أصبحت شاشات العرض المسطحة (FPD) هي السائدة في أجهزة التلفزيون المستقبلية. إنها اتجاه عام، ولكن لا يوجد تعريف دقيق لها في العالم. عادةً ما تكون هذه الشاشات رقيقة وتشبه الشاشات المسطحة. هناك أنواع عديدة من شاشات العرض المسطحة، وفقًا لوسط 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، وغيرها. تُصنع العديد من أجهزة شاشات العرض المسطحة من الجرانيت، لأن قاعدة الجرانيت تتميز بدقة وخصائص فيزيائية أفضل.
اتجاه التنمية
بالمقارنة مع شاشات CRT التقليدية (أنبوب أشعة الكاثود)، تتميز شاشات العرض المسطحة بمزايا الرقة، وخفة الوزن، وانخفاض استهلاك الطاقة، وانخفاض الإشعاع، وعدم الوميض، والفائدة الصحية. وقد تجاوزت شاشات CRT في المبيعات العالمية. وبحلول عام 2010، من المتوقع أن تصل نسبة مبيعات كليهما إلى 5:1. في القرن الحادي والعشرين، ستصبح شاشات العرض المسطحة المنتجات الرئيسية في قطاع العرض. ووفقًا لتوقعات شركة ستانفورد ريسورسز الشهيرة، سيرتفع سوق شاشات العرض المسطحة العالمي من 23 مليار دولار أمريكي في عام 2001 إلى 58.7 مليار دولار أمريكي في عام 2006، وسيصل متوسط معدل النمو السنوي إلى 20% في السنوات الأربع المقبلة.
تكنولوجيا العرض
تُصنف شاشات العرض المسطحة إلى شاشات عرض نشطة وشاشات عرض سلبية. تشير الأولى إلى جهاز العرض الذي يُصدر وسيط العرض نفسه الضوء ويُوفر إشعاعًا مرئيًا، ويشمل ذلك شاشات البلازما (PDP)، وشاشات الفلورسنت الفراغية (VFD)، وشاشات الانبعاث الميداني (FED)، وشاشات التألق الكهربائي (LED)، وشاشات الصمام الثنائي الباعث للضوء العضوي (OLED). أما الثانية، فتعني أنها لا تُصدر الضوء تلقائيًا، بل تستخدم وسيط العرض لتعديله بإشارة كهربائية، وتتغير خصائصه البصرية، وتُعدل الضوء المحيط والضوء المنبعث من مصدر الطاقة الخارجي (الإضاءة الخلفية، مصدر ضوء الإسقاط)، وتُعرض على شاشة العرض. تشمل أجهزة العرض 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 كلٌّ من شاشات الكريستال السائل STN وTN إلى شاشات الكريستال السائل ذات المصفوفة السلبية. في تسعينيات القرن الماضي، شهدت تقنية شاشات الكريستال السائل ذات المصفوفة النشطة تطورًا سريعًا، وخاصةً شاشات الكريستال السائل ذات ترانزستور الأغشية الرقيقة (TFT-LCD). وباعتبارها بديلاً عن شاشات STN، تتميز هذه الشاشات بسرعة استجابة عالية وعدم وجود وميض، وتُستخدم على نطاق واسع في أجهزة الكمبيوتر المحمولة ومحطات العمل وأجهزة التلفزيون وكاميرات الفيديو وأجهزة ألعاب الفيديو المحمولة. يكمن الفرق بين شاشات AM-LCD وPM-LCD في أن الأولى تحتوي على أجهزة تحويل مُضافة إلى كل بكسل، مما يُمكّنها من التغلب على التداخل المتقاطع والحصول على شاشة عالية التباين والدقة. أما شاشات AM-LCD الحالية فتعتمد على جهاز تحويل TFT من السيليكون غير المتبلور (a-Si) ونظام مكثف تخزين، مما يُتيح الحصول على مستوى رمادي عالٍ وعرض ألوان حقيقي. ومع ذلك، فإن الحاجة إلى دقة عالية وبكسلات صغيرة لتطبيقات الكاميرات وأجهزة العرض عالية الكثافة دفعت إلى تطوير شاشات TFT (ترانزستور الأغشية الرقيقة) المصنوعة من البولي سيليكون (P-Si). تتميز شاشات P-Si بمرونة أكبر من السيليكون الأحادي (a-Si) بثمانية إلى تسعة أضعاف. ولا يقتصر حجم شاشات TFT الصغيرة على الشاشات عالية الكثافة والدقة فحسب، بل تتيح أيضًا دمج الدوائر الطرفية على الركيزة.
باختصار، تُعدّ شاشات LCD مناسبة للشاشات الرقيقة والخفيفة، الصغيرة والمتوسطة، منخفضة استهلاك الطاقة، وتُستخدم على نطاق واسع في الأجهزة الإلكترونية مثل أجهزة الكمبيوتر المحمولة والهواتف المحمولة. وقد طُوّرت شاشات LCD بمقاس 30 و40 بوصة بنجاح، وبدأ استخدام بعضها. بعد الإنتاج الواسع النطاق لشاشات LCD، تنخفض تكلفتها باستمرار. تتوفر شاشة LCD مقاس 15 بوصة بسعر 500 دولار أمريكي. ويتمثل اتجاه تطويرها المستقبلي في استبدال شاشة الكاثود في أجهزة الكمبيوتر الشخصية وتطبيقها في أجهزة تلفزيون LCD.
شاشة البلازما
شاشات البلازما هي تقنية عرض ضوئية تعتمد على مبدأ تفريغ الغازات (مثل الغلاف الجوي). تتميز شاشات البلازما بمزايا أنابيب أشعة الكاثود، ولكنها تُصنع على هياكل رقيقة جدًا. يتراوح حجم المنتج الرئيسي بين 40 و42 بوصة. ويجري حاليًا تطوير 50 منتجًا بقياس 60 بوصة.
فلورسنت الفراغ
شاشة الفلورسنت المفرغة هي شاشة تُستخدم على نطاق واسع في منتجات الصوت والفيديو والأجهزة المنزلية. وهي عبارة عن جهاز عرض مفرغ من نوع أنبوب إلكتروني ثلاثي الأقطاب، يغلف الكاثود والشبكة والأنود في أنبوب مفرغ. وتتمثل الفكرة في أن الإلكترونات المنبعثة من الكاثود تُسرّع بفعل الجهد الموجب المطبق على الشبكة والأنود، مما يُحفّز طبقة الفوسفور المطلية على الأنود على إصدار الضوء. وتتخذ الشبكة هيكلًا يشبه قرص العسل.
(الكهرباء الضوئية)
تُصنع شاشات العرض الضوئية الكهربائية باستخدام تقنية الأغشية الرقيقة ذات الحالة الصلبة. توضع طبقة عازلة بين لوحين موصلين، ثم تُرسب طبقة ضوئية كهربائية رقيقة. يستخدم الجهاز صفائح مطلية بالزنك أو السترونشيوم ذات طيف انبعاث واسع كمكونات ضوئية كهربائية. يبلغ سمك طبقته الضوئية الكهربائية 100 ميكرون، ويمكنها تحقيق نفس وضوح شاشة عرض الصمام الثنائي الباعث للضوء العضوي (OLED). يبلغ جهد التشغيل النموذجي 10 كيلوهرتز، وجهد تيار متردد 200 فولت، مما يتطلب دائرة متكاملة للتشغيل أكثر تكلفة. وقد تم بنجاح تطوير شاشة عرض دقيقة عالية الدقة باستخدام نظام تشغيل مصفوفة نشطة.
قاد
تتكون شاشات العرض ثنائية الباعثة للضوء من عدد كبير من الثنائيات الباعثة للضوء، والتي يمكن أن تكون أحادية اللون أو متعددة الألوان. وقد أصبحت الثنائيات الباعثة للضوء الأزرق عالية الكفاءة متاحة، مما يتيح إنتاج شاشات LED كبيرة الحجم ملونة بالكامل. تتميز شاشات LED بسطوعها العالي وكفاءتها العالية وعمرها الافتراضي الطويل، وهي مناسبة للشاشات الكبيرة للاستخدام الخارجي. ومع ذلك، لا يمكن تصنيع شاشات متوسطة المدى للشاشات أو أجهزة الكمبيوتر المحمولة (PDA) باستخدام هذه التقنية. ومع ذلك، يمكن استخدام دائرة LED المتكاملة أحادية اللون كشاشة افتراضية أحادية اللون.
الأنظمة الكهروميكانيكية الصغرى
هذه شاشة عرض دقيقة مُصنّعة بتقنية MEMS. في هذه الشاشات، تُصنع هياكل ميكانيكية مجهرية عن طريق معالجة أشباه الموصلات ومواد أخرى باستخدام عمليات أشباه الموصلات القياسية. في جهاز المرآة الدقيقة الرقمية، يكون الهيكل عبارة عن مرآة دقيقة مدعومة بمفصلة. تُحرّك مفصلاتها بواسطة شحنات على الصفائح المتصلة بإحدى خلايا الذاكرة الموجودة أسفلها. يبلغ حجم كل مرآة دقيقة قطر شعرة الإنسان تقريبًا. يُستخدم هذا الجهاز بشكل رئيسي في أجهزة العرض التجارية المحمولة وأجهزة عرض المسرح المنزلي.
انبعاث المجال
المبدأ الأساسي لشاشات عرض الانبعاث المجالي هو نفسه مبدأ أنبوب أشعة الكاثود، أي أن الإلكترونات تنجذب إلى صفيحة وتصطدم بطبقة فوسفورية على الأنود لإصدار الضوء. يتكون الكاثود من عدد كبير من مصادر الإلكترونات الصغيرة المرتبة في مصفوفة، أي على شكل مصفوفة من بكسل واحد وكاثود واحد. وكما هو الحال في شاشات البلازما، تتطلب شاشات الانبعاث المجالي جهدًا كهربائيًا عاليًا يتراوح بين 200 و6000 فولت. ولكن حتى الآن، لم تصبح شاشات العرض المسطحة شائعة الاستخدام نظرًا لارتفاع تكلفة إنتاج معداتها.
الضوء العضوي
في شاشات عرض الصمام الثنائي الباعث للضوء العضوي (OLED)، يمر تيار كهربائي عبر طبقة أو أكثر من البلاستيك لإنتاج ضوء يُشبه الصمامات الثنائية الباعثة للضوء غير العضوية. هذا يعني أن ما يتطلبه جهاز OLED هو طبقة رقيقة صلبة على ركيزة. ومع ذلك، نظرًا لحساسية المواد العضوية لبخار الماء والأكسجين، يُعدّ العزل الحراري ضروريًا. تُعد شاشات OLED أجهزة باعثة للضوء نشطة، وتتميز بخصائص إضاءة ممتازة واستهلاك منخفض للطاقة. تتمتع بإمكانيات كبيرة للإنتاج الضخم بتقنية اللفة تلو الأخرى على ركائز مرنة، وبالتالي فهي منخفضة التكلفة في التصنيع. لهذه التقنية تطبيقات واسعة، بدءًا من الإضاءة أحادية اللون البسيطة واسعة المساحة، وصولًا إلى شاشات عرض الفيديو بالألوان الكاملة.
الحبر الإلكتروني
شاشات الحبر الإلكتروني هي شاشات يتم التحكم فيها بتطبيق مجال كهربائي على مادة ثنائية الاستقرار. تتكون من عدد كبير من الكرات الشفافة الدقيقة، قطر كل منها حوالي 100 ميكرون، تحتوي على مادة سوداء مصبوغة بسائل وآلاف جزيئات ثاني أكسيد التيتانيوم الأبيض. عند تطبيق مجال كهربائي على المادة ثنائية الاستقرار، تنتقل جزيئات ثاني أكسيد التيتانيوم نحو أحد الأقطاب الكهربائية حسب حالة شحنتها. يؤدي هذا إلى إصدار البكسل للضوء أو عدم إصداره. ولأن المادة ثنائية الاستقرار، فإنها تحتفظ بالمعلومات لأشهر. ولأن حالة عملها تتحكم بها مجال كهربائي، يمكن تغيير محتوى شاشتها بطاقة ضئيلة للغاية.
كاشف ضوء اللهب
كاشف قياس الضوء اللهبي FPD (كاشف قياس الضوء اللهبي، FPD باختصار)
1. مبدأ FPD
يعتمد مبدأ FPD على احتراق العينة في لهب غني بالهيدروجين، حيث تُختزل المركبات المحتوية على الكبريت والفوسفور بواسطة الهيدروجين بعد الاحتراق، وتنشأ الحالة المثارة لـ S2* (الحالة المثارة لـ S2) وHPO* (الحالة المثارة لـ HPO). تُشعّ المادتان المثارتان أطيافًا تتراوح بين 400 و550 نانومتر عند عودتهما إلى الحالة القاعدية. تُقاس شدة هذا الطيف باستخدام أنبوب مُضاعِف ضوئي، وتتناسب شدة الضوء طرديًا مع معدل تدفق كتلة العينة. يُعد FPD كاشفًا عالي الحساسية والانتقائية، ويُستخدم على نطاق واسع في تحليل مركبات الكبريت والفوسفور.
2. هيكل FPD
FPD هو هيكل يجمع بين FID ومقياس الضوء. بدأ كـ FPD أحادي اللهب. بعد عام ١٩٧٨، ولتعويض عيوب FPD أحادي اللهب، طُوّر FPD ثنائي اللهب. يحتوي على لهبين منفصلين من الهواء والهيدروجين، حيث يُحوّل اللهب السفلي جزيئات العينة إلى نواتج احتراق تحتوي على جزيئات بسيطة نسبيًا مثل S2 وHPO؛ بينما يُنتج اللهب العلوي شظايا حالة مثارة مضيئة مثل S2* وHPO*. توجد نافذة موجهة نحو اللهب العلوي، ويتم الكشف عن شدة التلألؤ الكيميائي بواسطة أنبوب مُضاعِف ضوئي. النافذة مصنوعة من زجاج صلب، وفوهة اللهب مصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ.
3. أداء FPD
FPD هو كاشف انتقائي لتحديد مركبات الكبريت والفوسفور. لهبه هو لهب غني بالهيدروجين، وإمداد الهواء يكفي فقط للتفاعل مع 70٪ من الهيدروجين، وبالتالي فإن درجة حرارة اللهب منخفضة لتوليد الكبريت والفوسفور المثار. شظايا المركب. معدل تدفق الغاز الحامل والهيدروجين والهواء له تأثير كبير على FPD، لذلك يجب أن يكون التحكم في تدفق الغاز مستقرًا للغاية. يجب أن تكون درجة حرارة اللهب لتحديد المركبات المحتوية على الكبريت حوالي 390 درجة مئوية، والتي يمكن أن تولد S2* المثار؛ لتحديد المركبات المحتوية على الفوسفور، يجب أن تكون نسبة الهيدروجين والأكسجين بين 2 و 5، ويجب تغيير نسبة الهيدروجين إلى الأكسجين وفقًا للعينات المختلفة. يجب أيضًا ضبط الغاز الحامل وغاز التعويض بشكل صحيح للحصول على نسبة إشارة إلى ضوضاء جيدة.
وقت النشر: ١٨ يناير ٢٠٢٢