FR2700050A1 - Matrice active pour affichages à cristaux liquides. - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne une matrice active pour des affichages à cristaux liquides comportant plusieurs éléments d'image, plusieurs bus d'adresses (1-1, 1-2, 1-3, 1-n, 1-(n+1)) auxquels est appliqué un signal d'adresse ayant un niveau de signal haut et un niveau de signal en régime permanent bas, et plusieurs bus de données (2-1, 2-2, 2-3, 2-m) perpendiculaires aux bus d'adresses. Chaque élément d'image comprend au moins une électrode d'affichage (4); un premier moyen de commutation (3) monté entre l'électrode (4) et un premier des bus d'adresses et un bus de données correspondant; et un second moyen de commutation (5) monté entre l'électrode d'affichage (4) et un second des bus d'adresses et le bus de données correspondant, le second moyen de commutation (5) comportant un moyen (8) destiné à empêcher l'électrode d'affichage (4) de se décharger pour qu'ainsi une tension sensiblement identique soit maintenue au niveau de l'électrode d'affichage pendant le temps durant lequel le signal d'adresse passe du niveau haut au niveau bas.
Description
Matrice active pour affichages à cristaux liquides La présente invention
concerne, d'une manière générale, des affichages à cristaux liquides comportant des matrices actives et, plus particulièrement, des affichages à cristaux liquides pourvus de matrices actives et capables de compenser des effets de scintillement dus à leur transistor de commutation. La demande en faveur d'affichages à cristaux liquides (désignés ci-après "LCD") dotés d'une grande qualité d'image pour des applications concernant la technique des ordinateurs et des applications électroniques grand public a considérablement augmenté On sait que les LCD pourvus d'une matrice active utilisant des transistors de commutation à films minces (désignés ci-après "TFT") comme éléments de commutation fournissent une grande qualité d'image Voir la demande de brevet japonais publiée avant examen N O 60- 192369,
HOL 29/78, par exemple.
En référence à la figure 1, un LCD à matrice active de ce type comprend plusieurs bus d'adresses 1-1, 1-2, 1-3, 1-n; plusieurs bus de données 2-1, 2-2, 2-3,, 2-m perpendiculaires aux bus d'adresses; et plusieurs éléments d'image dans une matrice de N rangées et m colonnes Chaque élément d'image est entouré par deux bus d'adresses adjacents et deux bus de données adjacents Chaque élément d'image
comporte un TFT 3 et une électrode d'affichage 4.
L'électrode d'affichage 4 est reliée à un bus d'adresses correspondant et à un bus de données correspondant par l'intermédiaire du TFT 3 Plus précisément, pour chaque élément d'image, le drain de TFT 3 est relié au bus de données adjacent; sa grille est reliée au bus d'adresses adjacent; et sa source à l'électrode d'affichage 4 Un LCD à matrice active de ce type a un fonctionnement peu fiable et une faible qualité d'image car la présence de défauts dans le bus de signaux pendant la fabrication entraîne un mauvais
fonctionnement des éléments d'image.
Pour améliorer la fiabilité fonctionnelle du LCD à matrice active, on sait prévoir une redondance de l'élément de circuit de la matrice active Voir la demande de brevet N O 2 582 431 GO 9 F 3/20, par exemple En référence à la figure 2, pour corriger le défaut ci-dessus dû au bus de signaux défectueux, chaque élément d'image des circuits prévus pour ce LCD à matrice active comprend un second TFT "redondant" 5 en plus du premier TFT 3, de sorte que l'électrode d'affichage 4 est alors reliée à deux bus d'adresses adjacents à l'élément d'image: le premier des deux bus d'adresses par l'intermédiaire du premier TFT 3, et le second
des deux bus d'adresses par l'intermédiaire du second TFT 5.
Cette approche améliore la fiabilité fonctionnelle de l'élément d'image, car lorsque l'un des deux bus d'adresses devient défectueux, l'électrode d'affichage de l'élément d'image peut toujours être reliée à l'autre bus d'adresses non-défectueux par l'intermédiaire de l'un des deux transistors de commutation, pour ainsi obtenir le signal
vidéo provenant du bus de données.
Cependant, cette approche a également comme inconvénient que des effets de scintillement dus à la capacité inhérente entre la grille et la source du transistor de commutation affectent la tension de l'électrode d'affichage 4 Par exemple, la figure 3 représente d'une manière schématique les circuits correspondants au TFT 3 Le numéro de référence 1 désigne le bus de données, et U, le signal vidéo appliqué à celui-ci; le numéro de référence 2 désigne le bus d'adresses, et U 2 le signal d'adresse appliqué à celui-ci; le numéro de référence 6 désigne le condensateur de cellule à cristaux liquides (LC) formé entre l'électrode d'affichage
4 (de la figure 2) et une électrode LCD commune (non-
représentée); et le numéro de référence 7 désigne un condensateur parasite formé entre la grille et la source du TFT 3 La référence UO désigne la tension appliquée à l'électrode LCD commune, qui peut être égale à une tension de
"masse commune (c'est-à-dire zéro).
La figure 4 représente une forme d'onde de tension pour Uj, U, et Ud', 1 d désignant la tension au niveau de l'électrode d'affichage 4 T désigne la période de temps du signal d'adresse U, et t la largeur d'une impulsion positive
ayant une tension de crête à crête U 2 m du signal d'adresse U 2.
Lorsque cette impulsion positive du signal d'adresse U 2 est appliquée à la grille du TFT 3, ce dernier est activé et, par conséquent, la résistance du canal formé entre le drain et la source du TFT 3 diminue dans la mesure o l'électrode d'affichage est chargée au niveau de tension du signal vidéo
Ut qui lui est fourni à partir du bus de données 1.
Pendant que l'impulsion positive du signal d'adresse U 2 est fournie au TFT 3, le condensateur parasite 7 est chargé à une tension différentielle de (U 1 U), tandis que le condensateur de cellule LC 6 est chargé à une tension différentielle de (U, U) Ensuite, lorsque le signal d'adresse passe du régime haut (c'est-à-dire U 2 m) de l'impulsion positive au régime bas permanent, le TFT 3 est désactivé et les condensateurs 6 et 7 sont rechargés en ce sens que la tension du signal vidéo au niveau de l'électrode d'affichage 4 varie d'une valeur %U définie par la relation:
1 U = (U 2 * C 7) (C 6 + C 7) ( 1)
dans laquelle C 6 représente la capacité du condensateur de
cellule LC 6 et C 7 celle du condensateur parasite 7.
Pendant la période de temps T, si le signal vidéo appliqué au signal de bus de données U 1 a une polarité positive, la valeur de tension absolue au niveau de l'électrode d'affichage Ud devient U 1 *U; cependant, si le signal vidéo U 1 a une polarité négative, la valeur de tension
absolue au niveau de l'électrode d'affichage devient Ul + %U.
Par conséquent, même si le signal vidéo ayant la même valeur de tension absolue est appliqué au bus de données pendant la période de temps T, la valeur de tension au niveau de l'électrode d'affichage (c'est-à-dire appliquée à la cellule de cristaux liquides) du LCD peut être différente de celle du
signal vidéo U, en fonction de la polarité du signal vidéo.
La luminosité de l'image LCD obtenue peut donc varier, ce qui entraîne des effets de scintillement indésirables et, par conséquent, une dégradation de la qualité de l'image transmise. La présente invention a pour but de remédier au problème mentionné ci-dessus en proposant une matrice active pour des affichages à cristaux liquides comportant plusieurs éléments d'image, plusieurs bus d'adresses auxquels est appliqué un signal d'adresse ayant un niveau de signal haut et un niveau de signal en régime permanent bas, et plusieurs bus de données perpendiculaires aux bus d'adresses Chaque élément d'image comprend au moins un moyen formant électrode d'affichage; un premier moyen de commutation monté entre le moyen formant électrode d'affichage et un premier des bus d'adresses et un bus de données correspondant; et un second moyen de commutation monté entre le moyen formant électrode d'affichage et un second des bus d'adresses et le bus de données correspondant Le second moyen de commutation comprend un moyen destiné à éviter que l'électrode d'affichage ne se décharge pour qu'ainsi une tension sensiblement identique soit maintenue au niveau de l'électrode d'affichage pendant le temps durant lequel le
signal d'adresse passe du niveau haut au niveau bas.
Les buts et avantages de la présente invention vont,
pour partie, être définis dans la description qui suit, et
pour partie ressortir de celle-ci ou être tirés des enseignements de la mise en pratique de l'invention Ces buts et avantages de l'invention seront atteints et obtenus grâce aux éléments et aux combinaisons particulièrement définis
dans les revendications annexées.
Les principes de la présente invention seront mieux
compris à la lecture de la description détaillée suivante de
modes de réalisation préférés, donnée à titre d'exemple nullement limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 illustre les circuits destinés à un LCD à matrice active de l'art antérieur; la figure 2 illustre les circuits destinés à un LCD à matrice active de l'art antérieur, comportant une redondance; la figure 3 est un schéma de circuit correspondant à une partie de la matrice de la figure 2; la figure 4 représente des formes d'ondes de tension associées au schéma de circuit de la figure 3; la figure 5 illustre les circuits destinés à un LCD à matrice active selon un premier mode de réalisation de la présente invention; la figure 6 est un schéma de circuit correspondant à une partie de la matrice de la figure 5, dans un premier état; la figure 7 est un schéma de circuit correspondant à une partie de la matrice de la figure 5, dans un second état; la figure 8 est une vue en plan de la disposition d'une partie du LCD à matrice active de la figure 5; la figure 9 est une vue en coupe réalisée suivant la ligne A-A' de la figure 8; et la figure 10 illustre les circuits destinés à un LCD à matrice active selon un second mode de réalisation de la
présente invention.
En référence aux figures dans lesquelles les mêmes numéros de référence sont utilisés dans l'ensemble des dessins pour, à chaque fois que cela est possible, désigner des éléments identiques ou similaires, et notamment à la figure 5 qui représente les circuits destinés à un LCD à matrice active selon un premier mode de réalisation de la présente invention, la matrice comporte plusieurs éléments d'image en N rangées et m colonnes perpendiculaires les unes aux autres Chaque élément d'image comprend une électrode d'affichage 4; un premier TFT 3, un second TFT 5; et une
diode 8 La matrice comprend plusieurs bus d'adresses 1-1, 1-
2, 1-3,, l-n, 1-(n + 1), et des bus de données 2-1, 2-2, 2-3,, 2-m, 2-(m + 1) L'électrode d'affichage 4 est reliée à deux bus d'adresses adjacents Par exemple, elle est reliée à un premier bus d'adresses adjacent 1-1 par l'intermédiaire du premier TFT 3 et à un second bus
d'adresses adjacent 1-2 par l'intermédiaire du second TFT 5.
L'électrode d'affichage 4 est reliée à un bus de données adjacent 2-m par l'intermédiaire des premier et second TFT 3 et 5. La structure de la figure 5 diffère de celle de la figure 2 en ce que la diode 8 est interposée entre l'électrode d'affichage 4 et le second TFT 5 Plus précisément, le drain de chacun des TFT 3 et 5 est relié au bus de données 2-m; la grille du premier TFT 3 est reliée au premier bus d'adresses 1-1; la grille du second TFT 5 est reliée au second bus d'adresses 1-2; et la source du premier TFT 3 est reliée à l'électrode d'affichage La diode 8 est interposée entre la source du second TFT 5 et l'électrode d'affichage Le drain et la source de chacun des TFT 3 et 5
sont interchangeables.
Le fonctionnement de la matrice active de la présente invention, selon ce mode de réalisation, est expliqué dans la partie qui suit en référence à la figure 4 Le signal d'adresse UJ qui possède une période de temps T est successivement fourni à chaque bus d'adresses suivant une
séquence de temps selon la manière indiquée sur la figure 4.
Au cours de la première période de temps T, pendant une durée t durant laquelle l'impulsion positive du signal d'adresses est appliquée au premier bus d'adresses 1-1, l'électrode d'affichage 4 est reliée électriquement au bus de données 2-m
par l'intermédiaire du premier TFT 3.
Au cours de la seconde période de temps T qui suit immédiatement la première période de temps T, pendant la durée t durant laquelle l'impulsion positive suivante du signal d'adresse est appliquée au second bus d'adresses 1-2, l'électrode d'affichage 4 est reliée au bus de données 2-m par l'intermédiaire du second TFT 5 et de la diode 8 Pendant la première période de temps T, l'électrode d'affichage 4 est chargée par l'intermédiaire de TFT 3 à la tension U 1 %U, et puis, pendant la seconde période de temps T, l'électrode d'affichage est rechargée par l'intermédiaire du second TFT et de la diode 8 à la tension U 1, car la diode 8 empêche le
condensateur 6 de se décharger.
La figure 6 représente un schéma fonctionnel de circuit d'une cellule à cristaux liquides (LC) de la matrice de la présente invention pendant le temps pendant lequel le signal d'adresse est appliqué à la grille du second TFT 5 La figure 7 représente le même schéma fonctionnel de circuit pendant le temps durant lequel le signal d'adresse est absent, en raison de défauts existant dans le second bus d'adresses 1-2, au niveau de la grille du second TFT 5 La charge et la décharge du condensateur de cellule à cristaux liquides sont
expliquées ci-après en référence aux figures 6 et 7.
Le numéro de référence 6 désigne le condensateur de cellule LC; le numéro de référence 7 ' désigne un condensateur parasite formé entre la grille et la source du second TFT 5; le numéro de référence 9 désigne un condensateur parasite formé entre la grille et la source du premier TFT 3 Le numéro de référence 10 désigne la résistance formée entre le drain et la source du second TFT 5, et le numéro de référence 11 désigne la résistance du premier TFT 3 Ra désigne la valeur de résistance de la résistance 5 lorsque le TFT associé est activé Rb désigne la
valeur de la résistance lorsque le TFT associé est désactivé.
En référence à la figure 6, pendant le temps durant lequel l'impulsion qui possède le niveau de tension U 2, du signal d'adresse est fourni à la grille du second TFT 5, les condensateurs 6, 7 ' et 9 sont chargés à la tension U du signal vidéo, tension qui apparaît au niveau des points "a" et "b" à travers la résistance 10, étant donné qu'une constante de temps (Ra * C 6) " t, c'est-à-dire la largeur de l'impulsion du signal d'adresse C 6 désigne la capacité du
condensateur 6 Dans ce cas, le condensateur C 7 ' (c'est-à-
dire le condensateur parasite formé entre la grille et la
source du second TFT 5) est chargé à la tension de U 1 U 2 m.
En référence à la figure 7, le numéro de référence 12 désigne la résistance formée entre le drain et la source du second TFT 5, dotée de la valeur de résistance Rb lorsque le second TFT 5 est désactivé Lorsque la tension du signal d'adresse passe de U 2 m à une tension en régime permanent basse, la tension au niveau du point "a" de la figure 7 diminue jusqu'à la valeur U 1 U 2; la diode 8 est désactivée; et la valeur de résistance de la résistance 12 augmente jusqu'à la valeur Rb Puis, la tension au niveau du point "a" augmente jusqu'à la valeur U 1 avec une constante de temps de (Rb * C 7 '), tandis que la tension U 1 au niveau du point "b" reste pratiquement la même, étant donné que la diode 8 reste dans un état non-conducteur "hors-circuit" C 7 '
désigne la capacité du condensateur 7 '.
L'électrode d'affichage 4 est chargée à la valeur de tension U 1 du signal vidéo du bus de données par l'intermédiaire du second TFT 5 et de la diode 8, et cette valeur de tension reste inchangée pendant le reste de la période de temps T Etant donné que la diode 8 est montée entre la source du second TFT 5 et l'électrode d'affichage 4,
les condensateurs 6 et 9 ne peuvent pas se recharger.
Pour la diode 8, il est possible d'utiliser des diodes PIN, des diodes Schottky et des transistors MIS dont la grille et le drain sont reliés l'un à l'autre Pour réaliser une structure combinée du second transistor de commutation 5 et de la diode 8, un transistor à films minces associé à une
diode Schottky ou à un transistor MIS (Métal-Isolant-
Semiconducteur) dont la grille et le drain sont reliés l'un à l'autre, présente une conception et une technologie simples. Un procédé de fabrication proposé à titre d'exemple pour la matrice active de la présente invention, munie d'une diode Schottky, est expliqué ci-après en référence aux figures 8 et 9 La figure 8 montre la disposition d'une partie du LCD à matrice active de la figure 5, correspondant à un élément d'image Les numéros de référence 3 et 5 désignent respectivement les premier et second TFT; le numéro de référence 4 désigne l'électrode d'affichage; les références 1-2 et 1-3 désignent les bus d'adresses; les références 2-2 et 2-3 désignent les bus de données; et la référence 8 désigne la diode Schottky Les zones hachurées représentent un film de silicium amorphe La figure 9 est une vue en coupe
transversale réalisée suivant la ligne A-A' de la figure 8.
En référence à la figure 9, un film de chrome a été déposé par évaporation sur un substrat isolant 12 Les bus d'adresses (non- représentés) et les grilles 13 des transistors de commutation ont été formés par photogravure à partir de ce film Puis, un film de nitrure de silicium 14 a été déposé pour former un diélectrique de grille Ensuite, un film N'a-Si H et un film de chrome ont été déposés, et un contact de source 15 du transistor de commutation 5 a été formé à l'aide d'un procédé de photogravure Le contact de source 15 sert en même temps de contact pour la diode
Schottky.
Puis, un film de silicium amorphe 16 a été déposé et les zones semiconductrices des transistors de commutation ont été formées par photogravure à partir de ce film Ensuite, une film d'oxyde d'indium conducteur transparent a été déposé et les électrodes d'affichage 3 ont été formées par photogravure à partir de ce film Puis, des films de
Nha-Si H 18, de chrome 19 et d'aluminium 20 ont été déposés.
Les bus de données et les liaisons entre les électrodes d'affichage et les transistors de commutation ont été formés
par photogravure.
La figure 10 représente les circuits destinés à un LCD à matrice active selon un second mode de réalisation de la présente invention La matrice active de la figure 10 diffère de celle de la figure 5 en ce que l'électrode d'affichage 4 de l'élément d'image est reliée à une première série de bus d'adresses ( 1-1) et de bus de données ( 2-m) adjacents par l'intermédiaire du premier TFT 3, et à une seconde série de bus d'adresses ( 1-2) et de bus de données ( 2-(m+l)) adjacents par l'intermédiaire du second TFT 5 et de la diode 8 Plus précisément, le drain du second TFT 5 de la figure 10 est relié au bus de données 2- (m+l), et non pas au premier bus de données 2-m, comme sur la figure 5 Ceci améliore la fiabilité fonctionnelle du dispositif car si l'un quelconque des bus de données 2-m, 2-(m+ 1) devient défectueux, le TFT relié au bus de données défectueux peut être séparé du bus de données défectueux sans affecter les capacités de fonctionnement de l'élément d'image associé La séparation peut être réalisée à l'aide d'un ajustage au laser, d'une attaque chimique et d'un traitement mécanique La matrice active de la figure 10 fonctionne de manière similaire à la matrice de la figure 5, et le procédé de fabrication est également similaire à celui illustré sur la figure 9. Dans la matrice active de la présente invention, une diode est intégrée entre l'électrode d'affichage et la source (ou alternativement le drain) du second transistor de commutation, c'est-à-dire que la diode est intégrée entre le condensateur de cellule à cristaux liquides et le condensateur parasite formé entre la grille et la source du TFT La polarité de la diode est choisie de façon que si la tension au niveau de l'électrode d'affichage est inférieure à la tension du signal vidéo au niveau du bus de données, le condensateur de cellule à cristaux liquides, est chargé à la tension du signal vidéo; cependant, le condensateur de cellule à cristaux liquides ne peut pas se décharger jusqu'à la tension associée à la capacité formée entre la grille et la source du TFT Par conséquent, la tension du signal vidéo au niveau de l'électrode d'affichage ne varie pas même si le
second TFT 5 est désactivé.
Bien que la description précédente ait porté sur des
modes de réalisation préférés de la présente invention, il est bien entendu que celle-ci n'est pas limitée aux exemples particuliers décrits et illustrés ici, et l'homme de l'art comprendra aisément qu'il est possible d'y apporter de nombreuses variantes et modifications sans pour autant sortir
du cadre de l'invention.
il
Claims (5)
1 Matrice active pour des affichages à cristaux liquides comportant plusieurs éléments d'image, plusieurs bus d'adresses ( 1-1, 1-2, 1-3,, 1n, 1-(n+ 1)) auxquels est appliqué un signal d'adresse (U 2) ayant un niveau de signal haut (U 2) et un niveau de signal en régime permanent bas, et plusieurs bus de données ( 2-1, 2-2, 2-3,, 2-m, 2-(m+ 1)) perpendiculaires aux bus d'adresses, caractérisée en ce que chaque élément d'image comprend au moins un moyen formant électrode d'affichage ( 4); un premier moyen de commutation ( 3) monté entre le moyen formant électrode ( 4) et un premier des bus d'adresses et un bus de données correspondant; et un second moyen de commutation ( 5) monté entre le moyen formant électrode d'affichage ( 4) et un second des bus d'adresses et le bus de données correspondant, le second moyen de commutation ( 5) comportant un moyen ( 8) destiné à empêcher l'électrode d'affichage ( 4) de se décharger pour qu'ainsi une tension sensiblement identique soit maintenue au niveau de l'électrode d'affichage pendant le temps durant lequel le signal d'adresse (U 2) passe du niveau haut (U 2 U) au niveau bas. 2 Matrice active selon la revendication 1, caractérisée en ce que le moyen destiné à empêcher l'électrode d'affichage
de se décharger comprend une diode ( 8).
3 Matrice active selon la revendication 2, caractérisée
en ce que la diode ( 8) consiste en une diode Schottky.
4 Matrice active selon la revendication 2, caractérisée
en ce que la diode 8 comporte un transistor MIS (Métal-
Isolant-Semiconducteur) dont le drain et la grille sont
reliés l'un à l'autre.
Matrice active selon la revendication 2, caractérisée en ce que le second moyen de commutation ( 5) comprend un transistor à films minces qui possède un drain relié au bus de données correspondant, une grille reliée au second bus d'adresses, et une source reliée à une première extrémité de la diode ( 8), et en ce qu'une second extrémité de la diode ( 8) est reliée à l'électrode d'affichage 4 de manière à empêcher ladite électrode d'affichage de se décharger, pour qu'ainsi une tension sensiblement identique soit maintenue au niveau de l'électrode d'affichage pendant le temps durant lequel le signal d'adresse (U 2) passe du niveau haut (U 2 m)au niveau bas.
6 Matrice active selon la revendication 2, caractérisée en ce que le second moyen de commutation ( 5) comprend un transistor à films minces qui possède une source reliée au bus de données correspondant, une grille reliée au second bus d'adresses, et un drain relié à une première extrémité de la diode ( 8), et en ce qu'une seconde extrémité de la diode ( 8) est reliée à l'électrode d'affichage 4 de manière à empêcher ladite électrode d'affichage ( 4) de se décharger, pour qu'ainsi une tension sensiblement identique soit maintenue au niveau de l'électrode d'affichage pendant le temps durant lequel le signal d'adresse passe du niveau haut au niveau
bas -
7 Matrice active selon la revendication 5 ou 6, caractérisée en ce que le transistor à films minces consiste
en un transistor MIS (Métal-Isolant-Semiconducteur).
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