FR2788349A1 - Production method for liquid crystal cell, comprising thinning by polishing at least one side plate enclosing liquid crystal by processing between two parallel supports, at least one abrasive - Google Patents
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Abstract
Description
ii
PROCEDE DE REALISATION D'UNE CELLULE A CRISTAL LIQUIDE, PROCESS FOR PRODUCING A LIQUID CRYSTAL CELL
CELLULE A CRISTAL LIQUIDE ET CARTE A PUCE INTEGRANT UNE LIQUID CRYSTAL CELL AND CHIP CARD INCORPORATING A
TELLE CELLULESuch a cell
L'invention est applicable à la réalisation de cellules à cristal liquide à lames minces et son application à la visualisation, le traitement de faisceaux lasers, la photolithographie UV et l'affichage d'information sur The invention is applicable to the production of thin-film liquid crystal cells and its application to visualization, laser beam processing, UV photolithography and the display of information on
cartes à puces.smart cards.
Les matrices à cristal liquide (LCD) sont généralement constituées de deux lames de verre dont l'épaisseur est de l'ordre de 1 mm et séparées de quelques micromètres à l'aide de cales d'épaisseur Liquid crystal matrices (LCD) generally consist of two glass slides whose thickness is of the order of 1 mm and separated by a few micrometers using shims thick
permettant de limiter l'espace occupé par le cristal liquide. to limit the space occupied by the liquid crystal.
Certaines de ces matrices de type " Actif " sont de plus en plus utilisées pour leurs bonnes performances électrooptiques. Dans ces matrices, un transistor MOS est placé à chaque intersection entre lignes et colonnes, ces dernières étant métallisées. Il en résulte que le rapport entre la surface utile pour la modulation électrooptique et la surface totale de chaque pixel est considérablement réduit, environ 25 % ou moins pour des pas de 50 pm par exemple. Dans le schéma des figures 1 et 2, on a donc les Some of these "Active" type matrices are increasingly used for their good electro-optical performance. In these matrices, a MOS transistor is placed at each intersection between lines and columns, the latter being metallized. As a result, the ratio between the effective area for the electro-optical modulation and the total area of each pixel is considerably reduced, about 25% or less for steps of 50 μm for example. In the diagram of Figures 1 and 2, we therefore have the
valeurs typiques suivantes: p = 50 pm, a = 25 pm et d = 1 mm. typical values: p = 50 μm, a = 25 μm and d = 1 mm.
Dans des domaines comme la visualisation o l'efficacité lumineuse est déterminante pour le système, la mise en oeuvre d'une microlentille devant chaque pixel permet a priori un gain important en transmission. Nous calculons ci-après les limitations physiques dues In areas such as visualization where the luminous efficiency is decisive for the system, the implementation of a microlens before each pixel a priori allows a significant gain in transmission. We calculate below the physical limitations due
respectivement à la diffraction et à la géométrie. respectively diffraction and geometry.
Pour une source monochromatique à la longueur d'onde X, l'élargissement dû à la diffraction au niveau du plan focal est k.d/n.p. Pour transmettre le lobe de diffraction principal, il faut For a monochromatic source at the wavelength X, the diffraction widening at the focal plane is k.d / n.p. To transmit the main diffraction lobe, it is necessary to
donc respecter la condition X.d/n.p < a/2 soit d < a.n.p/2.X. therefore respect the condition X.d / n.p <a / 2 be d <a.n.p / 2.X.
d <1 mmpour n = 1.5, p = 50 pm, a = 25 pmet X = 0.6 pm Pour une source caractérisée par une étendue géométrique " Es " avec un faisceau de dimension D, pour que l'élargissement soit contenu dans l'ouverture du pixel, il faut respecter la condition d < (a.n.DVi) / (2 /Es) soit Es (mm2sr) 10 50 100 dmx(pm) 500 230 165 En visualisation et plus particulièrement en projection à cristal liquide, une technique consiste à utiliser des lames plus fines que 500 pm avec des sources à très faible étendue géométrique. Les inconvénients de cette solution sont essentiellement d'ordre technologique car il est difficile de manipuler des plaques de grande dimension (300 à 400 mm de côté ou plus) et d'aussi faible épaisseur au cours des nombreuses opérations de dépôt, photolithographie, gravure, traitement thermique, frottement, d <1 mm for n = 1.5, p = 50 μm, a = 25 pmet X = 0.6 μm For a source characterized by a geometric extent "Es" with a beam of dimension D, so that the enlargement is contained in the opening of the pixel, it is necessary to respect the condition d <(anDVi) / (2 / Es) is Es (mm2sr) 10 50 100 dmx (pm) 500 230 165 In visualization and more particularly in projection with liquid crystal, a technique consists in use blades thinner than 500 μm with sources of very small geometric extent. The disadvantages of this solution are essentially technological because it is difficult to handle large plates (300 to 400 mm or more) and of such a small thickness during the many deposition operations, photolithography, etching, heat treatment, friction,
l0 assemblage et découpe.10 assembly and cutting.
De plus, cette solution n'optimise pas parfaitement la transmission du flux de la source dont l'étendue géométrique augmente lorsque celle-ci Moreover, this solution does not perfectly optimize the transmission of the flux of the source whose geometric extent increases when it
accumule un grand nombre d'heures de fonctionnement. accumulates a large number of hours of operation.
Pour d'autres applications o il est souhaitable d'avoir une très grande concentration de la lumière, pour effectuer de la sur-résolution par exemple, le seul moyen consiste à masquer davantage le plan d'électrode au prix d'une perte importante de flux. Par exemple, avec une source de 10 mm2sr avec une épaisseur d = 500 pm, le diamètre minimum de la tache For other applications where it is desirable to have a very large concentration of light, to effect over-resolution, for example, the only way is to further mask the electrode plane at the cost of a significant loss of light. flux. For example, with a source of 10 mm2sr with a thickness d = 500 pm, the minimum diameter of the spot
focale est de 15 pm soit le tiers du pas environ. focal length is 15 pm, or about one third of the pitch.
A notre connaissance, il n'existe pas à ce jour de composants électrooptiques mettant en oeuvre des empilements de plusieurs couches de cristal liquide bien que cette perspective soit très intéressante. La raison est sans doute liée à la complexité technologique couramment admise pour ce To our knowledge, there are currently no electro-optical components using stacks of several layers of liquid crystal although this perspective is very interesting. The reason is undoubtedly linked to the technological complexity commonly accepted for this
genre de composants.kind of components.
Par ailleurs, la réalisation d'un écran à cristal liquide comportant un empilement de plusieurs cellules (pour la visualisation en couleurs par exemple) est difficile à réaliser en raison des épaisseurs importantes des Moreover, the realization of a liquid crystal screen comprising a stack of several cells (for color visualization for example) is difficult to achieve because of the significant thicknesses of the
lames de verre des cellules.glass slides of the cells.
L'invention permet de résoudre ces différents problèmes. The invention solves these various problems.
L'invention concerne donc un procédé de réalisation d'un écran à cristal liquide comprenant des étapes de réalisation d'une cellule comportant deux plaques enserrant un cristal liquide, les faces des plaques en contact avec le cristal liquide étant munies d'électrodes, caractérisé en ce qu'il comporte ensuite une étape d'amincissement d'une au moins desdites The invention therefore relates to a method for producing a liquid crystal screen comprising steps for producing a cell comprising two plates enclosing a liquid crystal, the faces of the plates in contact with the liquid crystal being provided with electrodes, characterized in that it then comprises a step of thinning at least one of said
plaques.plates.
L'invention concerne également une cellule à cristal liquide comportant deux lames enserrant un cristal liquide, les faces des lames en contact avec le cristal liquide portant des électrodes, caractérisée en ce que l'épaisseur de l'une au moins des deux lames est de l'ordre ou inférieure à 300 pm. La rigidité mécanique des écrans LCD de l'état de l'art empêche de The invention also relates to a liquid crystal cell comprising two blades enclosing a liquid crystal, the faces of the blades in contact with the liquid crystal carrying electrodes, characterized in that the thickness of at least one of the two blades is order or less than 300 pm. The mechanical rigidity of state-of-the-art LCDs prevents
les intégrer sur une carte à puce. integrate them on a smart card.
L'invention concerne donc également une carte à puce comprenant un circuit électronique, caractérisé en ce qu'il comporte une cellule collée à une des faces de la carte ou moulée dans la carte, des The invention therefore also relates to a smart card comprising an electronic circuit, characterized in that it comprises a cell glued to one of the faces of the card or molded in the card,
l0 connexions électriques connectant la cellule aux circuits électroniques. 10 electrical connections connecting the cell to the electronic circuits.
Les différents objets et caractéristiques de l'invention apparaîtront The different objects and features of the invention will appear
plus clairement dans la description qui va suivre faite à titre d'exemple et more clearly in the following description given by way of example and
dans les figures annexées qui représentent: - les figures 1 et 2, des écrans à cristaux liquides tels que ceux connus dans la technique; - la figure 3, un exemple du procédé de réalisation de l'invention; - les figures 4a, 4b et 5, des variantes du procédé de l'invention; - les figures 6a et 6b, une cellule à cristal liquide selon I'invention munie sur une face d'une matrice de micro- lentilles; - les figures 7a et 7b, un empilement de plusieurs cellules à cristal liquide selon l'invention; - la figure 8, un système trichrome utilisant trois cellules à cristal liquide; - la figure 9, une illustration du champ angulaire d'une matrice à cristal liquide; - les figures 10 et 11, des systèmes utilisant des lames possédant des structures guides d'ondes; - la figure 12, un système d'écran utilisant un dispositif à commande tactile; - la figure 13, I'application de l'invention à un modulateur de phase et d'amplitude; les figures 14a et 14b, des variantes de réalisation de l'invention; - les figures 15a et 15b, une matrice à cristal liquide utilisable dans des technologies de fabrication en micro-électronique; - les figures 16a et 16b, l'application de l'invention à une carte in the appended figures which represent: FIGS. 1 and 2, liquid crystal screens such as those known in the art; FIG. 3, an example of the embodiment method of the invention; FIGS. 4a, 4b and 5, variants of the method of the invention; FIGS. 6a and 6b, a liquid crystal cell according to the invention provided on one side with a matrix of microlenses; FIGS. 7a and 7b, a stack of several liquid crystal cells according to the invention; - Figure 8, a trichromatic system using three liquid crystal cells; FIG. 9, an illustration of the angular field of a liquid crystal matrix; - Figures 10 and 11, systems using blades having waveguide structures; - Figure 12, a screen system using a touch control device; FIG. 13, the application of the invention to a phase and amplitude modulator; Figures 14a and 14b, alternative embodiments of the invention; FIGS. 15a and 15b, a liquid crystal matrix that can be used in microelectronic manufacturing technologies; FIGS. 16a and 16b, the application of the invention to a card
de type carte à puce.smart card type.
En se reportant à la figure 3, on va décrire un exemple du Referring to Figure 3, we will describe an example of
procédé de réalisation de l'invention. method of carrying out the invention.
Ayant réalisé selon une technique connue, une cellule à cristal liquide telle que représentée en figure 3 et comportant deux lames 1 et 3, dont l'une au moins est transparente, qui enserrent un cristal liquide 2. Les lo deux lames sont scellées entre elles et la cellule forme donc un ensemble rigide. Selon l'invention, l'une au moins des lames 1 par exemple est ensuite Having realized according to a known technique, a liquid crystal cell as shown in Figure 3 and having two blades 1 and 3, at least one of which is transparent, which enclose a liquid crystal 2. The two blades are sealed together and the cell thus forms a rigid set. According to the invention, at least one of the blades 1 for example is then
rectifiée à la meule, puis polie de façon à amincir l'épaisseur de la lame. grinded and polished to thin the thickness of the blade.
Selon la figure 3, la lame 3 de la cellule à cristal liquide est fixée, par collage par exemple, à une pièce support 4 permettant la manipulation de la cellule. L'ensemble est appliqué par la face extérieure de la lame 1 de la cellule à une surface 15 d'une pièce d'usinage 5. Cette surface 15 comporte un abrasif. La surface 15 est alors animée d'un mouvement de déplacement (de rotation par exemple) par rapport à la cellule tandis qu'une pression est exercée sur la pièce 4 de façon à appliquer la cellule contre la surface 15. La lame 1 est ainsi amincie jusqu'à atteindre la ligne en pointillés 11. Ensuite la pièce support 4 peut être enlevée. Par exemple, si la pièce support 4 avait été fixée à la lame 3 par thermo-collage; la pièce support 4 peut être enlevée par chauffage de l'ensemble ou par attaque According to Figure 3, the blade 3 of the liquid crystal cell is fixed, for example by gluing, to a support part 4 for handling the cell. The assembly is applied by the outer face of the blade 1 of the cell to a surface 15 of a workpiece 5. This surface 15 comprises an abrasive. The surface 15 is then animated by a displacement movement (of rotation for example) relative to the cell while a pressure is exerted on the part 4 so as to apply the cell against the surface 15. The blade 1 is thus thinned until reaching the dashed line 11. Then the support piece 4 can be removed. For example, if the support piece 4 had been fixed to the blade 3 by thermo-bonding; the support part 4 can be removed by heating the assembly or by attack
chimique de la colle.chemical glue.
La figure 4a représente une variante du procédé selon laquelle une pièce d'usure 7 est fixée à la lame 3. L'ensemble est placé entre deux surfaces d'usinage 15 et 18 de deux pièces d'usinage 5 et 8. Une pression est exercée sur la pièce 8 de façon à serrer la cellule entre les deux surfaces 15 et 18. Les deux pièces d'usinage sont animées d'un mouvement relatif parallèle l'une par rapport à l'autre de façon que les surfaces d'usinage 15 et 18 provoquent l'amincissement de la lame 1 et de la pièce d'usure 7. La lame 1 est amincie jusqu'à atteindre la ligne pointillée 11 et la FIG. 4a shows a variant of the method according to which a wear part 7 is fixed to the blade 3. The assembly is placed between two machining surfaces 15 and 18 of two machining parts 5 and 8. A pressure is applied to the part 8 so as to clamp the cell between the two surfaces 15 and 18. The two machining parts are driven relative movement parallel to each other so that the machining surfaces. 15 and 18 cause thinning of the blade 1 and the wear part 7. The blade 1 is thinned until it reaches the dotted line 11 and the
pièce d'usure 7 est amincie jusqu'à atteindre la ligne pointillée 17. wear part 7 is thinned until reaching the dotted line 17.
Selon la figure 4b, la cellule à cristal liquide est placée directement entre les surface d'usinage 15 et 18 des pièces 5 et 8 sans utilisation de pièce d'usure 7. Dans ces conditions, lors de l'usinage les deux According to FIG. 4b, the liquid crystal cell is placed directly between the machining surfaces 15 and 18 of the parts 5 and 8 without the use of a wear part 7. Under these conditions, during machining both
lames 1 et 3 sont amincies jusqu'à atteindre les lignes pointillées 11 et 13. Blades 1 and 3 are thinned until reaching the dotted lines 11 and 13.
Des réalisations pratiques ont montré qu'une épaisseur très inférieure à 300 pm, par exemple 200 pm, a été obtenue sur une lame d'un écran de 2,2 pouces de diagonale 1024x1024 pixels sans détérioration puisqu'un fonctionnement électrooptique normal a été constaté après reconnexion électrique et test de l'écran. Un amincissement à 60 pm + 3 pm Practical achievements have shown that a thickness much less than 300 μm, for example 200 μm, was obtained on a blade of a 2.2 inch diagonal screen 1024 × 1024 pixels without deterioration since a normal electrooptical operation was found after electrical reconnection and screen test. Thinning at 60 pm + 3 pm
a également été obtenu par ce procédé. was also obtained by this method.
Cette épaisseur n'est peut être pas encore la limite ultime. Il faut considérer d'une part que les cales d'épaisseur sont très rapprochées, au pas des pixels par exemple. D'autre part, on constate que l'opération d'amincissement se faisant en présence du cristal liquide, celui-ci contribue This thickness may not be the ultimate limit yet. It must be considered on the one hand that the thickness shims are very close together, at the pitch of the pixels for example. On the other hand, it is noted that the thinning operation is done in the presence of the liquid crystal, it contributes
à la tenue mécanique des lames de verre. the mechanical strength of the glass slides.
En utilisant le procédé de la figure 4a, on a obtenu sur des matrices 1, 4" à circuit de commande intégré des épaisseur de 150 pm à + pm. Un tel procédé est bien adapté pour la production de grandes séries, plusieurs matrices pouvant être traitées simultanément. L'amincissement d'autres matériaux que le verre comme contre-électrode ou matrice active peut être envisagé: Silice, Germanium, Silicium, BSO, plastique... afin de réaliser des modulateurs électrooptiques dans les bandes optiques autres que le visible: Ultraviolet (UV), Infrarouge (IR) Bandes 1, 2 ou 3 ou avec Using the method of FIG. 4a, thicknesses of 150 μm to + μm have been obtained on matrices 1, 4 "with an integrated control circuit, and such a method is well suited for the production of large series, since several matrices can be The thinning of materials other than glass as counter-electrode or active matrix can be envisaged: Silica, Germanium, Silicon, BSO, plastic ... in order to produce electrooptical modulators in optical bands other than visible : Ultraviolet (UV), Infrared (IR) Bands 1, 2 or 3 or with
des propriétés mécaniques différentes (plastique). different mechanical properties (plastic).
Dans ce qui précède, l'usinage de la ou des lames peut être complété par un polissage à l'aide d'une surface couverte d'un tissu d'alumine. La figure 5 représente une autre méthode pour amincir les deux plaques d'une cellule LCD. Pour cela, on amincit une première plaque 1, celle par exemple portant la contre-électrode de la cellule. Cet In the foregoing, the machining of the blade (s) may be completed by polishing with the aid of a surface covered with an alumina fabric. Figure 5 shows another method for thinning the two plates of an LCD cell. For this purpose, a first plate 1 is thinned, for example that carrying the counter-electrode of the cell. This
amincissement se fait par exemple comme cela est représenté en figure 3. thinning is done for example as shown in Figure 3.
Ensuite, on colle une cale 9 à la plaque 1 qui vient d'être amincie. Then, stick a shim 9 to the plate 1 which has been thinned.
Puis on place l'ensemble entre les pièces d'usinage 5 et 8 de façon à Then we place the assembly between the machining parts 5 and 8 so as to
amincir la deuxième plaque 3 de la cellule LCD. Enfin, on enlève la cale 9. thin the second plate 3 of the LCD cell. Finally, remove the hold 9.
Une fois la matrice LCD amincie sur l'une ou ses deux faces, l'invention prévoit de réaliser une matrice de microlentilles alignée puis collée. Une technique plus élaborée consiste à répliquer directement le microrelief sur la lame amincie de la cellule à l'aide d'un polymère photo ou thermo réticulable. Matrice de microlentilles et cellule LCD sont alors parfaitement intégrées facilitant ainsi leur mise en oeuvre dans des Once the LCD matrix is thinned on one or both sides, the invention provides for producing a matrix of microlenses aligned and glued. A more elaborate technique consists in directly replicating the microrelief on the thinned blade of the cell using a photo-polymer or thermo-crosslinkable polymer. Microlens matrix and LCD cell are then perfectly integrated facilitating their implementation in
empilements multicouches très compacts notamment. very compact multilayer stacks in particular.
Les deux méthodes d'assemblage sont envisageables: Report d'une matrice de microlentilles 20 existante au contact de la matrice LCD du côté de la lame de contre-électrode 3 The two methods of assembly are conceivable: Transfer of an existing microlens matrix 20 in contact with the LCD matrix on the side of the counterelectrode plate 3
amincie, ajustement spatial et collage (figure 6a). thinned, spatial fit and collage (Figure 6a).
Moulage des microlentilles 20 sur une couche de polymère photoréticulable déposée sur la face externe de la lame de Molding microlenses 20 on a photocrosslinkable polymer layer deposited on the outer face of the blade of
contre-électrode 3 (figure 6b).against electrode 3 (Figure 6b).
Dans les deux cas, il est nécessaire d'aligner précisément les deux matrices, à une fraction de pixel de la cellule LCD près. Pour cela, une machine de positionnement analogue à celle employée pour superposer des masques sur une plaque de silicium lors de l'élaboration d'un circuit intégré In both cases, it is necessary to precisely align the two arrays, at a fraction of a pixel of the LCD cell near. For this, a positioning machine similar to that used to superpose masks on a silicon wafer during the development of an integrated circuit
peut être utilisée.can be used.
Dans le cas de la réalisation de la figure 6a, une source d'éclairage collimatée permet de visualiser les foyers des différentes microlentilles qu'il faut ajuster au centre des pixels de la cellule LCD. Une fois ce positionnement obtenu, une pression est appliquée pour immobiliser les deux pièces ensemble pendant le collage stimulé thermiquement ou par In the case of the embodiment of FIG. 6a, a collimated light source makes it possible to display the foci of the different microlenses that must be adjusted in the center of the pixels of the LCD cell. Once this positioning is obtained, a pressure is applied to immobilize the two parts together during the thermally stimulated bonding or by
ultraviolet.ultraviolet.
Dans le cas du moulage (figure 6b), le rayon de courbure R de la microlentille pour une distance focale f dans le milieu d'indice n est R = (n-1)*f/n soit environ R = f/3 avec du verre (n=1,5). Pour une pupille 4) de microlentille, I'épaisseur à graver est alors e = VI/8R soit e = 3 pm pour 4) = In the case of molding (FIG. 6b), the radius of curvature R of the microlens for a focal length f in the medium of index n is R = (n-1) * f / n, ie approximately R = f / 3 with glass (n = 1.5). For a pupil 4) of microlens, the thickness to be engraved is then e = VI / 8R is e = 3 pm for 4) =
40 pm et une focale f de 200 pm.40 μm and a focal length of 200 μm.
La possibilité d'amincir la contre-électrode et/ou la matrice d'une matrice LCD permet aussi d'envisager des assemblages multicouches à The possibility of thinning the counter-electrode and / or the matrix of an LCD matrix also makes it possible to envisage multilayer assemblies with
cristal liquide offrant de nombreux avantages par rapport à l'état de l'art. liquid crystal offering many advantages over the state of the art.
Nous exposons ci-après les principes de tels assemblages de plusieurs We explain below the principles of such assemblages of several
cellules LCD.LCD cells.
Le procédé suivant décrit comment réaliser un tel assemblage de deux cellules LCD pour obtenir un composant tel que représenté en figure 7a. Les plaques (3, 3') des deux cellules portant les contre-électrodes sont tout d'abord amincies. Ensuite, on réalise les connexions électriques des matrices actives situées sur les plaques 1,1'. On accole ensuite les deux plaques 3, 3' et on les positionne de façon à faire coïncider les pixels des deux cellules. Ensuite, on réalise l'assemblage par collage des deux plaques The following method describes how to make such an assembly of two LCD cells to obtain a component as shown in FIG. 7a. The plates (3, 3 ') of the two cells carrying the counter-electrodes are first thinned. Then, the electrical connections of the active matrices located on the plates 1, 1 'are made. The two plates 3, 3 'are then joined and positioned in such a way as to make the pixels of the two cells coincide. Then, the assembly is carried out by gluing the two plates
3 et 3'.3 and 3 '.
La figure 7b représente l'assemblage de trois cellules LCD1, FIG. 7b shows the assembly of three LCD1 cells,
LCD2, LCD3.LCD2, LCD3.
Un tel assemblage se fera par exemple en suivant le procédé suivant Amincissement de la plaque 3 de la contre-électrode de la Such an assembly will be done for example by following the following method Thinning of the plate 3 of the counter-electrode of the
cellule LCD1.LCD1 cell.
À Connexion électrique de la matrice active de cette cellule LCD1. * Amincissement de la plaque 3' de la contre-électrode de la To Electrical connection of the active matrix of this LCD1 cell. * Thinning of the plate 3 'of the counter-electrode of the
cellule LCD2.LCD2 cell.
À Amincissement de la plaque 1' de la matrice active de la cellule LCD2. * Positionnement et collage de la cellule LCD2 contre la cellule LCD1 avec la plaque 1' de la matrice active LCD2 collée à la Thinning of the plate 1 'of the active matrix of the LCD2 cell. * Positioning and gluing of the LCD2 cell against the LCD1 cell with the plate 1 'of the active matrix LCD2 glued to the
plaque 3 de LCD1.plate 3 of LCD1.
25. Connexion électrique de la matrice active de la cellule LCD2. 25. Electrical connection of the active matrix of the LCD2 cell.
À Amincissement de la plaque 3" de la contre-électrode de la Thinning plate 3 "of the counter-electrode of the
cellule LCD3.LCD3 cell.
Positionnement et collage de la cellule LCD3 contre la cellule LCD2. Positioning and gluing the LCD3 cell against the LCD2 cell.
* Connexion électrique de la cellule LCD3. * Electrical connection of the LCD3 cell.
L'encapsulation de composants réfractifs (microlentilles) ou polarisants peut être faite entre les cellules LCD pour constituer des The encapsulation of refractive components (microlenses) or polarizing can be made between the LCD cells to constitute
fonctions plus élaborées.more elaborate functions.
Des matrices LCD à plaque de contre-électrode mince avec microlentilles telles que celles décrites sur les figures 6a, 6b sont utilisables dans un projecteur à trois plans RVB (figure 8). Le report ou le moulage des microlentilles à proximité des pixels (environ 100 pm) permet de centrer le faisceau collimaté issu de la source de la lumière avec un grand champ angulaire de l'ordre de 10 de part et d'autre de l'axe. Un gain en efficacité lumineuse de l'ordre de 1,5 peut ainsi être obtenu avec les sources et Thin counter electrode plate LCD matrices with microlenses such as those depicted in FIGS. 6a, 6b can be used in a three-plane RGB projector (FIG. 8). The postponement or molding of the microlenses near the pixels (approximately 100 μm) makes it possible to center the collimated beam from the source of the light with a large angular field of the order of 10 on either side of the axis. . A gain in luminous efficiency of the order of 1.5 can thus be obtained with the sources and
cellules LCD généralement utilisées (Es entre 100 et 100 mm2sr). LCD cells generally used (Es between 100 and 100 mm2sr).
Le champ angulaire des matrices LCD: 8a = + na/2h (figure 9). The angular field of the LCD matrices: 8a = + na / 2h (FIG. 9).
Une telle configuration a pour effet d'augmenter l'ouverture requise au niveau de l'objectif de la même quantité 8c d'o un surcoût pour ce composant qui représente une grande partie du coût de l'ensemble d'un projecteur. Aussi, pour augmenter encore le gain en efficacité lumineuse ou réduire le coût, I'invention prévoit d'utiliser une matrice de microguides 40 et 41 sur chaque face de la matrice de manière à canaliser le flux lumineux Such a configuration has the effect of increasing the aperture required at the lens of the same amount 8c o an additional cost for this component which represents a large part of the cost of the entire projector. Also, to further increase the gain in light efficiency or to reduce the cost, the invention provides to use a matrix of microguides 40 and 41 on each side of the matrix so as to channel the luminous flux.
dans la zone utile du pixel comme cela est décrit dans la figure 10. in the useful area of the pixel as described in Figure 10.
L'ouverture d'un microguide délimité par les indices n1 et n2 est ao = + n2 arcos (nl/n2) soit 35 pour n. = 1,52 (polyacrylate) et n2 = 1,63 The opening of a microguide delimited by the indices n1 and n2 is ao = + n2 arcos (n1 / n2), ie 35 for n. = 1.52 (polyacrylate) and n2 = 1.63
(polysulfone) par exemple.(polysulfone) for example.
Pour faciliter la réalisation des systèmes de visualisation en projection ou en vision directe, la technique d'amincissement peut aussi être mise à profit pour empiler 3 cellules LCD. Il est alors nécessaire de prévoir un système d'imagerie pixel à pixel (au moins dans le cas de la projection) à microguides et d'insérer entre chaque matrice des polariseurs soustractifs (Magenta " M ", Cyan " C " et Jaune " J "). La figure 11 montre comment To facilitate the realization of visualization systems projection or direct vision, the thinning technique can also be used to stack 3 LCD cells. It is then necessary to provide a pixel-to-pixel imaging system (at least in the case of projection) with microguides and to insert subtractive polarizers between each matrix (Magenta "M", Cyan "C" and Yellow "J"). "). Figure 11 shows how
ces différents éléments pourraient être disposés. these different elements could be arranged.
Les cellules LCD1, LCD2, LCD3 sont en mode " Twisté " ou " Parallèle X/2 " pour contrôler la rotation du plan de polarisation par rapport aux trois polariseurs soustractifs M, C et J avec la tension appliquée sur chaque pixel. Après la traversée de l'empilement, une image en couleurs The cells LCD1, LCD2, LCD3 are in "Twisted" or "Parallel X / 2" mode to control the rotation of the plane of polarization with respect to the three subtractive polarizers M, C and J with the voltage applied to each pixel. After crossing the stack, a color image
est obtenue.is obtained.
Une variante de cette structure consiste à utiliser des cellules A variant of this structure is to use cells
LCD successives pour augmenter les niveaux de gris au besoin. Successive LCDs to increase gray levels as needed.
Le procédé de réalisation d'un tel ensemble peut être le suivant: Amincissement des plaques de contre-électrodes des cellules The method for producing such an assembly may be the following: Thinning of the counter electrode plates of the cells
LCD1, LCD2, LCD3.LCD1, LCD2, LCD3.
À Positionnement et collage des matrices de microguides sur les Positioning and gluing microguide arrays on
faces amincies.thinned faces.
À Amincissement des plaques des matrices actives des cellules At thinning of plates of active matrices of cells
LCD1 à LCD3.LCD1 to LCD3.
* Collage des polariseurs d'entrée (P), Magenta (M), Cyan (C) et * Bonding input polarizers (P), Magenta (M), Cyan (C) and
Jaune (J) chacun à une cellule.Yellow (J) each to a cell.
À Positionnement et collage des trois éléments pour former le bloc RVB tel que représenté en figure 11. L'épaisseur d'un Positioning and gluing the three elements to form the RGB block as shown in Figure 11. The thickness of a
ensemble peut faire moins de 3 mm.together can be less than 3 mm.
l o L'invention est applicable dans les systèmes de visualisation directe dotés de fonctions tactiles de type " Clavier " ou tablette à digitaliser. Dans ces systèmes, I'épaisseur généralement importante du verre introduit un défaut de parallaxe. L'amincissement, à une épaisseur h, de la plaque de contre-électrode 3 permet de supprimer ce défaut comme le The invention is applicable in direct display systems with touch-type functions "keyboard" or tablet digitizer. In these systems, the generally large thickness of the glass introduces a parallax defect. Thinning, at a thickness h, of the counterelectrode plate 3 makes it possible to eliminate this defect as the
montre la figure 12.shows figure 12.
Le défaut de parallaxe 6 dépend de l'angle d'incidence i du The parallax 6 defect depends on the angle of incidence i of the
" stylo " et s'exprime par la relation suivante: 6 = h tgr avec sini = nsinr. "pen" and is expressed by the following relation: 6 = h tgr with sini = nsinr.
Par exemple, pour une incidence i = 45 dans du verre (n = 1,5) on peut avoir les valeurs suivantes: hpm I 1 200 5001 00 1 100 6 m 53 107 265 583 L'invention est également applicable à la réalisation d'un modulateur de phase et d'amplitude par l'association de deux cellules LCD1 et LCD2. Elle est utilisable dans un corrélateur optique par exemple. Une configuration bi-couche telle que celle détaillée sur la figure 7a est parfaitement adaptée à cette fonction. La figure 13 indique les orientations For example, for an incidence i = 45 in glass (n = 1.5), the following values can be obtained: hpm I 1 200 5001 00 1 100 6 m 53 107 265 583 The invention is also applicable to the production of a modulator of phase and amplitude by the association of two cells LCD1 and LCD2. It can be used in an optical correlator for example. A two-layer configuration such as that detailed in FIG. 7a is perfectly adapted to this function. Figure 13 shows the directions
du polariseur et de cristal liquide des cellules. polarizer and liquid crystal cells.
La génération d'une image cohérente se fait à partir d'une onde plane incidente sur le modulateur spatial. L'épaisseur h des plaques de contre-électrodes peut ainsi être estimée en évaluant la diffraction d'un pixel sur la distance 2h. Soit " hmax " l'épaisseur maximale, " a " le côté de la zone utile du pixel, la condition sur l'épaisseur pour que le lobe principal de diffraction soit contenu dans le pixel suivant est: hmax,=na2/4X soit hma,=400 pm pour a=30pm et;=0,85 pm, ou hmax=100 pm pour a = 15 pm au même x Pour un meilleur couplage entre les deux cellules LCD, une matrice de microlentilles peut être placée à l'interface pour assurer l'imagerie de pixel à pixel. Ces microlentilles doivent alors être constituées d'un milieu d'indice n2 supérieur à l'indice n du verre et avoir une focale f The generation of a coherent image is made from a plane wave incident on the spatial modulator. The thickness h of the counter electrode plates can thus be estimated by evaluating the diffraction of a pixel over the distance 2h. Let "hmax" be the maximum thickness, "a" the side of the useful area of the pixel, the condition on the thickness so that the main diffraction lobe is contained in the following pixel is: hmax, = na2 / 4X or hma , = 400 pm for a = 30pm and = 0.85 pm, or hmax = 100 pm for a = 15 pm at the same x For better coupling between the two LCD cells, a matrix of microlenses can be placed at the interface to provide pixel-to-pixel imagery. These microlenses must then consist of a medium of index n2 greater than the index n of the glass and have a focal length f
telle que h = 2f pour faire l'image d'un pixel du LCD1 sur le LCD2. such that h = 2f to image a pixel of LCD1 on LCD2.
o10 Le cristal liquide de la cellule LCD1 servant de modulateur de phase, est aligné parallèlement à la direction de polarisation du polariseur P. Pour la cellule LCD2 servant de modulateur d'amplitude, le cristal liquide est parallèle (nématique twisté) ou à 45 (biréfringence électriquement contrôlée) de la direction de polarisation du polariseur P. Il s'agit principalement de l'apodisation en phase ou en amplitude des faisceaux, de leur déflexion 1 D ou 2D et de la correction de front d'onde bidimensionnelle. Pour l'apodisation, la configuration décrite par la figure 13 peut convenir telle quelle mais peut aussi être complétée avec une troisième cellule LCD modulant l'amplitude pour augmenter le nombre de niveaux de gris à 10 ou 12 bits par exemple sachant qu'une matrice LCD est limitée à 8 bits. Pour la fonction de déflexion, une structure de phase blasée, rampe 0-2it à N niveaux permet une efficacité lIlo=sin2(n/N)/(7c/N)2. Pour obtenir N niveaux, il faut seulement M couches de cristal liquide si les niveaux de phase de chaque couche sont en progression géométrique de raison 2, la relation entre N et M est N=2M. Le tableau ci-dessous indique comment évolue l'efficacité en fonction du nombre de couches: The liquid crystal of the LCD1 cell serving as a phase modulator is aligned parallel to the polarization direction of the polarizer P. For the LCD2 cell serving as an amplitude modulator, the liquid crystal is parallel (twisted nematic) or at 45 ( electrically controlled birefringence) of the polarization direction of the polarizer P. This mainly concerns the phase or amplitude apodization of the beams, their 1D or 2D deflection and the two-dimensional wavefront correction. For apodization, the configuration described in FIG. 13 may be suitable as it is but may also be supplemented with a third amplitude-modulating LCD cell to increase the number of gray levels to 10 or 12 bits, for example, knowing that a matrix LCD is limited to 8 bits. For the deflection function, a blased phase structure, ramp 0-2it at N levels allows efficiency lIlo = sin2 (n / N) / (7c / N) 2. To obtain N levels, only M liquid crystal layers are needed if the phase levels of each layer are in geometric progression of reason 2, the relation between N and M is N = 2M. The table below shows how efficiency changes with the number of layers:
M 2 3 4 5M 2 3 4 5
N 4 8 16 25N 4 8 16 25
1/10o 81% 95% 98.7 % 99.5 % Ainsi, les variations de phase pour un empilement à 3 couches par exemple sont respectivement: 7, t/2 et n/4. Avec une longueur d'onde de fonctionnement à x = 1.06 pm et un cristal liquide de An = 0.1, il faut en 1 / 10o 81% 95% 98.7% 99.5% Thus, the phase variations for a stack with 3 layers for example are respectively 7, t / 2 and n / 4. With an operating wavelength at x = 1.06 μm and a liquid crystal of An = 0.1, it is necessary to
pratique des épaisseurs respectivement de 5 pm, 3 pm et 2 pm. practice thicknesses of 5 pm, 3 pm and 2 pm respectively.
L'espacement entre les différentes couches de cristal liquide est comme précédemment régi par la loi de diffraction: hma,,=na2/4; soit par exemple hm,,ax=320 pm pour a = 30 pm et X = 1.06 pm. Une épaisseur de 150 The spacing between the different liquid crystal layers is as previously governed by the diffraction law: hma ,, = na2 / 4; for example, hm ,, ax = 320 pm for a = 30 pm and X = 1.06 pm. A thickness of 150
pm est donc très bien adaptée.pm is therefore very well adapted.
L'angle de déflexion d'un tel composant est cc = k X / A pour un faisceau laser à la longueur d'onde X et une période 0-2 kt sur la longueur A. Avec k = 2 (ordre 2), X = 1.06 pm, une période A de trois pixels au pas de lo 40 pm soit 120 pm, I'angle ax vaut 1 . Le nombre de points dépend du nombre de pixels adressés, soit une déviation bidirectionnelle 1000x1000 avec une matrice active typique. Le temps de réponse avec une structure nématique se situe autour de 1 Oms (imposé par la couche la plus épaisse, 5 pm par exemple). Les figures 14a et 14b représentent de tels dispositifs The deflection angle of such a component is cc = k X / A for a laser beam at the wavelength X and a period 0-2 kt for the length A. With k = 2 (order 2), X = 1.06 μm, a period A of three pixels at a pitch of 40 μm or 120 μm, the angle ax is 1. The number of points depends on the number of pixels addressed, a 1000x1000 bidirectional deviation with a typical active matrix. The response time with a nematic structure is around 1 Oms (imposed by the thickest layer, 5 pm for example). Figures 14a and 14b show such devices
dérivés des modes de réalisation décrits précédemment. derivatives of the embodiments described above.
Les variantes de cette structure sont les suivantes Utilisation de cristaux liquides ferroélectriques pour réduire le temps de réponse à moins de 100 ps mais il faut dans ce cas recourir à un adressage par peigne d'électrodes. Les deux axes de déviation peuvent être obtenus mais en multipliant le The variants of this structure are the following Use of ferroelectric liquid crystals to reduce the response time to less than 100 ps but it is necessary in this case to use an electrode comb addressing. The two deviation axes can be obtained but by multiplying the
nombre de couches par 2.number of layers per 2.
* Structure initiale doublée pour traiter les faisceaux non polarisés. * La structure de la figure 14a est plus simple à réaliser car elle n'utilise pas de matrices de microguides mais son procédé d'assemblage est plus complexe. L'efficacité est limitée par le taux d'ouverture de la matrice active. Cette structure est mieux * Initial doubled structure to process unpolarized beams. * The structure of Figure 14a is simpler to achieve because it does not use matrices microguides but its assembly process is more complex. Efficiency is limited by the opening rate of the active matrix. This structure is better
adaptée à la commande par peigne d'électrodes transparentes. suitable for comb control of transparent electrodes.
* Une commande par champ électrique transverse peut être employée avantageusement dans les bandes UV ou IR o il est * A transverse electric field control can be used advantageously in the UV or IR bands where it is
difficile de réaliser des électrodes suffisamment transparentes. difficult to make electrodes sufficiently transparent.
La structure de la figure 14b est préférable dans ce cas pour The structure of Figure 14b is preferable in this case for
ne pas trop pénaliser l'ouverture par les électrodes métalliques. do not overly penalize the opening by the metal electrodes.
La bande UV entre 300 et 365 nm est encore très utilisée dans le domaine de la micro-électronique et de la photolithographie en général. Les définitions visées avec cette gamme spectrale sont de l'ordre de 0.5 pm. La possibilité d'amincir la lame de contre-électrode d'une matrice LCD ouvre des possibilités très intéressantes pour placer les microlentilles très près des pixels (voir figures 15a et 15b). Il en résulte des tâches focales extrêmement petites. Une microlentille de diamètre OD = 40 pm par exemple placée à la distance h = 100 pm correspond à une tâche de diffraction de + 2.5 X soit moins de 1 pm. Dans les mêmes conditions, un faisceau de divergence + 1 génère une tâche focale de seulement + 1,7 pm. Il est donc envisageable de placer devant chaque microlentille un diaphragme de l0 diamètre 4 pm sans perdre trop de flux lumineux. Un tel modulateur électrooptique utilisé a la place d'un masque dans un photorépéteur UV 10X offre alors un facteur de sur-résolution de 10x10 pour un pas de pixels sur la matrice LCD de 40 pm. Il est ainsi possible d'inscrire sur l'échantillon à insoler des spots de moins de 0,5 pm à raison de 100 millions par position mécanique si la matrice dispose d'un million de pixels et d'actionneurs piézoélectriques de course 40 pm. La figure 15 détaille la configuration d'un tel modulateur LCD commandé par deux actionneurs piézoélectriqus (Sx, 8y). L'invention est également applicable dans la technique des cartes The UV band between 300 and 365 nm is still widely used in the field of microelectronics and photolithography in general. The definitions targeted with this spectral range are of the order of 0.5 μm. The possibility of thinning the counter-electrode blade of an LCD matrix opens up very interesting possibilities for placing the microlenses very close to the pixels (see FIGS. 15a and 15b). This results in extremely small focal tasks. A microlens of diameter OD = 40 μm, for example placed at the distance h = 100 μm, corresponds to a diffraction spot of + 2.5 X, ie less than 1 μm. Under the same conditions, a divergence beam + 1 generates a focal task of only + 1.7 μm. It is therefore conceivable to place in front of each microlens a diaphragm of 10 diameter 4 μm without losing too much luminous flux. Such an electro-optic modulator used in place of a mask in a 10X UV photorépéteur then offers an over-resolution factor of 10x10 for a pixel pitch on the 40 μm LCD matrix. It is thus possible to inscribe on the sample to be irradiated spot less than 0.5 pm at a rate of 100 million per mechanical position if the matrix has a million pixels and piezoelectric actuators 40 pm stroke. Figure 15 details the configuration of such an LCD modulator controlled by two piezoelectric actuators (Sx, 8y). The invention is also applicable in the card technique
à circuits intégrés dites également cartes à puces. integrated circuits also called smart cards.
La possibilité de réaliser des cellules à cristal liquide amincies The possibility of making thinned liquid crystal cells
permet de concevoir une carte à puce munie d'un afficheur à cristal liquide. allows to design a smart card equipped with a liquid crystal display.
Ainsi comme cela est représenté en figures 16a et 16b, une cellule à cristal liquide LCD dont les plaques portant les électrodes ont été amincies, est collée sur la carte CA ou moulée dans la carte. Des connexions électriques CO sont ensuite réalisées pour connecter la cellule LCD aux circuits électroniques de la puce PU eux-mêmes reliés à une source d'alimentation électrique (batterie à film polymère...) SE. Des informations contenues dans les circuits électroniques de la puce peuvent donc être lues selon l'utilisation que l'on désire en faire. Une batterie, telle qu'une batterie couche mince, Thus, as shown in FIGS. 16a and 16b, an LCD liquid crystal cell whose plates carrying the electrodes have been thinned, is glued on the CA card or molded in the card. CO electrical connections are then made to connect the LCD cell to the electronic circuits of the PU chip themselves connected to a power source (battery polymer film ...) SE. Information contained in the electronic circuits of the chip can therefore be read according to the use that one wishes to make. A battery, such as a thin-layer battery,
peut être prévue et permet un fonctionnement autonome de l'affichage. can be provided and allows autonomous operation of the display.
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|---|---|
| FR (1) | FR2788349B1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| EP1401769A4 (en) * | 2001-05-11 | 2006-05-17 | Cambridge Res & Instrmnt Inc | Liquid crystal assembly and method of making |
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| FR2736446A1 (en) * | 1995-07-06 | 1997-01-10 | Lg Electronics Inc | PROCESS FOR PRODUCING A SUBSTRATE AND APPLICATION TO THE MANUFACTURE OF LIQUID CRYSTAL DISPLAYS |
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1999
- 1999-01-08 FR FR9900144A patent/FR2788349B1/en not_active Expired - Fee Related
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| US7136136B2 (en) | 2001-05-11 | 2006-11-14 | Cambridge Research And Instrumentation, Inc. | Liquid crystal assembly and method of making |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2788349B1 (en) | 2002-08-09 |
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