فکرة عمل شاشات البلازما

مبدأ عمل شاشات البلازما یعود إلى العام 1964 فی جامعة الینویز الأمریکیة، ولم تکن الفکرة اکبر من شاشة مکونة من نقطة ضوء و منذ ذلک اوقت وحتى نهایة الستینات کان العمل على تطویر شاشة متکاملة من نقط الضوء هذه وهذه الشاشة کانت صغیرة وتعطی صور غیر واضحة وکانت فکرة الحصول على شاشة مسطحة وکبیرة وجودة عالیة فی ذلک الوقت کمشهد من الخیال العلمی، ولکن مع تطور العالم الرقمی تم الوصول إلى شاشات عالیة الجودة وتغطی مساحة کبیرة حدیثا سمعنا على شاشات تلفزیونیة من نوع اخر تسمى شاشات البلازما plasma flat panel display هذه الشاشات یمکن ان تصل الى 60 انش أو أکثر وسمکها لا یزید عن 15 سنتیمتر ویمکن تعلیقها على الجدار کالصورة هذا بالاضافة إلى العدید من المزایا والخصائص التی تعطی رفاهیة ومتعة مشاهدة أکثر من التلفزیونات التقلیدیة.
وللتعرف اکثر على فکرة عمل هذه الشاشات التی بدأت تنتشر بکثرة یجب اولاً أن نلقى بعض الضوء على فکرة عمل الشاشات التقلیدیة. فمنذ أکثر من 70 عاماً اعتمدت اجهزة التلفزیون على شاشات الکاثود Cathod ray tube. حیث تتکون شاشات الکاثود من مدفع الکترونی فی انبوبة مفرغة وتنطلق الالکترونات المعجلة باتجاه شاشة فسفوریة، وباستخدام مجالین کهربیین متعامدین یمکن مسح الشعاع الالکترونی على الشاشة بمعدل یصل الى 25 مرة فی الثانیة، تعمل الالکترونات عند سقوطها على ذرات الفسفور للشاشة على اثارتها مما تجعلها تعطی ضوء لتتخلص من اثارتها. هذا الضوء المنبعث من تلک العناصر الضوئیة (ذرات الفسفور) تکون الصورة التی نشاهدها. هذه الصورة التی نحصل علیها من شاشات الکاثود صورة واضحة ومقبولة ولکن حجم الشاشة الکبیر مما یعنی عمق کبیر لجهاز التلفزیون ویصبح الجهاز ثقیل ویشغل حیز کبیر من الغرفة الموجود بها.

ماهی البلازما؟
نعلم ان شاشات الکاثود فی التلفزیون الملون تعمل من خلال تقسیم الشاشة إلى مربعات صغیرة تسمى البکسل pixelوهو عنصر الصورة ویکون هناک ثلاثة بیکسلات لکل من الالوان الاساسیة وهی الأحمر والأخضر والأزرق وتکون موزعة على مساحة الشاشة وعند اصطدام الالکترونات بأی من هذه البکسلات یعطی ضوء بلون البکسل و مجموعة البکسلات الهائلة تکون الصورة .
تعمل شاشات البلازما بنفس الآلیة حیث یتکون کل بکسل من ثلاث ألوان (الأحمر والأخضر والأزرق) ولکن لا یوجد الشعاع الالکترونی ولا یوجد الشاشة الفوسفوریة انما یتم تولید هذه الالوان الثلاثة فی کل بکسل من خلال fluorescent lights ضوء فلورسنت ومن خلال التحکم ودرجة شدة کل ضوء فلورسنت ینتج اللون المطلوب وهذا یحدث على کل بکسلات الشاشة وعندها تتکون الصورة الکاملة.
یتم تولید ضوء الفلورسنت من خلال البلازما، والبلازما هی غاز متأین حیث تکون ذرات الغاز منزوعة منها الکتروناتها ویصبح الغاز مکون من ایونات موجبة الشحنة والکترونات سالبة الشحنة. وبالطبع هذا الغاز (البلازما) یحدث فی ظروف خاصة مثل أن یکون الغاز داخل مجال کهربی کبیر ناتج عن فرق جهد عالی مما یؤدی إلى انجذاب الالکترونات إلى الطرف الموجب والأیونات إلى الطرف السالب فتصطدم الالکترونات مع الایونات مما یؤدی الى أثارة ذرات الغاز فی البلازما وینتج عن هذه الاثارة تحرر طاقة فی صورة فوتونات ضوئیة کما هو الحال فی المصابیح الفلوریسنت التی نستخدمها للاضاءة.
یتم فی شاشات البلازما استخدام غاز مکون من ذرات النیون وذرات الزینون وعند اثارة هذا الغاز بالطریقة سابقة الذکر نحصل على فوتونات فی مدى الترددات الفوق بنفسجیة التی لا ترى بالعین المجردة ولکن هذه الفوتونات تستخدم للاثارة للحصول على فوتونات بترددات فی المدى المرئی.

نظرة أعمق فی فکرة عمل شاشات البلازما
تتوزع ذرات النیون وذرات الزینون على ألاف الخلایا المحصورة بین لوحین من الزجاج المنطقة رقم (2) و (6) الموضحة فی الشکل. یتصل باللوح الزجاجی الأمامی (2) الکترود یسمى الکترود العرض Display Electrode ویتصل باللوح الزجاجی الخلفی (6) الکترود العنونة Address Electrode. وبالتالی تصبح کل خلیة ضوئیة (تحتوی على ذرات النیون والوینون) محاطة بالکترود العرض من الامام والکترود العنونة من الخلف.
فکرة عمل شاشات البلازما

تحیط مادة عازلة غیر موصلة للکهرباءdielectric material الکترود العرض ومغطاة بطبقة واقیة من اکسید الماغنیسیوم لتکون بین الخلیة الضوئیة ولوح الزجاج الأمامی.
کما هو موضح فی الشکل المقابل اللون الأصفر للالکترود الأمامی والخلفی والخلایا ضوئیة الموضحة باللون الأزرق ویوجد بجانبها خلیة ضوئیة خضراء وأخرى حمراء، کذلک موضح الطبقة الواقیة الشفافة من MgO.
فکرة عمل شاشات البلازما

بنظرة شمولیة اکثر نلاحظ فی الشکل التالی کیف تترتب الخلایا الضوئیة على مساحة الشاشة وتقسم الشاشة الى وحدات صغیرة تسمى عناصر الصورة وتدعى بکسل وکل بکسل عبارة عن ثلاثة خلایا ضوئیة للألوان الأحمر والأخضر والأزرق. ونلاحظ أیضا اشرطة الالکترود (اللون الاصفر) بحیث تکون مرتبة فی صفوف متوازیة ویکون الکترود العنونة ممدد على طول الخلایا الضوئیة ذات اللون الواحد ویکون الکترود العرض ممددا على طول البکسل.وهذا یکون على طول وعرض الشاشة مما یشکل فی النهایة شبکة من الالکترود
فکرة عمل شاشات البلازما

وعملیة تأین الغاز فی داخل ایة خلیة ضوئیة یتحکم فیه کمبیوتر خاص للشاشة حیث یتحکم فی توجیه الشحنة الکهربیة الى الالکترودین المتعامدین فیحدث التفریغ الکهربی فی تلک الخلیة وتتکرر هذه العملیة الاف المرات فی جزء من الثانیة.
عندما یشحن الالکترودین المتعامدین (المتقاطعین) یصبح هناک فرق جهد بینهما فیمر تیار کهربی فی تلک الخلیة الضوئیة التی تحتوی غاز النیون والزینون فیتأین الغاز ویتحول إلى بلازما وتنطلق اشعة کهرومغناطیسیة (فوتونات) فوق بنفسجیة.
تعمل الاشعة الفوق بنفسجیة المنطلقة من البلازما على اثارة المادة الفسفوریة المغلفة للخلیة الضوئیة حیث تمتص الکترونات ذرات الفسفور فوتون الاشعة فوق البنفسجیة وینتقل الالکترون الى مستویات طاقة أعلى وعند عودة الالکترون المثار الى مستوى طاقته الأصلی یعطی ضوء فی المدى المرئی.
کما ذکرنا سابقا فإن کل بکسل مکون من ثلاث خلایا ضوئیة وکل خلیة ضوئیة مغلفة من الداخل بمادة فسفوریة تعطی ضوء أحمر والثانیة تعطی ضوء أخضر والثالثة تعطی الضوء الأزرق (أی أن هناک ثلاث انواع مختلفة من الفسفور لکل خلیة لیعطی الألوان الأساسة).
وبالتحکم بشدة تیار النبضات الکهربیة الموجهة بواسطة الکمبیوتر إلى الخلایا الضوئیة المختلفة یمکن الحصول على خلیط من الألوان الاساسیة لتعطی فی المحصلة کل الالوان الممکنة. وحیث أن التحکم یصل إلى کل بکسل فإن الصورة الناتجة من الشاشة ذات دقة عالیة مهما کانت الزاویة التی ننظر إلیها إلى الشاشة.
فکرة عمل شاشات البلازما

میزات شاشات البلازما
وزن الشاشة خفیف ومسطحة تماماً وسمکها لا یزید عن 15 سنتیمتر مما یجعل تعلیقها على الجدران ممکن.
مدى رؤیة کبیر یصل إلى 160 درجة وصورة واضحة والوان زاهیة ودقة عالیة.
لا تتأثر بالمجالات المغناطیسیة حولها وبالتالی یمکن تثبیت نظام سمعی عالی الجودة دون القلق على التأثیر المغناطیسی للسماعات على الشاشة.

عیوب شاشات البلازما
هذه الشاشات تصنیعها معقد وتکنولوجیا متقدمة وباهظة الثمن حیث سعرها یتراوح من 4000 دولار الى 15 ألف دولار ولکن تدریجیا هبط السعر مع انتشارها واستبدالها بالشاشات التقلیدیة، وظهور شاشات فی تقنیات متقدمة مثل LED و LCD
والتی تعد اکثر تطورا واطول عمرا واخف وزنا واقل سمکا .
المصدر : تحقیق راسخون