparaît blanche et diffusante est
2472793-
une couche mince d'un alliage d'aluminium qui est partielle-
ment anodisé.
19. Dispositif d'affichage à cristaux liquides
selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caracté-
risé en ce qu'une couche isolante destinée à empêcher la circulation d'un courant continu dans lamatière à cristaux liquides -est placée sur la surface dudit substrat ou d'une électrode commune placée sur une plaque de verre
supérieure.-
20. Dispositif d'affichage à cristaux liquides
selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caracté-
risé en ce que ledit substrat comprend au moins une couche
isolante qui aplanit sa surface.
21. Dispositif d'affichage à cristaux liquides
selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caracté-
risé en ce qu'on utilise un mélange de cristaux liquides
nématiques et de colorants pléochroiques en tant que cris-
taux liquides du type substance additionnelle-substance réceptrice.
22. Dispositif d'affichage à cristaux liquides
selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caracté-
risé en ce qu'on utilise un mélange de cristaux liquides à transition de phase et de colorants pléochroiques en tant
que cristaux liquides du type substance additionnelle-
substance réceptrice.
23. Dispositif d'affichage à cristaux liquides
selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caracté-
risé en ce que chaque surface de deux plaques qui consti-
tuent une cellule d'affichage à cristaux liquides, l'une
d'elles étant en contact avec la couche de cristaux liqui-
des, est orientée verticalement ou horizontalement.
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