شاشات البلازما

كلمة بلازما لدى معظم الناس تعني فقط أنها الحالة الرابعة من المادة وهي توجد فقط في تفاعلات الاندماج النووي التي تحدث في أعماق النجوم وعلى أسطحها أو تلك التي تحدث في المفاعلات النووية الاندماجية حيث درجات الحرارة العالية والضغط المرتفع، ولكن هناك العديد من الصناعات التكنولوجية المعقدة جدا تعتمد اعتمادا كليا على استخدام البلازما المصنعة في المختبر، من هذه الصناعات صناعة الدوائر الالكترونية المتكاملة وصناعة شاشات البلازما التلفزيونية المسطحة وتصنيع الماس وعمل رقائق وأسلاك من المواد فائقة التوصيل للكهرباء وكذلك في تحويل الغازات السامة إلى غازات نافعة هذا فضلا عن دراسة وفهم أسرار الكون الفسيح. في هذا المقال سوف نلقي الضوء على البلازما وأحد استخداماتها وهو صناعة شاشات التلفزيون المسطحة.
معظم المواد في الطبيعة توجد في ثلاث حالات هي، الصلبة والسائلة والغازية ويمكن تحويل المادة من حالة إلى أخرى إما بتغيير درجة الحرارة أو الضغط، وفي كل هذه الحالات تكون ذرات المادة محتفظة بالكتروناتها مرتبطة بها بقوى تجاذب كهربائية. ولكن هناك حالة رابعة للمادة وهي تكون على صورة غاز وهذا الغاز يحتوي على خليط من أعداد متساوية من الأيونات الموجبة الشحنة والإلكترونات السالبة. هذا الخليط .يسمى البلازما (Plasma) والبلازما حالة غير مستقرة ولذلك فإن قوة التجاذب الكهربائية تعمل على إعادة اتحاد الشحنات الموجبة والسالبة مع بعضها البعض، وتكون نتيجة ذلك انطلاق ضوء ذو تردد معين يعتمد على مستويات طاقة الذرات المكونة لمادة البلازما.

إن 99% من المواد الموجودة في هذا الكون الفسيح توجد على شكل بلازما. هذه البلازما تكون عند درجات حرارة عالية وكثافة عالية أيضا، وتتغير هذه الظروف من مكان إلى آخر، فعلى سبيل المثال تبلغ درجة حرارة مركز الشمس عشرة ملايين درجة مئوية بينما تصل درجة الحرارة إلى ستة ألاف درجة مئوية في طبقة الفوتوسفير وإلى 100 ألف درجة مئوية في طبقة الكروموسفير وتتراوح بين مليونين إلى 20 مليون درجة مئوية في طبقات هالة الشمس المختلفة، ومن هنا فإن البلازما داخل الشمس تختلف تماما عن خارجها. ولكن على الكرة الأرضية توجد المادة غالبا في الحالة الصلبة، وطبقات الغلاف الجوي عبارة عن غاز غير متأين، أي أنه لا يوجد حالة بلازما طبيعية على سطح الأرض. ولكن هل يمكن عمل بلازما في المقال تحت ضوء مصباح فلوريسنت (النيون) فإن مصدر هذا الضوء هو عبارة عن بلازما مصنعة، فعند مرور التيار الكهربائي داخل غاز (غاز الزئبق) تحت ضغط منخفض فإنه يعمل على تأين الغاز مخلفا خليطا من الأيونات الموجبة والالكترونات، ما تلبث أن تتحد مع بعضها البعض وتكون النتيجة انبعاث الضوء الساطع، وتستمر هاتان العمليتان (التأين والاتحاد) طالما استمر التيار الكهربائي في السريان. وهذا مثال على مصدر بلازما ذات درجة حرارة منخفضة موجود في بيتك. اهتم علماء فيزياء الفلك قديما وحتى يومنا هذا بكشف أسرار الكون وفهم ماذا يحدث على سطح الشمس والنجوم الأخرى. لذلك حاولوا تصنيع نفس البلازما الموجودة في النجوم داخل المختبر، ولصنع هذه البلازما طوروا أجهزة مختلفة قادرة على توليد طاقة هائلة لإنتاج بلازما بنفس ظروف البلازما الموجودة في الطبيعة، وكان احد هذه الأجهزة هو جهاز التوكاماك أو الاحتواء المغناطيسي Magnitec - confinement devices وتمت معرفة معلومات كثيرة عن تركيب وفهم السطح الخارجي للغلاف الشمسي. ولكن ماذا عن البلازما الموجودة داخل الشمس ذات درجات الحرارة العالية جدا. كيف يمكن تصنيعها في المختبر؟ في الحقيقة وحتى عهد قريب وبتطور أجهزة الليزر أصبح بالامكان الحصول على بلازما مشابهة لتلك الموجودة في النجوم.

الحصول على البلازما بواسطة أشعة الليزر

نعلم أن الضوء هو عبارة عن تذبذب مجالين متعامدين أحدهما كهربائي والأخر مغناطيسي (مجال كهرومغناطيسي). والليزر ما هو إلا عبارة عن ضوء له خصائص مميزة تجعل شدة إشعاعه (الطاقة لكل وحدة مساحات في وحدة الزمن) تزداد بزيادة المجال الكهربائي والمغناطيسي لموجاته. ولكن هل يمكن أن يكون الضوء الناتج من أشعة الليزر أقوى من الأجسام الصلبة؟ إن شدة المجال الكهربائي لشعاع الليزر تبلغ (5×1110 v/m) عندما تكون شدة إشعاعه( 3×2010 w/m2 )وفي أيامنا هذه تصل شدة إشعاع بعض أنواع الليزر إلى ما يقارب ( 2210 w/m2 ) وبالمقارنة بشدة إشعاع مصباح كهربائي عادي (60 w ) على بعد متر أو مترين فهي لا تزيد عن (0,1 w/m2 ) حيث أن المجال الكهربائي لهذه الأشعة يفوق بكثير المجال الكهربائي الذي يربط ذرات المواد الصلبة بعضها ببعض وبذلك فإن المجال الكهربائي لشعاع الليزر سوف يؤثر على الكترونات المواد الصلبة ويفصلها عن الذرات تاركا أيونات موجبة وبهذا يحول الليزر جزء من المادة الصلبة إلى حالة بلازما.
يتضح مما سبق أنه يمكن استخدام أشعة الليزر المركزة لإنتاج بلازما عند درجات حرارة عالية جدا داخل المختبر وبتكلفة قليلة. ولهذا النظام العديد من التطبيقات الهامة في مجال فيزياء الفلك حيث يتم اختيار نوع مادة الهدف وتصميمه بشكل هندسي معين حتى تكون البلازما الناتجة في المختبر مشابهة لظروف البلازما الحقيقية للنجم المراد دراسته.

الشاشات المسطحة أحد التطبيقات الصناعية للبلازما

يعود مبدأ عمل شاشات البلازما إلى العام 1964 في جامعة الينويز الأمريكية، ولم تكن الفكرة اكبر من شاشة مكونة من نقطة ضوء. ومنذ ذلك الوقت وحتى نهاية الستينات العمل على تطوير شاشة متكاملة من نقط الضوء هذه وهذه الشاشة كانت صغيرة وتعطي صور غير واضحة وكانت فكرة الحصول على شاشة مسطحة وكبيرة وجودة عالية في ذلك الوقت كمشهد من الخيال العلمي، ولكن مع تطور العالم الرقمي تم الوصول إلى شاشات عالية الجودة وتغطي مساحة كبيرة. وظهرت حديثا شاشات تلفزيونية من نوع أخر تسمى شاشات البلازما Plasma flat panel display . هذه الشاشات يمكن أن تصل إلى 60 انش أو أكثر وسمكها لا يزيد عن 15 سنتيمتر ويمكن تعليقها على الجدار كالصورة هذا بالإضافة إلى العديد من المزايا والخصائص التي تعطي رفاهية ومتعة مشاهدة أكثر من التلفزيونات التقليدية.
وللتعرف أكثر 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. Cathode ray tube حيث تتكون شاشات الكاثود من مدفع الكتروني في أنبوبة مفرغة وتنطلق الالكترونات المسرعة باتجاه شاشة فسفورية، وباستخدام مجالين كهربيين متعامدين يمكن مسح الشعاع الالكتروني على الشاشة بمعدل يصل إلى 25 مرة في الثانية، تعمل الالكترونات عند سقوطها على ذرات الفسفور المؤينة 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 واضحة ومقبولة ولكن حجم الشاشة كبير مما يعني عمق كبير لجهاز التلفزيون ووزن الجهاز الكبير بالإضافة إلى أنه يشغل حيز كبير من الغرفة الموجود بها.

ما هي شاشة البلازما

نعلم أن شاشات الكاثود في التلفزيون الملون تعمل من خلال تقسيم الشاشة إلى مربعات صغيرة pixelتسمى البكسل وهو عنصر الصورة ويكون هناك ثلاثة بيكسلات لكل من الألوان الأساسية وهي الأحمر والأخضر والأزرق وتكون موزعة على مساحة الشاشة وعند اصطدام الالكترونات بأي من هذه البكسلات يعطي ضوء بلون البكسل وهذا يكون الصورة تعمل شاشات البلازما بنفس الآلية حيث يوجد يتكون كل بكسل من ثلاث ألوان (الأحمر والأخضر والأزرق) ولكن لا يوجد الشعاع الالكتروني ولا توجد الشاشة الفسفورية إنما يتم توليد هذه الألوان الثلاثة في كل بكسل من fluorescent lightsخلال

ضوء فلوريسنت ومن خلال التحكم ودرجة شدة كل ضوء فلوريسنت ينتج اللون المطلوب وهذا يحدث على كل بكسلات الشاشة وعندها تتكون الصورة الكاملة. يتم توليد ضوء الفلوريسنت من خلال البلازما التي تحدث في ظروف خاصة مثل أن يكون الغاز داخل مجال كهربائي كبير ناتج عن فرق جهد عالي مما يؤدي إلى انجذاب الالكترونات إلى الطرف الموجب والأيونات إلى الطرف السالب فتصطدم الالكترونات مع الايونات مما يؤدي إلى 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 فوق البنفسجية التي لا ترى بالعين المجردة ولكن هذه الفوتونات تستخدم للإثارة للحصول على فوتونات بترددات في المدى المرئي. تتوزع ذرات النيون وذرات الزينون على ألاف الخلايا المحصورة بين لوحين من الزجاج المنطقة رقم (2) و (6) الموضحة في الشكل (1). يتصل باللوح الزجاجي الأمامي (2) الكترود يسمى الكترود العرض Display Electrode ويتصل باللوح الزجاجي الخلفي (6) الكترود العنونة Address Electrode وبالتالي تصبح كل خلية ضوئية (تحتوي على ذرات النيون والزينون) محاطة بالكترود العرض من الأمام والكترود العنونة من الخلف.

ميزات شاشات البلازما التلفزيونية

à وزن الشاشة خفيف ومسطحة تماماً وسمكها لا يزيد عن 15 سنتيمتر مما يجعل تعليقها على الجدران ممكن.
àمدى رؤية كبير يصل إلى 160 درجة وصورة واضحة وألوان زاهية ودقة عالية.
à لا تتأثر بالمجالات المغناطيسية حولها وبالتالي يمكن تثبيت نظام سمعي عالي الجودة دون القلق على التأثير المغناطيسي للسماعات على الشاشة.

عيوب شاشات البلازما التلفزيونية

هذه الشاشات تصنيعها معقد وتكنولوجيا متقدمة وباهظة الثمن حيث سعرها يتراوح من 4000 دولار إلى 15 ألف دولار ولكن نأمل انخفاض السعر تدريجياً مع انتشارها واستبدالها بالشاشات التقليدية.

يعود مبدأ عمل شاشات البلازما إلى العام 1964 في جامعة الينويز الأمريكية، ولم تكن الفكرة اكبر من شاشة مكونة من نقطة ضوء. ومنذ ذلك الوقت وحتى نهاية الستينات العمل على تطوير شاشة متكاملة من نقط الضوء هذه وهذه الشاشة كانت صغيرة وتعطي صور غير واضحة وكانت فكرة الحصول على شاشة مسطحة وكبيرة وجودة عالية في ذلك الوقت كمشهد من الخيال العلمي، ولكن مع تطور العالم الرقمي تم الوصول إلى شاشات عالية الجودة وتغطي مساحة كبيرة. وظهرت حديثا شاشات تلفزيونية من نوع أخر تسمى شاشات البلازما Plasma flat panel display . هذه الشاشات يمكن أن تصل إلى 60 انش أو أكثر وسمكها لا يزيد عن 15 سنتيمتر ويمكن تعليقها على الجدار كالصورة هذا بالإضافة إلى العديد من المزايا والخصائص التي تعطي رفاهية ومتعة مشاهدة أكثر من التلفزيونات التقليدية.
وللتعرف أكثر 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. Cathode ray tube حيث تتكون شاشات الكاثود من مدفع الكتروني في أنبوبة مفرغة وتنطلق الالكترونات المسرعة باتجاه شاشة فسفورية، وباستخدام مجالين كهربيين متعامدين يمكن مسح الشعاع الالكتروني على الشاشة بمعدل يصل إلى 25 مرة في الثانية، تعمل الالكترونات عند سقوطها على ذرات الفسفور المؤينة 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 واضحة ومقبولة ولكن حجم الشاشة كبير مما يعني عمق كبير لجهاز التلفزيون ووزن الجهاز الكبير بالإضافة إلى أنه يشغل حيز كبير من الغرفة الموجود بها.

ما هي شاشة البلازما

نعلم أن شاشات الكاثود في التلفزيون الملون تعمل من خلال تقسيم الشاشة إلى مربعات صغيرة pixelتسمى البكسل وهو عنصر الصورة ويكون هناك ثلاثة بيكسلات لكل من الألوان الأساسية وهي الأحمر والأخضر والأزرق وتكون موزعة على مساحة الشاشة وعند اصطدام الالكترونات بأي من هذه البكسلات يعطي ضوء بلون البكسل وهذا يكون الصورة تعمل شاشات البلازما بنفس الآلية حيث يوجد يتكون كل بكسل من ثلاث ألوان (الأحمر والأخضر والأزرق) ولكن لا يوجد الشعاع الالكتروني ولا توجد الشاشة الفسفورية إنما يتم توليد هذه الألوان الثلاثة في كل بكسل من fluorescent lightsخلال
ضوء فلوريسنت ومن خلال التحكم ودرجة شدة كل ضوء فلوريسنت ينتج اللون المطلوب وهذا يحدث على كل بكسلات الشاشة وعندها تتكون الصورة الكاملة. يتم توليد ضوء الفلوريسنت من خلال البلازما التي تحدث في ظروف خاصة مثل أن يكون الغاز داخل مجال كهربائي كبير ناتج عن فرق جهد عالي مما يؤدي إلى انجذاب الالكترونات إلى الطرف الموجب والأيونات إلى الطرف السالب فتصطدم الالكترونات مع الايونات مما يؤدي إلى 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 فوق البنفسجية التي لا ترى بالعين المجردة ولكن هذه الفوتونات تستخدم للإثارة للحصول على فوتونات بترددات في المدى المرئي. تتوزع ذرات النيون وذرات الزينون على ألاف الخلايا المحصورة بين لوحين من الزجاج المنطقة رقم (2) و (6) الموضحة في الشكل (1). يتصل باللوح الزجاجي الأمامي (2) الكترود يسمى الكترود العرض Display Electrode ويتصل باللوح الزجاجي الخلفي (6) الكترود العنونة Address Electrode وبالتالي تصبح كل خلية ضوئية (تحتوي على ذرات النيون والزينون) محاطة بالكترود العرض من الأمام والكترود العنونة من الخلف.
ميزات شاشات البلازما التلفزيونيةà وزن الشاشة خفيف ومسطحة تماماً وسمكها لا يزيد عن 15 سنتيمتر مما يجعل تعليقها على الجدران ممكن.àمدى رؤية كبير يصل إلى 160 درجة وصورة واضحة وألوان زاهية ودقة عالية.à لا تتأثر بالمجالات المغناطيسية حولها وبالتالي يمكن تثبيت نظام سمعي عالي الجودة دون القلق على التأثير المغناطيسي للسماعات على الشاشة.

تسلم يا بطل

الف شكر يا رائع .

» شاشات البلازما وال L C D
» عطل في شاشة البلازما
» تصنبع التليفزيونات البلازما