استخدام الجرانيت في فحص ألواح الحماية من الحرائق

أصبحت شاشات العرض المسطحة (FPD) هي السائدة في أجهزة التلفاز المستقبلية. هذا هو التوجه العام، ولكن لا يوجد تعريف دقيق لها عالميًا. بشكل عام، تتميز هذه الشاشات بأنها رقيقة وتبدو مسطحة. هناك أنواع عديدة من شاشات العرض المسطحة، وذلك بحسب وسيط العرض ومبدأ العمل، منها شاشات الكريستال السائل (LCD)، وشاشات البلازما (PDP)، وشاشات الإضاءة الكهربائية (ELD)، وشاشات الإضاءة الكهربائية العضوية (OLED)، وشاشات الانبعاث الميداني (FED)، وشاشات العرض الإسقاطية، وغيرها. تُصنع العديد من معدات شاشات العرض المسطحة من الجرانيت، نظرًا لدقة قواعد الجرانيت وخصائصها الفيزيائية المتميزة.

اتجاهات التنمية
بالمقارنة مع شاشات CRT التقليدية (أنبوب أشعة الكاثود)، تتميز شاشات العرض المسطحة بمزايا عديدة، منها النحافة والخفة وانخفاض استهلاك الطاقة والإشعاع، بالإضافة إلى انعدام الوميض، فضلاً عن فوائدها الصحية. وقد تفوقت شاشات العرض المسطحة على شاشات CRT في المبيعات العالمية. وبحلول عام 2010، تشير التقديرات إلى أن نسبة قيمة مبيعات النوعين ستصل إلى 5:1. وفي القرن الحادي والعشرين، ستصبح شاشات العرض المسطحة المنتج الرئيسي في مجال العرض. ووفقًا لتوقعات شركة ستانفورد ريسورسز، سيرتفع حجم سوق شاشات العرض المسطحة العالمي من 23 مليار دولار أمريكي في عام 2001 إلى 58.7 مليار دولار أمريكي في عام 2006، وسيبلغ متوسط ​​معدل النمو السنوي 20% خلال السنوات الأربع القادمة.

تقنية العرض
تُصنّف شاشات العرض المسطحة إلى نوعين: شاشات باعثة للضوء نشطة وشاشات باعثة للضوء سلبية. يشير النوع الأول إلى أجهزة العرض التي تُصدر وسائطها الضوئية الضوء وتُوفّر إشعاعًا مرئيًا، وتشمل شاشات البلازما (PDP)، وشاشات الفلورسنت الفراغية (VFD)، وشاشات الانبعاث الميداني (FED)، وشاشات الإضاءة الكهربائية (LED)، وشاشات الصمام الثنائي العضوي الباعث للضوء (OLED). أما النوع الثاني، فيعني أنه لا يُصدر الضوء بنفسه، بل يستخدم وسائطه الضوئية لتعديلها بواسطة إشارة كهربائية، فتتغير خصائصها البصرية، وتُعدّل الضوء المحيط والضوء المنبعث من مصدر طاقة خارجي (إضاءة خلفية، مصدر ضوء إسقاط)، ثم تُعرضه على الشاشة. وتشمل هذه الأجهزة شاشات الكريستال السائل (LCD)، وشاشات النظام الكهروميكانيكي الدقيق (DMD)، وشاشات الحبر الإلكتروني (EL)، وغيرها.
شاشة LCD
تشمل شاشات الكريستال السائل شاشات الكريستال السائل ذات المصفوفة السلبية (PM-LCD) وشاشات الكريستال السائل ذات المصفوفة النشطة (AM-LCD). تنتمي كل من شاشات الكريستال السائل STN وTN إلى فئة شاشات الكريستال السائل ذات المصفوفة السلبية. في تسعينيات القرن الماضي، شهدت تقنية شاشات الكريستال السائل ذات المصفوفة النشطة تطورًا سريعًا، لا سيما شاشات الكريستال السائل ذات الترانزستورات الرقيقة (TFT-LCD). وباعتبارها بديلًا لشاشات STN، تتميز شاشات TFT-LCD بسرعة استجابة عالية وانعدام الوميض، وتُستخدم على نطاق واسع في أجهزة الكمبيوتر المحمولة ومحطات العمل، وأجهزة التلفاز، وكاميرات الفيديو، وأجهزة ألعاب الفيديو المحمولة. يكمن الفرق بين شاشات AM-LCD وPM-LCD في أن الأولى تحتوي على أجهزة تبديل مُضافة إلى كل بكسل، مما يُتيح التغلب على التداخل المتبادل والحصول على عرض عالي التباين والدقة. تعتمد شاشات AM-LCD الحالية على جهاز تبديل TFT من السيليكون غير المتبلور (a-Si) ونظام مكثف تخزين، مما يُتيح الحصول على مستويات رمادية عالية وعرض ألوان حقيقية. مع ذلك، دفعت الحاجة إلى دقة عالية وبكسلات صغيرة لتطبيقات الكاميرات وأجهزة العرض عالية الكثافة إلى تطوير شاشات الترانزستورات الرقيقة المصنوعة من السيليكون متعدد التبلور (P-Si). تتميز هذه الشاشات بحركة إلكترونية أعلى من السيليكون غير المتبلور (a-Si) بمقدار 8 إلى 9 مرات. ولا يقتصر صغر حجم ترانزستورات P-Si الرقيقة على ملاءمتها للشاشات عالية الكثافة والدقة فحسب، بل يتيح أيضًا دمج الدوائر الطرفية على الركيزة.
بشكل عام، تُعد شاشات الكريستال السائل (LCD) مناسبة للشاشات الرقيقة والخفيفة والصغيرة والمتوسطة الحجم ذات استهلاك الطاقة المنخفض، وتُستخدم على نطاق واسع في الأجهزة الإلكترونية مثل أجهزة الكمبيوتر المحمولة والهواتف المحمولة. وقد تم تطوير شاشات LCD بقياس 30 بوصة و40 بوصة بنجاح، وبدأ استخدامها بالفعل. بعد الإنتاج على نطاق واسع، انخفضت تكلفة شاشات LCD بشكل مستمر، حيث يتوفر الآن شاشة LCD بقياس 15 بوصة بسعر 500 دولار. ويتجه تطويرها مستقبلاً نحو استبدال شاشات الكاثود في أجهزة الكمبيوتر الشخصية وتطبيقها في أجهزة تلفزيون LCD.
شاشة بلازما
شاشة البلازما هي تقنية عرض ضوئي تعتمد على مبدأ تفريغ الغاز (مثل الهواء). تتميز شاشات البلازما بمزايا أنابيب أشعة الكاثود، ولكنها تُصنع على هياكل رقيقة للغاية. يبلغ حجم المنتج السائد 40-42 بوصة، بينما يجري تطوير منتجات بحجم 50 و60 بوصة.
التألق الفراغي
شاشة الفلورسنت الفراغية هي شاشة شائعة الاستخدام في منتجات الصوت والفيديو والأجهزة المنزلية. وهي عبارة عن جهاز عرض فراغي من نوع أنبوب إلكتروني ثلاثي، حيث يُغلف الكاثود والشبكة والأنود داخل أنبوب مفرغ. تعتمد هذه الشاشة على تسارع الإلكترونات المنبعثة من الكاثود بفعل الجهد الموجب المطبق على الشبكة والأنود، مما يحفز الفوسفور المغطى على الأنود لإصدار الضوء. وتعتمد الشبكة على بنية قرص العسل.
(التألق الكهربائي)
تُصنع شاشات العرض الكهروضوئية باستخدام تقنية الأغشية الرقيقة الصلبة. توضع طبقة عازلة بين لوحين موصلين، ثم تُرسّب طبقة رقيقة من مادة كهروضوئية. يستخدم الجهاز ألواحًا مطلية بالزنك أو السترونتيوم ذات طيف انبعاث واسع كمكونات كهروضوئية. يبلغ سمك طبقة الإضاءة الكهروضوئية 100 ميكرون، ويمكنها تحقيق نفس وضوح شاشة العرض العضوية الباعثة للضوء (OLED). يبلغ جهد التشغيل النموذجي 10 كيلوهرتز، و200 فولت تيار متردد، مما يتطلب دائرة متكاملة للتشغيل أكثر تكلفة. وقد تم بنجاح تطوير شاشة عرض دقيقة عالية الدقة باستخدام نظام تشغيل المصفوفة النشطة.
قاد
تتكون شاشات LED من عدد كبير من الثنائيات الباعثة للضوء، والتي قد تكون أحادية اللون أو متعددة الألوان. وقد أصبحت الثنائيات الباعثة للضوء الأزرق عالية الكفاءة متاحة، مما أتاح إنتاج شاشات LED كبيرة الحجم كاملة الألوان. تتميز شاشات LED بسطوعها العالي وكفاءتها العالية وعمرها الطويل، وهي مناسبة للشاشات الكبيرة للاستخدام الخارجي. مع ذلك، لا يمكن تصنيع شاشات متوسطة المدى لأجهزة الكمبيوتر المكتبية أو أجهزة المساعد الرقمي الشخصي (PDA) باستخدام هذه التقنية. ولكن، يمكن استخدام الدائرة المتكاملة أحادية الرقاقة LED كشاشة عرض افتراضية أحادية اللون.
أنظمة MEMS
هذه شاشة عرض دقيقة مصنعة بتقنية الأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة (MEMS). في هذه الشاشات، تُصنع هياكل ميكانيكية مجهرية بمعالجة أشباه الموصلات ومواد أخرى باستخدام عمليات تصنيع أشباه الموصلات القياسية. في جهاز المرآة الدقيقة الرقمية، يتكون الهيكل من مرآة دقيقة مدعومة بمفصل. تُحرك هذه المفصلات بواسطة شحنات على الصفائح المتصلة بإحدى خلايا الذاكرة الموجودة أسفلها. يبلغ قطر كل مرآة دقيقة تقريبًا قطر شعرة الإنسان. يُستخدم هذا الجهاز بشكل أساسي في أجهزة العرض التجارية المحمولة وأجهزة عرض المسرح المنزلي.
انبعاث المجال
يعتمد مبدأ عمل شاشة الانبعاث الميداني على نفس مبدأ عمل أنبوب أشعة الكاثود، حيث تنجذب الإلكترونات إلى صفيحة وتصطدم بمادة فسفورية مطلية على المصعد لإصدار الضوء. يتكون المهبط من عدد كبير من مصادر الإلكترونات الدقيقة مرتبة في مصفوفة، أي على شكل مصفوفة من بكسل واحد ومهبط واحد. ومثل شاشات البلازما، تتطلب شاشات الانبعاث الميداني جهدًا عاليًا للتشغيل، يتراوح بين 200 و6000 فولت. إلا أنها لم تصبح بعد شاشة عرض مسطحة شائعة الاستخدام نظرًا لارتفاع تكلفة إنتاج معدات تصنيعها.
ضوء عضوي
في شاشات الصمام الثنائي العضوي الباعث للضوء (OLED)، يمر تيار كهربائي عبر طبقة أو أكثر من البلاستيك لإنتاج ضوء يُشبه ضوء الصمامات الثنائية غير العضوية الباعثة للضوء. وهذا يعني أن ما يتطلبه جهاز OLED هو طبقة رقيقة صلبة على ركيزة. مع ذلك، فإن المواد العضوية حساسة للغاية لبخار الماء والأكسجين، لذا يُعدّ العزل ضروريًا. تُعتبر شاشات OLED أجهزة باعثة للضوء نشطة، وتتميز بخصائص إضاءة ممتازة واستهلاك منخفض للطاقة. ولديها إمكانات هائلة للإنتاج الضخم بتقنية اللفائف على ركائز مرنة، وبالتالي فهي غير مكلفة للغاية في التصنيع. تتمتع هذه التقنية بنطاق واسع من التطبيقات، بدءًا من الإضاءة أحادية اللون البسيطة للمساحات الكبيرة وصولًا إلى شاشات عرض رسومات الفيديو الملونة.
الحبر الإلكتروني
شاشات الحبر الإلكتروني هي شاشات يتم التحكم بها عن طريق تطبيق مجال كهربائي على مادة ثنائية الاستقرار. تتكون هذه الشاشات من عدد كبير من الكرات الشفافة المحكمة الإغلاق، يبلغ قطر كل منها حوالي 100 ميكرون، وتحتوي على مادة سائلة سوداء مصبوغة وآلاف الجسيمات من ثاني أكسيد التيتانيوم الأبيض. عند تطبيق مجال كهربائي على المادة ثنائية الاستقرار، تهاجر جسيمات ثاني أكسيد التيتانيوم نحو أحد الأقطاب الكهربائية تبعًا لحالة شحنتها، مما يؤدي إلى انبعاث الضوء من البكسل أو إطفائه. ولأن المادة ثنائية الاستقرار، فإنها تحتفظ بالمعلومات لعدة أشهر. وبما أن حالة تشغيلها تُتحكم بواسطة مجال كهربائي، يمكن تغيير محتوى شاشتها باستخدام طاقة ضئيلة جدًا.

كاشف اللهب
كاشف اللهب الضوئي FPD (كاشف اللهب الضوئي، FPD اختصارًا)
1. مبدأ FPD
يعتمد مبدأ كاشف اللهب المنشط (FPD) على احتراق العينة في لهب غني بالهيدروجين، حيث تُختزل المركبات المحتوية على الكبريت والفوسفور بواسطة الهيدروجين بعد الاحتراق، وتتولد حالات الإثارة S2* (حالة الإثارة لـ S2) وHPO* (حالة الإثارة لـ HPO). تُشع هاتان المادتان المثارتان أطيافًا حول 400 نانومتر و550 نانومتر عند عودتهما إلى الحالة الأرضية. تُقاس شدة هذا الطيف باستخدام أنبوب مضاعف ضوئي، وتتناسب شدة الضوء طرديًا مع معدل تدفق كتلة العينة. يُعد كاشف اللهب المنشط (FPD) كاشفًا عالي الحساسية والانتقائية، ويُستخدم على نطاق واسع في تحليل مركبات الكبريت والفوسفور.
2. هيكل FPD
جهاز الكشف عن اللهب (FPD) هو هيكل يجمع بين كاشف التأين اللهبي (FID) ومقياس الضوء. بدأ كجهاز كشف أحادي اللهب. بعد عام 1978، ولتجاوز أوجه القصور في جهاز الكشف أحادي اللهب، تم تطوير جهاز كشف ثنائي اللهب. يحتوي هذا الجهاز على لهبين منفصلين من الهواء والهيدروجين؛ حيث يحول اللهب السفلي جزيئات العينة إلى نواتج احتراق تحتوي على جزيئات بسيطة نسبيًا مثل S2 وHPO؛ بينما ينتج اللهب العلوي شظايا مثارة مضيئة مثل S2* وHPO*. توجد نافذة موجهة نحو اللهب العلوي، ويتم الكشف عن شدة الإضاءة الكيميائية بواسطة أنبوب مضاعف ضوئي. النافذة مصنوعة من الزجاج الصلب، وفوهة اللهب مصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ.
3. أداء شاشة العرض المسطحة
يُعدّ كاشف اللهب ذو الطور المشتعل (FPD) كاشفًا انتقائيًا لتحديد مركبات الكبريت والفوسفور. يتميز هذا الكاشف بلهب غني بالهيدروجين، حيث يكفي الهواء المُزوّد ​​للتفاعل مع 70% فقط من الهيدروجين، مما يُؤدي إلى انخفاض درجة حرارة اللهب اللازمة لتوليد شظايا مُثارة من مركبات الكبريت والفوسفور. يؤثر معدل تدفق الغاز الحامل والهيدروجين والهواء بشكل كبير على أداء كاشف اللهب ذو الطور المشتعل، لذا يجب أن يكون التحكم في تدفق الغاز مستقرًا للغاية. ينبغي أن تكون درجة حرارة اللهب لتحديد المركبات الكبريتية حوالي 390 درجة مئوية، وهي درجة حرارة كافية لتوليد شظايا S2* المُثارة. أما لتحديد المركبات الفوسفورية، فينبغي أن تتراوح نسبة الهيدروجين إلى الأكسجين بين 2 و5، مع ضرورة تعديل هذه النسبة وفقًا لنوع العينة. كما يجب ضبط الغاز الحامل وغاز التعويض بشكل مناسب للحصول على نسبة إشارة إلى ضوضاء جيدة.