صدر عن المركز العلمي للترجمةكمبيوتر وملحقاته

كيف تعمل شاشات OLED البلاستيكية

كيف تعمل شاشات OLED البلاستيكية

تخيل انك تمتلك جهاز عرض تلفزيوني عالي الدقة بمساحة تبلغ 80 انش وبسمك لا يزيد عن ربع انش أي في سمك شريحة من البلاستيك الرقيقة.  هذا التلفزيون ليس خيالاً علميا بل هو حقيقة ملموسة وتقنية واعدة سوف توفر لنا الكثير من المزايا والتي من أهمها شاشة كبيرة ورقيقة وقابلة للطي كما إنها أوفر في استهلاك الطاقة الكهربية.  ماذا لو توفرت لديك شاشة تلفزيونية في مقدمة السيارة كما في المقاتلات الحربية تزودك هذه الشاشة بمعلومات عن الطريق أو عن حالة السيارة دون أن تحتاج لان تحول نظرك عن الطريق. أو تخيل لو إن شاشة تلفزيون زرعت في ملابسك.

هذه الأفكار من الممكن أن تحدث في المستقبل مع تطور تقنية جديدة تسمى organic light emitting diodes وتعرف بالاختصار OLEDs ويمكن أن نترجمها الدايود العضوي باعث الضوء.

اعلانات جوجل

 تعتبر الدايودات العضوية من مواد الحالة الصلبة المكونة من أغشية رقيقة من جزيئات عضوية قادرة على إنتاج الضوء عندما تتعرض لتيار كهربي.  تستطيع الدايودات العضوية OLEDs أن تنتج ضوء أكثر شدة وأوضح من الضوء الذي تنتجه أجهزة العرض الالكترونية المستخدمة حالياً، هذا بالإضافة إلى أن استهلاكها للطاقة اقل من استهلاك أجهزة العرض المصنوعة باستخدام البلورات السائلة أو حتى من الدايودات باعثة الضوء العادية LEDs.

في هذا المقال من كيف تعمل الأشياء سوف نقوم بدراسة كيف تعمل تكنولوجيا الدايودات العضوية باعثة الضوء وما هي أنواع المواد العضوية الممكن استخدامها ونتعرف أيضا على أداء الدايودات العضوية بالمقارنة مع التقنيات الأخرى المستخدمة لإنتاج شاشات العرض.

تعتبر الدايودات العضوية من مواد الحالة الصلبة المكونة من أغشية رقيقة من جزيئات عضوية قادرة على إنتاج الضوء عندما تتعرض لتيار كهربي.  تستطيع الدايودات العضوية OLEDs أن تنتج ضوء أكثر شدة وأوضح من الضوء الذي تنتجه أجهزة العرض الالكترونية المستخدمة حالياً، هذا بالإضافة إلى أن استهلاكها للطاقة اقل من استهلاك أجهزة العرض المصنوعة باستخدام البلورات السائلة أو حتى من الدايودات باعثة الضوء العادية LEDs.

في هذا المقال من كيف تعمل الأشياء سوف نقوم بدراسة كيف تعمل تكنولوجيا الدايودات العضوية باعثة الضوء وما هي أنواع المواد العضوية الممكن استخدامها ونتعرف أيضا على أداء الدايودات العضوية بالمقارنة مع التقنيات الأخرى المستخدمة لإنتاج شاشات العرض.

مكونات الدايودات العضوية باعثة الضوء

تشبه الدايودات العضوية OLED الدايودات التقليدية LED في إنها أجهزة من مواد شبه موصلة لا يزيد سمكها عن ال500 نانومتر (حيث إن النانو متر يساوي 1X10^-9m) أي اصغر بـ 200 مرة سمك شعرة الإنسان.  الدايودات العضوية يمكن أن تتكون من طبقتين أو ثلاثة طبقات من المواد العضوية.  وفي هذه المقالة سوف نركز فقط على النوع المكون من طبقتين.

 كيف تعمل شاشات OLED البلاستيكية

يتكون الدايود العضوي من الأجزاء التالية:

(1) القاعدة Substrate وهي من طبقة رقيقة تستخدم كدعامة للدايود العضوي وتتكون إما من البلاستيك النقي أو من الزجاج أو من شريحة رقيقة من المعدن.

اعلانات جوجل

(2) الأنود Anode وهو يستخدم لانتزاع الالكترونات لتوفير الالكترونات الحرة والفجوات عندما يمر التيار الكهربائي خلال الشريحة.

(3) طبقات المادة العضوية وهي طبقات مكونة من جزيئات عضوية أو من البوليمر وتكون هذه الطبقات هي:

طبقة التوصيل Conductinglayer تتكون هذه الطبقة من جزيئات بلاستيك عضوية مثل مادة الـ polyaniline تقوم بنقل الفجوات من الانود.

طبقة الإشعاع Emissivelayer هذه أيضا طبقة تتكون من جزئيات بلاستيك عضوية ولكن من مادة مختلفة وهي مادة الـ polyfluorene وتقوم هذه الطبقة بنقل الالكترونات من الكاثود.  وفي هذه الطبقة تنطلق الفوتونات الضوئية.

(4) الكاثود Cathode يقوم الكاثود بإدخال الالكترونات عندما يمر التيار الكهربائي في الشريحة ومن الممكن أن تكون طبقة الكاثود شفافة أو لا حسب نوع OLED المستخدم.

تقنيات تصنيع الدايودات OLEDs

تعتبر أصعب مرحلة في تصنيع شاشات عرض الدايودات العضوية باعثة الضوء هي مرحلة وضع الطبقة العضوية على شريحة القاعدة وهذه تتم من خلال احد تقنيات إنتاج الأغشية الرقيقة وتستخدم لذلك احد الطرق الثلاثة التالية:

اعلانات جوجل

الترسيب بواسطة التبخير في الفراغ Vacuum deposition أو vacuum thermal evaporation وهي عبارة عن وضع طبقة رقيقة من المادة العضوية بواسطة التسخين لتبخير المادة وترسيبها على طبقة القاعدة في مفرغة هواء خاصة، ثم تترك المادة تبرد ببطء على الشريحة.  وتعتبر هذه الطريقة من الطرق الصعبة والمكلفة.

كيف تعمل شاشات OLED البلاستيكية

الترسيب بواسطة طور البخار العضوي Organic vapor phase deposition. وتتم في ضغط منخفض وحرارة عالية يمرر غاز يحمل جزيئات المادة العضوية التي تترسب على طبقة القاعدة الباردة في صورة غشاء رقيق.  واستخدام الغاز الحامل يعمل على رفع كفاءة هذه التقنية ويقلل من تكاليف إنتاج الـ OLEDs.

الطباعة بقاذفة الحبر Inkjet printing وهي تستخدم تقنيات الطابعات قاذفة الحبر حيث ترش الديودات العضوية باعثة الضوء على طبقة القاعدة كما يتم رش الحبر على الورق. وتعتبر هذه الطريقة الأكثر انتشارا والأقل تكلفة ويمكن استخدامها لإنتاج شاشات عرض تصل لـ 80 انش.

اعلانات جوجل

 كيف تعمل شاشات OLED البلاستيكية

 كيف تنتج الدايودات العضوية الضوء؟

اعلانات جوجل

تشبه طريقة تحرير الضوء في الدايودات العضوية OLED الدايودات التقليدية LED وتسمى هذه الظاهرة التي تنتج فيها الضوء باسم التوهج الفسفوري الكهربي electrophosphorescence 

 كيف تعمل شاشات OLED البلاستيكية

ولتوضيح ما يحدث في هذه الظاهرة تتبع الخطوات التالية:

(1) يتم تطبيق فرق جهد على طرفي شريحة الـ  OLEDوذلك من خلال بطارية أو مزود للطاقة الكهربية.

(2) يتدفق التيار الكهربي (سيل من الالكترونات) عبر الشريحة من الكاثود إلى الانود خلال الطبقة العضوية.

يزود الكاثود الطبقة العضوية والتي تعرف باسم طبقة الإشعاع emissivelayers بالالكترونات

يقوم الانود بسحب الالكترونات من طبقة التوصيل في المادة العضوية ويترك مكان كل إلكترون فجوة hole.

(3) عند الحدود الفاصلة بين طبقة الإشعاع وطبقة التوصيل يندمج كل إلكترون مع فجوة وتتحرر طاقة في صورة فوتون.

(4) ينطلق الضوء من الدايود العضوي.

(5) لون الضوء المنطلق يعتمد على نوع جزيئات الماجة العضوية في طبقة الإشعاع.  ويقوم المصنعون في هذه الحالة بإضافة أنواع مختلفة من الطبقات في نفس شريحة OLED للحصول على شاشات عرض ملونة.

(6) تعتمد شدة الضوء وبريقه على كمية التيار الكهربي المطبق فكلما زاد التيار الكهربي كلما زادت شدة الضوء. 

أنواع الدايودات العضوية

هناك عدة أنواع من الدايودات العضوية هي 

(1)Passive-matrix OLED 

(2) Active-matrix OLED

(3) Transparent OLED

(4) Top-emitting OLED

(5) Foldable OLED

(6)White OLED 

وسنقوم الآن بشرح موجز لكل نوع من الأنواع الموضحة أعلاه

النوع الأول: Passive-matrix OLED PMOLED

يكون في هذا النوع الكاثود وطبقة المادة البلاستيكية العضوية والأنود من شرائح.  حيث يتم ترتيب شرائح والأنود عمودية على شرائح الكاثود وتقاطعهما يكون عنصر الصورة البكسيل pixels حيث يتم ينبعث منها الضوء.  تستخدم دائرة كهربية تزود شرائح الكاثود والأنود بالتيار الكهربي، لتحدد بالضبط أي بكسيل يحرر الضوء. وكما ذكرنا يتم التحكم بشدة الضوء من خلال التحكم بقيمة التيار الكهربي.

كيف تعمل شاشات OLED البلاستيكية

يعتبر هذا النوع PMOLEDs سهل التصنيع ولكن يستهلك كمية أكبر من الطاقة الكهربية بالمقارنة بالأنواع الأخرى التي سنتحدث عنها، وذلك لأننا نستخدم دائرة كهربية خارجية لتزويد الشريحة بالتيار الكهربي.  ويستخدم هذا النوع عموما في الشاشات الصغيرة المستخدمة لعرض النصوص والتي لا يزيد حجمها عن 3 انش مثل تلك المستخدمة في شاشات التلفون المحمول وشاشات مشغل الموسيقى MP3.  وتجدر الإشارة إلى أن استهلاك هذا النوع للكهرباء اقل من شاشات LCD.

النوع الثاني: Active-matrix OLED AMOLED

يتكون هذا النوع من طبقة كاملة تشكل طبقة الكاثود وطبقة كاملة للمادة البلاستيكية العضوية وطبقة أخرى للأنود ولكن طبقة الأنود توجد فوق طبقة رقيقة من الترانزستورات TFT تشكل مصفوفة.  وتعتبر طبقة الترانزستورات هي التي تزود كل بكسيل بالتيار الكهربي الذي يسبب في توليد الضوء من البكسيل لتتكون الصورة.

كيف تعمل شاشات OLED البلاستيكية

يستهلك هذا النوع طاقة اقل من النوع الأول وذلك لان الترانزستورات تستهلك طاقة اقل من الطاقة التي تستهلكها الدائرة الكهربية الخارجية.  ولهذا يعتبر هذا النوع أكثر كفاءة لإنتاج شاشات عرض كبيرة.  ويكون معدل التحديث refresh اكبر مما يجعل هذا النوع انسب لتشغيل أفلام الفيديو.  ويستخدم هذا النوع في شاشات الكمبيوتر وشاشات التلفزيون الكبيرة.

النوع الثالث: Transparent OLED

تتكون طبقة الكاثود والانود وطبقة القاعدة من مادة شفافة وتكون إما من النوع الأول أو النوع الثاني حسب الغرض المراد منها ويعتبر هذا النوع الأنسب لشاشات المساعدة في القيادة المستخدمة في الطائرات الحربية وكذلك بدأ استخدامها في دمجها ضمن نافذة السيارة الأمامية لإظهار المعلومات الهامة أثناء القيادة.

 كيف تعمل شاشات OLED البلاستيكية

كيف تعمل شاشات OLED البلاستيكية كيف تعمل شاشات OLED البلاستيكية

 

النوع الرابع: Top-emitting OLED

تكون طبقة القاعدة في هذا النوع إما معتمة أو عاكسة. وتستخدم تصميم active-matrix في عملها.  وتستخدم هذه الشاشات في البطاقات الذكية.

كيف تعمل شاشات OLED البلاستيكية

النوع الخامس: Foldable OLED

تكون طبقة القاعدة من مادة بلاستيكية مرنة خفيفة الوزن.  ويستخدم هذا النوع في الأجهزة المحولة لتجنب تعرضها للكسر. كما يتوقع أن تدخل هذه الشاشات المرنة ضمن صناعة الملابس الحديثة. 

 كيف تعمل شاشات OLED البلاستيكية

 

النوع السادس: White OLED

ينبعث ضوء ابيض من هذا النوع يمتاز بشدة عالية وتوزيع منتظم أكثر من الضوء الصادر عن أنابيب ضوء الفلوريسنت.  ومن المتوقع تصنيع أسطح كبيرة مضيئة تستخدم في المنازل والصالات بدلا من أنابيب الفلوريسنت. وسوف تكون أكثر اقتصادية من ناحية استهلاك الكهرباء.

 كيف تعمل شاشات OLED البلاستيكية

في الجزء التالي من الموضوع سوف نتحدث عن ميزات وعيوب هذه ا لتقنية ومقارنتها مع التقنيات المختلفة الأخرى في إنتاج شاشات العرض.

مزايا تقنية OLED

(1) تستخدم في الوقت الحالي شاشات البلورات السائلة لشاشات التلفزيون الكبيرة وكذلك لشاشات الكمبيوتر في حين تستخدم تقنية LED في شاشات العرض الصغيرة مثل شاشات الساعات الرقمية والأجهزة الالكترونية الصغيرة. وتعتبر تقنية OLEDs متفوقة على كلا النوعين السابقين لأسباب التالية:

(2) مادة البلاستيك المصنعة منها الشاشات OLED اقل سمكاً واقل وزناً وأكثر مرونة من تلك المستخدمة في LED وفي LCD.

(3) طبقة القاعدة في الـ OLED من البلاستيك وهي تعطيها خاصية المرونة بالمقارنة مع طبقة القاعدة في الـ LED وفي LCD المصنوعة من الزجاج.

(4) OLED تنتج الضوء بشدة أعلى من LED وذلك لان طبقة البوليمر المستخدمة رقيقة جدا مما تسمح لكمية الضوء المتحررة النفاذ بدون امتصاص أو إعاقة.

(5) لا تحتاج OLED إضاءة خلفية كما هو الحال في شاشات البلورات السائلة.  حيث تعتمد شاشات البلورات السائلة في إظهار الصورة عن طريق حجب الضوء في مناطق معينة حسب الصورة التي يظهرها ولكن في حالة OLED فان الصورة تتكون من الضوء الذي تحرر من الدايودات نفسها ولذلك فهي تستهلك طاقة كهربية اقل وهذا سيكون أثره على أجهزة الهواتف المحمولة والكمبيوترات الدفترية.

(6) OLED أسهل في التصنيع مع إمكانية إنتاجها في أحجام كبيرة بالمقارنة مع شاشات البلورات السائلة. وذلك لان أساس الـ OLED هو البلاستيك.  

(7) تمتلك شاشات OLEDs درجة كبيرة من العرض field of view حيث تصل إلى 170 درجة وهي اكبر من زاوية عرض شاشات البلورات السائلة.

عيوب ومشاكل مع OLED

بالرغم من إننا في العرض السابق قد ظهر فيه إن هذه التقنية هي الأمثل لشاشات العرض المستقبلية ولكن هناك بعض المشاكل التي تعيق ذلك وهي 

(1) العمر الزمني lifetime حيث تتراوح فترة عمر هذه الشاشات بين 10,000 إلى 40,000 ساعة عمل إلا أن الطبقة العضوية المنتجة للون الأزرق اقصر بكثير من ذلك حيث تكون في حدود 1,000ساعة فقط وهذا يسبب مشكلة في هذا النوع من الشاشات فبعد 1000 ساعة عمل سوف يبدأ اللون الأزرق من الاختفاء من الصورة.

(2) تعتبر تقنية إنتاج وتصنيع هذه الشاشات مكلفة جدا في الوقت الحالي.

(3) يشكل الماء خطرا على هذه الشاشات.

التطبيقات الحالية والمستقبلية للـ OLED

تستخدم حالياً شاشات OLED في أجهزة الجوالات وأجهزة PDAs والكاميرات الرقمية.  وقد أعلنت شركة سوني في عام 2004 إنها بدأت في إنتاج شاشات OLED لأجهزة التسلية الشخصية المحمولة.

كيف تعمل شاشات OLED البلاستيكية 

OLED display for Sony Clie

وتستخدم شركة كوداك شاشات OLED في العديد من شاشات كاميراتها الرقمية.

 كيف تعمل شاشات OLED البلاستيكية

Kodak LS633 EasyShare with OLED display

كما إن الكثير من الشركات قد أنتجت نماذج تجريبية لشاشات كمبيوتر وشاشات تلفزيونية.  وفي مايو 2005 أنتجت شركة سامسونج شاشة تلفزيون بحجم 40 انش وبسمك صغير جدا، حيث كان التلفزيون مصنوع من OLED.

الباحثون والمطورون في مجال OLED يعدون بالعديد من التطبيقات المستقبلية كشاشات عرض أو كوسائل إعلانية أو كمصادر إنارة في المنازل والمكاتب لما تتمتع به هذه الشاشات من درجة عالية من المرونة.  فقد يمكن أن تستخدم كجريدة الكترونية يمكن أن تحصل على الأخبار السريعة والعاجلة وتقرأها وعندما تنتهي منها تطويها وتضعها في جيبك أو في حقيبتك كما تفعل مع الجريدة الورقية. 

للمزيد من المعلومات حول OLED يرجى الاطلاع على المواقع التالية:

الدكتور حازم فلاح سكيك

د. حازم فلاح سكيك استاذ الفيزياء المشارك في قسم الفيزياء في جامعة الازهر – غزة | مؤسس شبكة الفيزياء التعليمية | واكاديمية الفيزياء للتعليم الالكتروني | ومنتدى الفيزياء التعليمي

مقالات ذات صلة

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

هذا الموقع يستخدم Akismet للحدّ من التعليقات المزعجة والغير مرغوبة. تعرّف على كيفية معالجة بيانات تعليقك.

زر الذهاب إلى الأعلى