يتلخص مبدأ المصفوفات الفعالة (النشطة) في التحكم المنفرد لكل عنصر من عناصر الصورة المعروضة على شاشة البلورات السائلة. وهذا العنصر Pixel (مشتق من كلمتي صورة Picture وعنصر element) ويتم التحكم بواسطة عنصر غيـر خطي متصل به كما في الشكل (15-20) حيث ترى نبيطة ذات طرفين أو ثلاثة. أما ذات الطرفين فهي إما ثنائيات Diodes صنعت من أغشية رقيقة Thin Film ويرمز لها عادة اختصارا بالحروف TFD. وإما هي نبيطة (MIM) أو فلز عازل فلز وسنبدأ في التعرف على الأخيرة.

شكل (15-20)

شاشة عرض بلورات سائلة ذات مصفوفات فعالة تستخدم ترانزستور الأغشية الرقيقة كعنصر غير خطي

تتكون العناصر MIM من طبقات متعاقبة من فلز ثم مادة عازلة ثم فلز وهي بهذا تشبه المكثف الكهربائي (الشكل 15-21 أ). أما المادة العازلة فهي تحتوي على مراكز لاقتناص الإلكترونات، حتى إذا ما زاد الجهد المطبق على العنصر MIM عن قيمة مشرفية معينة V_th فإن المجال الكهربائي يصبح قادرا على تحرير تلك الإلكترونات فيمر تيار مقداره I_MIM متناميا بشكل أسى مع فرق هذا الجهد. ويتميز هذا التأثير بأنه متماثل؛ لأن كلا من التيار الموجب والتيار السالب يعتمدان على الجهد المطبق بنفس الأسلوب (الشكل 15-21 ب).

شكل (15-21)

مداخل شاشات عرض البلورات السائلة

(أ) عنصر «MIM» غير الخطي.

(ب) منحني التيار I_MIM مع الجهد V_MIM للعنصر MIM.

(جـ) مصفوفة MIM للدخول إلى عناصر الصورة في شاشة عرض من البلورات السائلة: V_r جهد الصفوف. V_c إشارة معلومات الأعمدة. الخطوط الافقية متصلة بأحد لوحي MIM وتتصل الخطوط الراسية السميكة باللوح الآخر.

ويمثل هذا التماثل أهمية خاصة حيث يصبح من الممكن تغيير إشارة الجهد المطبق على عناصر البلورة السائلة والاحتفاظ بجهد صفري في المتوسط وذلك تجنبا للتحلل الكهروكيميائي الذى قد يحدث للبلورات السائلة أما إذا لم يصل الجهد إلى القيمة V_th فإن حاجز الجهد عند السطح البيني «فلز – عازل» سيمنع ظهور أي تيار كهربائي. وعند القيم الكبيرة للمجال تقوم الإلكترونات بالحركة النفقية خلال حاجز الجهد مما يرفع من قيمة التيار (ظاهرة بول – فرینكل).

تتولى نبيطات MIM عملية شحن المكثف C_LC بالتوافق مع أقطاب الجهد المستخدم، كما في الشكل (15-21 جـ). ويتم التحكم في عملية الشحن بواسطة جهد الصفوف V_r وجهد الأعمدة حتى ينشأ الجهد V_LC عبر البلورة السائلة:

V_LC = V_r – V_C – V_MIM

وتجدر الملاحظة هنا بأن من أهم مميزات نبيطات MIM، سهولة التصنيع (شكل 15-22) حيث:

شكل (15-22) نبيطة MIM

(1) مقطع مستعرض. (ب) منظر من أعلى.

1- يُرش فلز التنتالوم (Ta) على شريحة زجاجية سمكها نحو 0.3 ميكرون ثم تشكل لعمل مسارات التجميع للأعمدة والصفوف للطبقة الأولى النبيطة MIM.

2- يؤكسد غشاء التنتالوم ليكون طبقة من خامس أكسيد التنتالوم سمكها 0.06 ميكرون ويتم هذا بتطبيق جهد كهربائي على الدائرة أثناء غمرها في محلول تركيزه % 0.01 من حامض الليمونيك.

3- ترسب طبقة من أكسيد الإنديوم والقصدير (ITO) وتشكل بحيث لا يحدث تلامس مع أعمدة التنتالوم.

4- يستخدم فلز الكروم لعمل اتصال بين عناصر ITO وأعمدة Ta/Ta₂O₂.

5- تستكمل خلية البلورات السائلة بما في ذلك الصفوف. ويمكننا زحزحة الجهد المشرفي V_th لنبيطة MIM إلى القيمة المطلوبة بتغيير سمك طبقة خامس أكسيد التنتالوم.

أما ثنائيات الأغشية الرقيقة TFD فيمكن صناعتها على صورة نبيطات ذات طرفين ومنها:

1- ثنائيات شوتكي المكونة من سليكون أمورفي ( – Siα) وهي وصلات بسيطة بين شبه موصل نقي ( – Siα) وفلز هو الكروم، ولهذه الوصلات جهد انهيار عكسي مما يعنى أن لها سلوكا شبيها بسلوك نبيطات MIM (الشكل 15-21 ب) ومقدار الجهد المشرفي بها نحو V 15.

2- ثنائيات مكونة من شبه موصل موجب P وشبه موصل سالب وبينها عازل I أو (PIN). وتستعمل مثل هذه الثنائيات عادة في الخلايا الشمسية. والمشكلة فيها هي كيفية جعل التيار العكسي ضئيلا. على أن ثنائيات PIN تتيح نسبة جيدة جدا يبن التوصيل في الحالة ON والتوصيل في الحالة OFF، تصل إلى ثماني رتب في المقدار
(10⁸ ~).