سلام اسمارت کامپی ها! امیدواریم حالت همه خوب باشه. در این مقاله، قصد داریم اطلاعات اولیه ای در خصوص صفحات نمایشگر با تکنولوژی ترانزیستور لایه نازک (TFT) را با جزئیات توضیح دهیم. اگرچه TFT ها را می توان در زمینه هایی مانند رادیوگرافی (تکنیک های تصویربرداری مانند اشعه ایکس و پرتوهای گاما) و نمایشگرهای بصری الکترونیکی استفاده کرد، اما در اینجا بر روی رایج ترین نقش TFT ها در نمایشگرهای کریستال مایع (LCD) تمرکز خواهیم کرد. ال سی دی ها در صفحه نمایشگرهایی مانند داشبورد ماشین و ماشین حساب استفاده می شوند و با استفاده از TFT ها، این نمایشگرها قابلیت های بهتری را از جمله هزینه مقرون به صرفه، مصرف حداقل انرژی و سرعت پاسخگویی و تازه سازی سریعتر در اختیار کاربر قرار می دهند. پس بیایید به نحوه انجام TFTها بپردازیم.

برای آشنایی با برنامه نویسی میکروکنترلرهای AVR به دو لینک زیر مراجعه کنید:

http://smartcomp.ir/product-4

http://smartcomp.ir/product-6

ساختمان فیزیکی

مانند تمام ترانزیستورها، TFT با استفاده از مواد نیمه هادی ساخته می شود که امکان تقویت، کنترل یا تولید سیگنال های الکتریکی را فراهم می کند. عناصر نیمه هادی معمولی TFT دارای ساختارهای سطح اتمی از الگوهای متقارن تکراری به نام شبکه های کریستالی هستند. برخی از نمونه‌های مواد کریستالی قابل استفاده عبارتند از سیلیکون (متداول‌ترین ماده در TFT) و اکسیدهای فلزی. تحولات اخیر نشان می دهد که ممکن است از مواد آلی نیز برای ایجاد این نیمه هادی استفاده شود. مواد نیمه رسانا یک لایه از ترانزیستور را تشکیل می دهد و به عنوان یک لایه نازک توصیف می شود، از این رو به آن TFT می گویند. با توجه به خواص رسانایی آن، این لایه می تواند دوپینگ شود. این روش دوپینگ به عنوان وارد کردن مقدار بسیار کمی ناخالصی (سایر عناصر) به مواد نیمه هادی خالص شناخته می شود. اگر دو ناحیه در یک ساختار کریستالی به طور متفاوتی دوپینگ شوند، چیزی را تشکیل می‌دهد که به عنوان یک پیوند نیمه‌رسانا شناخته می‌شود. این پیوند نیمه رسانا این امکان را برای حامل‌های بار فراهم می‌کند که در آن بارها به نحوی خاص حرکت کرده و رفتار می کنند و در نتیجه یک بار عملکردی ایجاد می کنند. حامل‌های بار می‌توانند الکترون‌ها، یون‌ها یا حفره‌های الکترونی باشند (کشش اتم‌ها/شبکه‌های اتمی که الکترون‌های مفقودی دارند که در صورت وجود، بار خنثی ایجاد می‌کنند). 

شکل بالا نمودارهایی از سه راه ممکن که یک ناخالصی معرفی شده مورد استفاده در دوپینگ (به نام ناخالصی) می تواند در سراسر شبکه کریستالی پخش شود را نشان می دهد. همراه با این لایه نیمه هادی، لایه دیگری به نام لایه دی الکتریک وجود دارد. لایه دی الکتریک یک عایق قابل پلاریزه است (از آنجایی که یک عایق است، همچنین غیرفلزی است) که دارای بار مثبت در یک انتها و بار منفی در طرف دیگر است و هنگامی که به حالت پلاریزه تبدیل شود، به طور بالقوه می تواند برای مدتی باقی بماند، حتی زمانی که تنش میدان الکتریکی خارجی حذف می شود. این پلاریزاسیون می تواند ظرفیت خازنی (یا ظرفیت بار ذخیره شده) را افزایش دهد. در مورد LCD ها، هر خازن یک پیکسل از نمایشگر است. این دو لایه TFT همراه با کنتاکت‌های فلزی روی یک بستر غیر رسانا قرار می‌گیرند، معمولاً وقتی در LCD استفاده می‌شوند از شیشه ساخته می‌شوند. شیشه به این دلیل استفاده می شود که رسانا نیست و همچنین وضوح صفحه نمایش را در سطح بالایی ارائه می دهد. TFT را می توان به عنوان فرم خاصی از ترانزیستور اثر میدانی (FET) یا نیمه هادی اکسید فلز (MOSFET) طبقه بندی کرد. ساختار کلی ماسفت ها مانند TFT معمولا دارای سه ترمینال به نام های سورس، درین و گیت است.

شکل بالا ساختار کلی لایه ها و بخش های یک TFT را نشان می دهد.  برای تعدیل جریان، ماسفت ها و همچنین سایر ترانزیستورهای اثر میدانی (FET)، باید ولتاژ اعمال شده به گیت را کنترل کنند. این از طریق جاری کردن و یا مسدود کردن الکترون ها انجام می شود. چنین کاری سبب تغییر رسانایی بین سورس و درین می شود. با توجه به حامل های بار که قبلا ذکر شد، ترمینال سورس(Source) جایی است که این حامل ها به کانال فعال سیستم ترانزیستوری وارد می شوند و درین (Drain) جایی است که حامل ها از آن خارج می شوند. هادی های ترمینال سورس و درین برای اتصال به لایه نیمه هادی ترانزیستور از کنتاکت های اهمی، که انواع اتصالات نیمه هادی ناشی از دوپینگ هستند، استفاده می کنند.

مزایای TFT: مقرون به صرفه، مصرف انرژی کم، پاسخ سریع و نرخ تازه سازی

TFT ها یک نمایشگر ماتریس فعال ایجاد می کنند، به این معنی که هر پیکسل نمایشگر به صورت جداگانه به ترانزیستور خود متصل می شود، که خوشبختانه بسیار فشرده است، و خازن که با هم می تواند به طور فعال آخرین سیگنال شناخته شده پیکسل را حفظ کند، حتی در زمانی که پیکسل های دیگر ممکن است در حال تغییر باشند. با حفظ فعال وضعیت پیکسل، TFT نسبت به نمایشگرهایی که از ماتریس غیرفعال استفاده می‌کنند، یا سیستمی که در آن پیکسل باید به طور غیرفعال آخرین وضعیت سیگنال‌دهی خود را بدون هیچ سیگنال دیگری تا زمانی که تازه‌سازی شود، حفظ کند، بهتر تصویر نمایش داده شده را تثبیت می‌کند. در واقع، مزایای زیادی از این امر حاصل می شود. Crosstalk یا پدیده همشنوایی زمانی است که سیگنالی که برای یک ناحیه از نمایشگر یا مدار در نظر گرفته شده است، به طور نامطلوبی روی ناحیه دیگری تأثیر می گذارد، و بنابراین در LCDها، پیکسل ها ممکن است اطلاعات متفاوتی را نسبت به آنچه می خواهید نشان دهند. با این حال، با استفاده از یک ماتریس فعال و ترانزیستورهای کوچک، احتمال تداخل بسیار کمتر است و دقت نمایشگر را افزایش می دهد. علاوه بر این، سرعت پاسخ‌دهی و نرخ‌های تازه‌سازی به طور مشابه افزایش می‌یابد، زیرا ماتریس‌های فعال، برخلاف ماتریس‌های غیرفعال، می‌توانند تغییرات سریع را بهتر نشان دهند (به‌جای وجود یک صفحه نمایش محو و/یا تار) زیرا بارهای الکتریکی آن‌ها می‌تواند ادامه تغییر سیگنال ها ادامه حیات داشته باشد. 

شکل بالا یک ماتریس غیرفعال، که فقط می تواند ولتاژ را با استفاده از ساختار شبکه ای از تقاطع های ردیف-ستون انتخاب کند، در مقابل یک ماتریس فعال که می تواند بر اساس پیکسل های جداگانه انتخاب شود، نشان دهد. کاهش هزینه و مصرف برق پایین از ویژگی های این ترانزیستور است.  TFT ها با ولتاژ پایین کار می کنند و به نوبه خود جریان خروجی زیادی را آزاد می کنند. بنابراین، کارایی افزایش می یابد، زیرا این سیستم نمایشگر خاص به اندازه سایرین انرژی مصرف نمی کند و هزینه نگهداری و/یا استفاده از نمایشگر را منصفانه و معقول می کند. به طور خلاصه، ترانزیستور لایه نازک را می توان به عنوان یک کلید روشن و خاموش برای پیکسل های جداگانه یک صفحه نمایش در نظر گرفت. اگرچه TFT بسیار پیچیده تر از این است که به عنوان یک سوئیچ عمل کند، اما TFT خود را در زندگی روزمره ما، از صفحه نمایش کامپیوتر گرفته تا سیستم های ناوبری، جا کرده است. اگرچه ممکن است به اندازه LED شناخته شده نباشند، اما اهداف زیادی را انجام می دهند که LED ها ممکن است قادر به انجام آن نباشند، مانند نمایش پیکسلی tft ها در مقابل نور صفحه نمایشگرهای کنترل شده با LED، و اغلب، TFT ها در ارتباط با نمایشگرهای LED عمل می کنند (اگرچه نامی از TFT برده نمی شود و آن هم به دلیل اعتباری است که تولیدکنندگان LEDدارند.