شاشات البلازما

بداية شاشات البلازما يعود إلى عام 1964 في جامعة الينويز الأمريكية، ولم تكن الفكرة أكثر من شاشة مكونة من نقطة ضوء ومنذ ذلك الوقت وحتى نهاية الستينات تم العمل على تطوير شاشة متكاملة من نقط الضوء وهذه الشاشة كانت صغيرة وتعطي صور غير واضحة وكانت فكرة الحصول على شاشة مسطحة وكبيرة وجودة عالية في ذلك الوقت تعد مشهد من الخيال العلمي، ولكن مع تطور العالم الرقمي تم الوصول إلى شاشات عالية الجودة تغطي مساحة كبيرة .
وحاليا تم تصنيع شاشات تلفزيونية من نوع آخر تسمى شاشات البلازما plasma flat panel display هذه الشاشات يمكن أن تصل الى 60 بوصة أو أكثر وسمكها لا يزيد عن 15 سنتيمتر ويمكن تعليقها على الجدار كالصورة بالإضافة إلى العديد من المزايا والخصائص التي تعطي رفاهية ومتعة مشاهدة أكثر من التلفزيونات التقليدية. وللتعرف اكثر على فكرة عمل هذه الشاشات التي بدأت تنتشر بكثرة يجب أولا أن نلقى بعض الضوء على فكرة عمل الشاشات التقليدية. فمنذ أكثر من 70 عاماً اعتمدت أجهزة التلفزيون على شاشات الكاثود Cathod ray tube. حيث تتكون شاشات الكاثود من مدفع إلكتروني في أنبوبة مفرغة وتنطلق الإلكترونات المعجلة باتجاه شاشة فسفورية، وباستخدام مجالين كهربيين متعامدين يمكن مسح الشعاع الإلكتروني على الشاشة بمعدل يصل الى 25 مرة في الثانية، تعمل الإلكترونات عند سقوطها على ذرات الفسفور المكونة للشاشة على إثارتها مما تجعلها تعطي ضوء لتتخلص من إثارتها. هذا الضوء المنبعث من تلك العناصر الضوئية (ذرات الفسفور) تكون الصورة التي نشاهدها. هذه الصورة التي نحصل عليها من شاشات الكاثود صورة واضحة ومقبولة ولكن عند حجم الشاشة الكبير يعني عمق كبير لجهاز التلفزيون ويصبح الجهاز ثقيل ويشغل حيز كبير من المكان الموجود بها.
إذا ماهي البلازما ؟
نعلم أن شاشات الكاثود في التلفزيون الملون تعمل من خلال تقسيم الشاشة إلى مربعات صغيرة تسمى البكسل pixelوهو عنصر الصورة ويكون هناك ثلاثة بكسل لكل من الألوان الأساسية وهي الأحمر والأخضر والأزرق وتكون موزعة على مساحة الشاشة وعند اصطدام الإلكترونات بأي من هذه البكسلات يعطي ضوء بلون البكسل وهكذا تتكون الصورة
تعمل شاشات البلازما بنفس الآلية حيث يوجد لكل بكسل ثلاث ألوان (الأحمر والأخضر والأزرق) ولكن لا يوجد الشعاع الإلكتروني ولا توجد الشاشة الفوسفورية إنما يتم توليد هذه الألوان الثلاثة في كل بكسل من خلال fluorescent lights ضوء فلورسنت ومن خلال التحكم ودرجة شدة كل ضوء فلورسنت ينتج اللون المطلوب وهذا يحدث على كل بكسلات الشاشة وعندها تتكون الصورة الكاملة.
يتم توليد ضوء الفلورسنت من خلال البلازما، والبلازما هي غاز متأين حيث تكون ذرات الغاز منزوعة منها إلكتروناتها ويصبح الغاز مكون من أيونات موجبة الشحنة وإلكترونات سالبة الشحنة. وبالطبع هذا الغاز (البلازما) يحدث في ظروف خاصة مثل أن يكون الغاز داخل مجال كهربي كبير ناتج عن فرق جهد عالي مما يؤدي إلى انجذاب الإلكترونات إلى الطرف الموجب والأيونات إلى الطرف السالب فتصطدم الإلكترونات مع الأيونات مما يؤدي الى إثارة ذرات الغاز في البلازما وينتج عن هذه الإثارة تحرر طاقة في صورة فوتونات ضوئية كما هو الحال في المصابيح الفلوريسنت التي نستخدمها للإضاءة.
يتم في شاشات البلازما استخدام غاز مكون من ذرات النيون وذرات الزينون وعند إثارة هذا الغاز بالطريقة سابقة الذكر نحصل على فوتونات في مدى الترددات الفوق بنفسجية التي لا ترى بالعين المجردة ولكن هذه الفوتونات تستخدم للإثارة للحصول على فوتونات بترددات في المدى المرئي.
حيث تتوزع ذرات النيون وذرات الزينون على آلاف الخلايا المحصورة بين لوحين من الزجاج رقم (2) و (6) الموضحة في الشكل. ويتصل باللوح الزجاجي الأمامي (2) إلكترود يسمى بإلكترود العرض Display Electrode ويتصل باللوح الزجاجي الخلفي (6) إلكترود العنونة Address Electrode. وبالتالي تصبح كل خلية ضوئية (تحتوي على ذرات النيون والزينون) محاطة بإلكترود العرض من الأمام وإلكترود العنونة من الخلف.








وتحيط مادة عازلة غير موصلة للكهرباءdielectric material بإلكترود العرض ومغطاة بطبقة واقية من أكسيد الماغنسيوم لتكون بين الخلية الضوئية ولوح الزجاج الأمامي.
كما هو موضح في الشكل المقابل اللون الأصفر للإلكترود الأمامي والخلفي والخلايا ضوئية الموضحة باللون الأزرق ويوجد بجانبها خلية ضوئية خضراء وأخرى حمراء، كذلك موضح الطبقة الواقية الشفافة من أكسيد الماغنسيوم MgO .










وبنظرة شمولية اكثر نلاحظ في الشكل التالي كيف تترتب الخلايا الضوئية على مساحة الشاشة وتقسم الشاشة الى وحدات صغيرة تسمى عناصر الصورة ( بكسل ) وكل بكسل عبارة عن ثلاثة خلايا ضوئية للألوان الأحمر والأخضر والأزرق. ونلاحظ أيضا أشرطة الإلكترود (اللون الأصفر) بحيث تكون مرتبة في صفوف متوازية ويكون إلكترود العنونة ممدد على طول الخلايا الضوئية ذات اللون الواحد ويكون إلكترود العرض ممددا على طول البكسل.وهذا يكون على طول وعرض الشاشة مما يشكل في النهاية شبكة من الإلكترود .







وعملية تأين الغاز في داخل آية خلية ضوئية يتحكم فيه كمبيوتر خاص للشاشة حيث يتحكم في توجيه الشحنة الكهربية إلى الإلكترودين المتعامدين فيحدث التفريغ الكهربي في تلك الخلية وتتكرر هذه العملية آلاف المرات في جزء من الثانية.
عندما يشحن الإلكترودين المتعامدين (المتقاطعين) يصبح هناك فرق جهد بينهما فيمر تيار كهربي في تلك الخلية الضوئية التي تحتوي علي غاز النيون والزينون فيتأين الغاز ويتحول إلى بلازما وتنطلق أشعة كهرومغناطيسية (فوتونات) فوق بنفسجية.
تعمل الأشعة الفوق بنفسجية المنطلقة من البلازما على إثارة المادة الفسفورية المغلفة للخلية الضوئية حيث تمتص إلكترونات ذرات الفسفور فوتون الأشعة فوق البنفسجية وينتقل الإلكترون الى مستويات طاقة أعلى وعند عودة الإلكترون المثار الى مستوى طاقته الأصلي يعطي ضوء في المدى المرئي.
ومن خلال التحكم بشدة تيار النبضات الكهربية الموجهة بواسطة الكمبيوتر إلى الخلايا الضوئية المختلفة يمكن الحصول على خليط من الألوان الأساسية لتعطي في المحصلة كل الألوان الممكنة. وحيث أن التحكم يصل إلى كل بكسل فإن الصورة الناتجة من الشاشة ذات دقة عالية مهما كانت الزاوية التي ننظر إليها إلى الشاشة.


ومن مميزات شاشات البلازما أن وزن الشاشة خفيف ومسطحة تماماً وسمكها لا يزيد عن 15 سنتيمتر مما يجعل تعليقها على الجدران ممكنا ويسيرا وكذلك تعطي مدى رؤية كبير يصل إلى 160 درجة وصورة واضحة وألوان زاهية ودقة عالية كما أنها لا تتأثر بالمجالات المغناطيسية حولها وبالتالي يمكن تثبيت نظام سمعي عالي الجودة دون القلق على التأثير المغناطيسي للسماعات على الشاشة.
أما من عيوب شاشات البلازما أن تصنيع هذه الشاشات يكون معقدا وله تكنولوجيا متقدمة وباهظة الثمن حيث سعرها يتراوح من 15000 جنيه الى 80000 جنيه ولكن تدريجيا سيهبط السعر مع انتشارها واستبدالها بالشاشات التقليدية.
مهندس علاء بيومي عبد العظيم
زميل جمعية المهندسين الأمريكية