بقلم : كريج فريدن ريتش
Photo Courtesy: Samsung Electronics
Samsung’s prototype 40-inch OLED TV
تصور إن لديك تلفزيون عالي الوضوح بحجم 80 بوصة وبسمك اقل من ربع بوصة ويستهلك من الطاقة اقل بكثير من معظم أجهزة التلفزيون المتوفرة حاليا في الأسواق مع إمكانية طيه عند عدم استخدامه ؟! . ما رأيك إذا كان سقف سيارتك او بيتك شاشة تلفزيون؟. وماذا تقول اذا كان جزء من ملابسك شاشة كمبيوتر أو تلفزيون ؟ . هذه التصورات ستصبح في المستقبل القريب حقيقة واقعية وذلك بفضل تقنية الثنائيات العضوية الباعثة للضوء أولد ( OLED ).
أولد ( OLED ) عبارة عن عناصر الكترونية من الجزيئات العضوية على شكل رقائق فلمية ولها القدرة على إصدار الضوء إذا ما سلط عليها جهد كهربي. ولأولد ( OLED ) تستطيع ان تعطينا شاشات عرض من العناصر الالكترونية اشد لمعان وأعلى تباين واقل استهلاك للطاقة من نظيراتها المألوفة حاليا الباعثة للضوء مثل LEDs وشاشات العرض الكريستالية السائلة LCDs .
هنا في هذه المقالة سنتعرف على تقنية أولد ( OLED ) كيف تعمل ؟ وأنواعها المتوقعة ؟ ومقارنتها مع التقنيات الأخرى . ومشاكلها وكيفية التغلب عليها ؟
مكونات أولد ( OLED ) :
كما هو الحال بالنسبة للشاشات المصنوعة من الثنائيات الباعثة للضوء LED ال أولد ( OLED ) عبارة عن عناصر الكترونية نصف موصلة تبلغ سماكتها ما بين 100 – 500 نانوميتر, او بعبارة أخرى اصغر من شعرة الإنسان 200 مرة. أولد ( OLED ) تتكون من طبقتين او ثلاث طبقات من المواد العضوية. في التصاميم الأحدث تساعد الطبقة الثالثة على نقل الالكترونات من الطبقة الباعثة للضوء emissive لكننا في هذه المقالة سنركز على التصميم ذو الطبقتين.
تتكون أولد ( OLED ) من الأجزاء التالية :
· الطبقة الأساسية ( زجاج , بلاستيك شفاف او رقاقة معدنية ) وهي التي يثبت عليها ال أولد ( OLED ).
· المصعد ANODE – يعمل المصعد على انتزاع الالكترونات (فتصبح فجوات الكترون HOLES ) عند يمر فيها التيار.
· الطبقات العضوية – تصنع هذه الطبقات من الجزيئات العضوية أو البوليميرات .
· الطبقة الموصلة – تصنع هذه الطبقة من جزيئات بلاستيكية عضوية وتقوم بنقل الفجوات من المصعد. البولينيلين احد البوليميرات المستخدمة كطبقة موصلة في ال أولد ( OLED ).
· الطبقة الباعثة EMISSIVE – هذه الطبقة مصنوعة من جزيئات البلاستيك العضوي ( على العكس من الطبقة الموصلة ) هذه الطبقة تقوم بنقل الالكترونات من المهبط CATHODE ومنها ينبعث الضوء . من أمثلة البوليميرات المستخدمة في هذه الطبقة البولي فلورين.
· المهبط CATHODE – ( قد يكون شفاف او معتم يعتمد ذلك على نوع الاولد) والمهبط يقوم ببعث الالكترونات عند سريان التيار في العنصر.
تصنيع ال أولد ( OLED )
معظم الشركات المصنعة لل أولد ( OLED ) تقوم بتركيب الطبقات العضوية على الطبقة الأساسية بثلاث طرق:-
· الترسيب الفراغي او التبخير الحراري في الفراغ ( VTE ) – توضع الجزيئات العضوية في غرفة مفرغة وتسخن بلطف ( تبخر ) ثم تترك حتى تتكثف على شكل رقائق فلميه على الطبقة الرئيسية المبردة . هذه الطريقة مكلفة وغير كفوئة.
· طور الترسيب للبخار العضوي ( OVPD )- يمرر الغاز الحامل لبخار الجزيئات العضوية على الطبقة الرئيسية المبردة في حجرة تفاعل ساخنة وتحت ضغط منخفض. تتكثف الجزيئات العضوية على الطبقة الرئيسية على شكل رقائق. ان استخدام الغاز الحامل يرفع من كفاءة تصنيع ال أولد ( OLED ) ويقلل من تكاليفها.
· طريقة الطباعة بنفاث الحبر INKJET – باستخدام تقنية نفاث الحبر يتم بخ جزيئات ال أولد ( OLED ) على الطبقة الرئيسية كالحبر تماما عندما يبخ على الورق أثناء الطباعة . هذه التقنية قللت إلى حد كبير تكاليف تصنيع ال أولد ( OLED ) وأتاحت طباعتها على أفلام كبيرة جدا لتصنيع شاشات عرض كبيرة ( تلفزيونات بحجم 80 بوصة ولوحات إعلانية ).
كيف يبعث ال أولد ( OLED ) الضوء
ال أولد ( OLED ) يبعث الضوء بنفس الطريقة التي يبعث بها الثنائي الباعث للضوء LED ضوءه من خلال عملية تسمى الكتروفوسفورشنس Eectrophosphorscence .
عملية بعث الضوء تتم كما يلي:-
1. البطارية أو مصدر التغذية تزود الجهاز الذي يحتوي على ال أولد ( OLED ) ومن ثم يسلط الجهد الكهربي على ال أولد ( OLED ).
2. يسري تيار كهربائي من المهبط إلى المصعد خلال الطبقات العضوية ( التيار الكهربائي عبارة عن سريان الالكترونات ).
a. يزود المهبط الالكترونات للطبقة الباعثة من الجزيئات العضوية .
b. ينتزع المصعد الالكترونات من الطبقة الموصلة من الجزيئات العضوية ( وهذه تكافئ انتقال الفراغات HOLES في الطبقة الموصلة ).
3. في السطح الفاصل بين الطبقة الباعثة وبين الطبقة الموصلة تلتقي الالكترونات بالفراغات.
a. عندما يحتل الإلكترون الفراغ ( ينزل في مستوى للطاقة في الذرة التي فقدت الكترون).
b. في هذه الحالة يطلق الإلكترون طاقة على شكل فوتون ضوئي.
4. يطلق ال أولد ( OLED ) الضوء.
5. يعتمد لون الضوء على نوع الجزئ العضوي في طبقة البعث. قامت الشركات بوضع عدة أنواع من الأفلام العضوية في نفس ال أولد ( OLED ) لإنتاج شاشات ملونة .
6. تعتمد شدة الإضاءة على كمية التيار الكهربائي. فكلما زاد التيار زادت شدة الضوء.
جزيئات أولد ( OLED ) صغيرة مقابل بوليمير أولد ( OLED )
الجزيئات التي استخدمها علماء كوداك في عام 1978 في أول إنتاج لل اولدات ( OLED’s ) كانت عبارة عن جزيئات عضوية صغيرة ومع إنها صغيره إلا انها تطلق ضوء لامع. قام العلماء بترسيبها على طبقة الأساس في الفراغ في عملية تصنيع مكلفة أطلق عليها الترسيب الفراغي ( كما رأينا في القسم السابق ).
منذ عام 1990 قام الباحثون باستخدام جزيئات بوليميرات واسعة لبعث الضوء.في المستقبل ممكن تصنيع البوليميرات بتكاليف زهيدة وعلى شكل أوراق كبيرة , لذلك فهي الأنسب لصنع شاشات ضخمة.
أنواع ال أولد ( OLED )
يوجد العديد من أنواع ال أولد ( OLED ):
· أولد ( OLED ) المصفوفة الخاملة .
· أولد ( OLED ) المصفوفة النشطة.
· ال أولد ( OLED ) الشفاف.
· ال أولد ( OLED ) الباعث للضوء إلى أعلى Top-emitting .
· ال أولد ( OLED ) القابل للطي.
· ال أولد ( OLED ) الأبيض.
كل نوع من الأنواع السابقة له استخداماته المختلفة. سنناقش في القسم التالي كل نوع من تلك الأنواع .
أولد المصفوفة الخاملة ( PMOLED )
يوجد في هذا النوع أشرطة مهبط وطبقات عضوية وأشرطة مصعد. ترتب أشرطة المصعد بشكل متعامد مع أشرطة المهبط وكل نقطة تقاطع بين هذه الأشرطة تمثل وحدة بيكسل Pixel تعمل على أطلاق الضوء. وتوجد دائرة الكترونية خارجية تزود الأشرطة المحددة من المصاعد والمهابط بالتغذية اللازمة للبكسلات التي يجب إن تضاء والبكسلات التي يجب ان تبقى مطفأة . ونكرر القول إن شدة إضاءة البكسل يتناسب طرديا مع شدة التيار.
تصنيع أولد المصفوفة الخاملة ( PMOLED ) سهل لكنها تستهلك الكثير من الطاقة مقارنة بالأنواع الأخرى من ال أولدات ( OLED’s ) وهذا ناشئ أساسا من حجم الطاقة التي تستهلكها الدائرة الخارجية. هذا النوع أكثر كفاءة للنصوص والإيقونات وأنسب للشاشات الصغيرة ( 2- 3 بوصة) كتلك التي نجدها في التلفونات الخلوية والأجهزة الكفية والامبي ثري. ان استهلاك هذا النوع للطاقة قليل إذا ما قورن بالأجهزة التي تستخدم شاشات ال ال سي دي LCD’s .
أولد المصفوفة النشطة ( AMOLED )
هذا النوع محشو بطبقات المهبط والرقائق العضوية والمصعد , إضافة إلى ان طبقة المصعد مغطاة برقاقة من الترانسيستورات TFT المنتظمة في مصفوفات تلك الترانسستورات تقوم بنفس العمل الذي تقوم به الدائرة الخارجية في النوع السابق فهي تحدد إي البكسلات التي يجب ان تضئ لا عطاء الصورة
هذا النوع اقل استهلاكا للطاقة من النوع السابق ( نوع المصفوفة الخاملة ) والسبب ان مصفوفة الترانسستورات TFT اقل استهلاكا للطاقة من الدائرة الخارجية في النوع السابق. لذلك فهي انسب لصنع شاشات كبيرة . يتميز هذا النوع بمعدل إنعاش أعلى لهذا فهو مناسب للفيديو.
إن أفضل استخدام لهذا النوع أيضا هو استخدامها كشاشات كمبيوتر وتلفزيونات كبيرة وشارات مرور الكترونية ولوحات إعلانية.
ال أولد ( OLED ) الشفاف
كل المكونات لهذا النوع شفافة (الطبقة الرئيسية والمصعد والمهبط ) وتصل الشفافية في حالة الإطفاء إلى حوالي 85% من شفافية الطبقة الرئيسية وعندما تضاء هذه الشاشة فان ضوءها ينفذ من الجهتين . شاشة ال أولد (
المزيد
