DISPOSITIF D ' AFFICHAGE A MATRICE ACTIVE AYANT UN TRANSISTOR

ORGANIQUE A COUCHES MINCES

L'invention concerne un dispositif d'affichage à matrice active, par exemple du type LCD. Le dispositif comprend un substrat inférieur, un substrat supérieur transparent et un cadre de scellement des substrats définissant une cavité fermée dans laquelle se trouve une substance dont les propriétés optiques changent en présence d'un champ électrique. Une face intérieure d'un des substrats porte une unique électrode, alors qu'une face intérieure de l'autre substrat porte une matrice d'électrodes pour définir des pixels du dispositif. Les électrodes de la matrice sont disposées en rangées et en colonnes, en étant commandées chacune par un transistor à couches minces respectif. Le drain de chaque transistor est relié à l'électrode correspondante. Les grilles des transistors sont reliées dans chaque colonne de la matrice par une piste conductrice de commande respective, alors que les sources des transistors sont reliées dans chaque rangée de la matrice par une piste conductrice de données respective. Des première et seconde couches d'alignement de particules de la substance sont placées sur les électrodes des substrats supérieur et inférieur.

Dans un dispositif d'affichage du type LCD à matrice passive, les pistes conductrices des rangées et des colonnes sont commandées à l'extérieur de la cavité par un circuit de commande. Par rangée, les pixels d'une colonne sont adressés les uns après les autres. Le pixel est éteint entre deux opérations de rafraîchissement. Il peut donc être avantageux d'utiliser un dispositif d'affichage à cristaux liquides, qui possède une matrice active, qui permet de conserver une charge (information) sur chaque électrode en l'absence d'une tension d'alimentation.

Il est bien connu de réaliser de tels dispositifs d'affichage à cristaux liquides à matrice active, notamment pour de grands dispositifs d'affichage.

Les transistors à couches minces pour relier les électrodes de la matrice aux pistes conductrices de rangées et de colonnes sont fabriqués traditionnellement avec des matériaux inorganiques. Un inconvénient de la réalisation de ces types de transistors est que les opérations de dépôt des différentes couches en matériau inorganique sont coûteuses, et effectuées lentement et à relativement haute température. De ce fait, il est nécessaire de réaliser les transistors de tels dispositifs d'affichage sur des substrats rigides supportant de haute température.

L'invention a donc pour but de pallier aux inconvénients de l'état de la technique en fournissant un dispositif d'affichage à matrice active, qui soit facile, peu coûteux et rapide à fabriquer avec des opérations à basse température pour la réalisation des transistors à couches minces sur tout type de substrat.

A cet effet, l'invention concerne un dispositif d'affichage à matrice active cité ci-devant, qui comprend les caractéristiques définies dans la revendication indépendante 1.

Des formes d'exécution particulières du dispositif d'affichage à matrice active sont définies dans les revendications dépendantes 2 à 10.

Un avantage du dispositif d'affichage à matrice active selon l'invention est qu'il comprend des transistors à couches minces organiques, qui sont faciles à réaliser à basse température. Ces transistors comprennent notamment une couche isolante organique, qui peut être réalisée en poly(2-hydroxyéthyl méthacrylate) (PHEMA). Cette couche isolante organique peut être réticulée au moyen d'un agent réticulant, tel que du poly(mélamine-co-formaldéhyde) afin d'être insensible aux solvants utilisés lors de la réalisation des couches d'alignement par exemple en polyimide. Ceci permet de rester compatible avec le procédé de réalisation traditionnel d'un dispositif d'affichage par exemple à cristaux liquides.

Préférentiellement au-dessus de la couche semi-conductrice organique, la couche isolante organique comprend une première couche de

polymère par exemple en poly(2-hydroxyéthyl méthacrylate) et une seconde couche de poly(2-hydroxyéthyl méthacrylate) réticulé sur la première couche. Ceci permet de protéger cette couche isolante de solvants utilisés lors du dépôt des couches d'alignement en polyimide ou autre. Après polymérisation et réticulation, la première couche isolante en PHEMA possède un très bon comportement isolant pour le transistor, alors que la seconde couche isolante xl-PHEMA fournit la protection nécessaire à rencontre des solvants pour le dépôt des couches d'alignement.

Avantageusement, les substrats du dispositif d'affichage peuvent être en plastique isolant et flexible comme la réalisation des transistors est faite à basse température. Au moins le substrat supérieur est transparent. Ainsi la réalisation de tels transistors organiques est compatible avec le procédé de fabrication d'un dispositif d'affichage LCD traditionnel, sans l'utilisation d'acide comme initiateur. Avantageusement, les transistors organiques peuvent être imprimés sur des substrats flexibles inorganiques ou organiques. Ces transistors peuvent ainsi être intégrés facilement dans un dispositif d'affichage par exemple à cristaux liquides.

Les buts, avantages et caractéristiques du dispositif d'affichage à matrice active apparaîtront mieux dans la description suivante sur la base d'au moins une forme d'exécution non limitative illustrée par les dessins sur lesquels : la figure 1 représente schématiquement un agencement de pistes conductrices reliées par l'intermédiaire de transistors à couche mince à une matrice d'électrodes du dispositif d'affichage selon l'invention, et la figure 2 représente une coupe partielle verticale du dispositif d'affichage à matrice active selon l'invention au niveau d'un transistor à couches minces.

Dans la description suivante, tous les éléments du dispositif d'affichage à matrice active qui sont bien connus de l'homme du métier

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dans ce domaine technique ne seront relatés que de manière simplifiée. Il est fait référence principalement à un dispositif d'affichage à cristaux liquides à matrice active, dont les substrats peuvent être rigides ou flexibles. A la figure 1 , il est représenté schématiquement un agencement d'électrodes sur un des substrats du dispositif pour définir des pixels d'une matrice active du dispositif d'affichage à cristaux liquides. Ces électrodes 1 1 , qui peuvent être transparentes, sont reliées chacune par l'intermédiaire d'un transistor respectif à couches minces organiques T (TFT) à des pistes conductrices de rangées L1 , L2, et de colonnes C1 , C2, qui peuvent être également transparentes. Ces électrodes 1 1 sont commandées par ces transistors à couches minces pour être polarisées à un niveau de tension déterminé par rapport à un potentiel déterminé d'une électrode unique en regard sur l'autre substrat. En fonction du niveau de tension appliqué sur une partie des électrodes de la matrice, une information peut être affichée sur le dispositif d'affichage suite à l'orientation des cristaux liquides au-dessus de ces électrodes.

Il est à noter que pour ne pas surcharger la figure 1 , chaque transistor à couches minces n'est représenté que par sa grille 12, sa source 10 et son drain 1 1. Les transistors à couches minces T comprennent chacun une couche semi-conductrice organique disposée en partie entre des couches conductrices de drain 1 1 et de source 10, qui peuvent être disposées directement sur le substrat inférieur. Au moins une couche isolante organique est disposée sur la couche semi-conductrice organique, et une couche conductrice de grille 12 est disposée sur la couche isolante organique. La couche de drain 1 1 de chaque transistor fait partie intégrante de l'électrode correspondante de la matrice de grande dimension par rapport aux couches de source et grille.

Toutes les électrodes de la matrice sont de préférence disposées en rangées et en colonnes. Les grilles 12 des transistors à couches minces organiques T sont reliées dans chaque colonne de la matrice à une piste

conductrice de commande respective C1 , C2. Les sources 10 de ces transistors sont par contre reliées dans chaque rangée de la matrice à une piste conductrice de données respective L1 , L2. L'ensemble des pistes conductrices de colonnes parallèles croise de manière isolée l'ensemble des pistes conductrices de rangées parallèles. Toutes les pistes conductrices sont traditionnellement connectées à l'extérieur de la cavité à cristaux liquides du dispositif d'affichage à un circuit de commande pour commander l'affichage d'une information.

A la figure 2, il est représenté de manière plus détaillée une coupe partielle verticale du dispositif d'affichage à matrice active 1 selon l'invention au niveau d'un transistor à couches minces organiques. De manière connue, le dispositif d'affichage 1 comprend un substrat supérieur transparent 3, un substrat inférieur 2 et un cadre de scellement non représenté définissant une cavité fermée dans laquelle se trouve une substance à cristaux liquides 7 par exemple du type TN ou STN. Les substrats utilisés peuvent avantageusement être des substrats plastiques flexibles, étant donné que la réalisation des transistors de la matrice active est faite à basse température. Le matériau plastique peut être du polyester (PES) ou du polycarbonate (PC). Le substrat supérieur transparent et isolant porte sur une face intérieure une électrode transparente 4 par exemple en oxyde d'indium/étain, qui s'étend sur toute la face intérieure. Une première couche en polyimide (Pl) d'alignement ou d'orientation 5 des cristaux liquides recouvre l'électrode transparente 4 entièrement. Comme indiqué précédemment, les couches conductrices de source 10 et de drain 1 1 peuvent être réalisées directement sur une face intérieure du substrat inférieur 2. La couche semi-conductrice organique 13 peut être disposée sur la face intérieure du substrat inférieur entre les couches de drain et de source et en partie sur les couches de drain et de source. La couche isolante organique 14 peut être disposée sur la couche semi-conductrice organique de manière à la recouvrir de préférence

totalement. Cette couche isolante 14 permet de garantir une meilleure barrière contre les composés O ₂ et H ₂ O afin de protéger la couche semi- conductrice organique (P3HT). Cette couche isolante 14 peut permettre également de servir de protection mécanique lors du "frottement" pour la structuration mécanique de la seconde couche d'alignement. Finalement, la couche conductrice de grille 12 de chaque transistor à couches minces est disposée sur la couche isolante organique en partie au-dessus d'un espace séparant la couche de drain et la couche de source.

Les couches de drain 1 1 , qui constituent les électrodes de la matrice, et les couches de source 10 des transistors à couches minces peuvent être réalisées en oxyde d'indium/étain (ITO), voire en oxyde d'indium/zinc (IZO) ou d'autres conducteurs transparents. La couche semi-conductrice organique peut être réalisée en poly(3-hexylthiophene) désigné P3HT. La couche isolante organique 14 peut être réalisée soit en poly(méthylmétacrylate) désigné par PMMA, soit de préférence en poly(2- hydroxyéthyl méthacrylate) désigné par PHEMA. La couche de grille 12 comprend un matériau conducteur, tel que de l'argent et/ou de l'aluminium.

Cette couche de grille peut être obtenue facilement par une technique d'impression héliographique ou en creux (gravure printing en terminologie anglaise) au moyen d'une encre argentée par exemple.

La couche isolante organique peut également être déposée avant la couche de grille au moyen de la même technique d'impression héliographique avec de l'encre de PMMA ou de poly(vinylpyrrolidone) (PVP) ou de poly(vinylalcohole) (PVA) ou de poly(2-hydroxyéthyl méthacrylate) (PHEMA). Cependant après cette étape, il doit être effectué une opération de polymérisation et/ou réticulation de ladite couche de préférence à basse température pour ne pas détruire les autres matériaux.

L'ensemble, qui comprend les électrodes 1 1 de la matrice, les transistors à couches minces organiques T, et les pistes conductrices de rangées et de colonnes, est recouvert par une seconde couche d'alignement en polyimide 6. Lors de la réalisation de cette seconde couche

d'alignement en polyimide, il est utilisé des solvants susceptibles de dissoudre la couche isolante organique et/ou la couche semi-conductrice organique de chaque transistor à couches minces. Pour protéger la couche isolante organique 14 et/ou la couche semi-conductrice organique 13 de chaque transistor, il est ajouté un agent réticulant insensible aux solvants de la couche en polyimide.

Un solvant utilisé pour la réalisation des couches d'alignement en polyimide des cristaux liquides du dispositif d'affichage peut être du N- méthylpyrrolidone (NMP) avec du Butylcellosolve (nom commercial). Ce solvant peut aussi être du diméthyl-formamide (DMF) ou du diméthyl- acetamide.

La couche isolante organique 14 est de préférence composée de deux couches isolantes. Une première couche isolante organique est composée de polymère, tel que du poly(2-hydroxyéthyl méthacrylate) désigné PHEMA. Cette première couche organique est disposée sur la couche semi-conductrice 13 en ayant un bon comportement isolant. Une seconde couche organique est composée de poly(2-hydroxyéthyl méthacrylate) réticulé désigné xl-PHEMA. Pendant la polymérisation à basse température, la seconde couche organique est réticulée par un agent réticulant, qui peut être du poly(mélamine-co-formaldéhyde) (PMF). Toutefois d'autres agents réticulant peuvent être imaginés. Cette seconde couche organique est placée sur la première couche organique pour la protéger du ou des solvants utilisés lors du dépôt de la seconde couche d'alignement en polyimide 6. Pour la réalisation de certaines couches organiques des transistors à couches minces, il peut être envisagé d'imprimer ces couches par une technique héliographique, qui est plus rapide qu'une technique par jet d'encre. Dans le cas où la couche isolante organique est composée de poly(2-hydroxyéthyl méthacrylate) réticulé, cela peut permettre de garantir un bon comportement mécanique pour une impression en creux au moyen d'une encre conductrice de la couche de grille de chaque transistor.

Le dispositif d'affichage peut être un dispositif à cristaux liquides du type nématique en hélice (TN ou STN), du type à texture cholesterique (CT), un dispositif d'affichage bistable à cristaux liquides (ZBD, Nemoptic ou autres), un dispositif d'affichage électrolytique, un dispositif d'affichage électrochromique bistable, un dispositif d'affichage électrophorétique, un dispositif d'affichage à électromouillage, un dispositif d'affichage à polymère dispersé (PDLC), un dispositif d'affichage à commutation dans le plan (IPS), un dispositif d'affichage à modulation d'interférence (IMOD), un dispositif d'affichage à diodes électroluminescentes organiques (OLED), ou d'autres dispositifs d'affichage.

A partir de la description qui vient d'être faite, plusieurs variantes du dispositif d'affichage à matrice active peuvent être conçues par l'homme du métier sans sortir du cadre de l'invention définie par les revendications. L'agencement des couches de chaque partie des transistors à couches minces peut être réalisé différemment. Il peut être prévu pour chaque transistor de la matrice active, de réaliser la grille, le drain et la source au- dessous ou au-dessus de la couche semi-conductrice, ou de réaliser la grille au-dessous de la couche semi-conductrice et le drain et la source au- dessus de la couche semi-conductrice. Il peut être prévu de placer la matrice d'électrodes transparentes avec les transistors à couches minces sur la face intérieure du substrat supérieur transparent. Chaque substrat peut également être du verre. L'opération par réticulation de la couche isolante organique peut être effectuée par un traitement à l'ultraviolet ou par un traitement thermique.