شاشات العرض المستقبلية

إن كنت اشتريت مرقاباً هذا العام فمن المتوقع أن يكون ذا شاشة مسطحة، ويتبع إحدى التقنيتين: تقنية الأشعة المهبطية CRT، أو تقنية الكريستال السائل LCD، هاتان التقنيتان هما السائدتان في الأسواق هذه الأيام، وأدت المنافسة الشديدة بينها إلى دفع عجلة التطور قدماً إلى الأمام، الأمر الذي نتج عنه توفر شاشات ذات مستوى أعلى من الأداء والمرونة مع انخفاض في الأسعار.
تتمتع تقنية الأشعة المهبطية بصورة ممتازة وتكلفة أقل نسبياً، لكنها ثقيلة، وكبيرة الحجم، وتستهلك استطاعة كهربائية، وتولد قدراً لا بأس به من الحرارة، وتوجد من جهة أخرى شاشات الكريستال السائل التي تمتاز بقوام نحيف، ووزن خفيف، لكنها أقل كفاءة من سابقتها، وتتطلب إنارة خلفية قوية لإظهار الصورة، ولا يمكن مشاهدتها من كل الزوايا (حيث تكون غير واضحة من بعض الزوايا) كما أن استجابتها للحركات السريعة في الأفلام والألعاب أقل بعدد من المرات من تلك المعتمدة على تقنية الأشعة المهبطية.
يرغب المستخدمون باقتناء شاشات أكبر، وبسعر أرخص، وتتمتع بإمكانات استعمال متعددة، ويرغبون في الكثافة النقطية أعلى مع غنى في الألوان ووضوح في الصورة. ويطمح المستخدم إلى الحصول على كثافة نقطية الأعلى كي يتمكن من عرض عدد أكبر من المعلومات على الشاشة في آن معاً، خصوصاً مع التطبيقات الضخمة المتوفرة في هذه الأيام، كما أن الاندماج الحاصل بين الهواتف النقالة والمساعدات الشخصية، والكتب الإلكترونية، سيزيد من الطلب على شاشات صغيرة تتمتع بطيف واسع من الألوان، مع القدرة على عرض الصور المتحركة على كامل الشاشة، وباستهلاك قليل للبطارية.

الشكل1: شاشات OLED المرنة تمكن من عرض تطبيقات مثل جريدة إلكترونية متدحرجة

يبدو أن التقنيات المتوفرة حالياً مثل الأشعة المهبطية، والكريستال السائل، لن تتمكنا من مسايرة التحديات السابقة. حيث تتمتع التقنيات الحديثة والتي هي الآن قيد التطوير، بمزايا تمكنها من إزاحة تقنيات الإظهار الحالية من سطح مكتبك، وهاتفك النقال والمساعد الشخصي الذي تعتمد عليه، بالإضافة إلى تقديم شاشات أفضل وبسعر أقل، ويتوقع لهذه التقنيات التي لم تفقس البيضة عنها بعد أن تقوم بكل ما يخطر على بالك، وتجعل من الكتاب الإلكتروني، وشاشة عرض ضمن عدسات نظارتك، أمراً ملموساً.

أقوى التوقعات: OLED
الثنائيات العضوية باعثة الضوء (Organic Light-Emitting Diodes)
لا بد أن يكون المرء قد لاحظ الثنائيات الضوئية LED النحيفة وقليلة استهلاك الطاقة، وهي منتشرة بكثرة من حولنا فهي موجودة في الطابعة أو الناسخة وغيرها من الأدوات التي نستخدمها في المكتب، وغالباً تستخدم للتعبير عن حالة الجهاز ومنها ما يضيء بشكل متقطع في حالات الخطأ مثلاً. يبعث الثنائي الضوء من بين طبقاته وذلك عند تطبيق تيار كهربائي مستمر على أقطابه، وهذا مثال مقبول من أجل الإنارة المستمرة، لكنه ليس مثالياً لاستخدامه في مجال شاشات الإظهار الغنية بالمعلومات.
وفي مجال الشاشات فإن التقنية الأثيرة لدى شركات التصنيع هي تقنية الثنائيات العضوية باعثة الضوء (Organic Light-Emitting Diodes)، والتي تدعى اختصاراً OLED، وتعتمد هذه الثنائيات في عملها على طبقات كربونية، وما كلمة عضوي في اسم هذه الثنائيات إلا للإشارة إلى هذا الأساس الكربوني. يشع الثنائي OLED ضياءه من خلال الباعث، وهي الحالة المشابهة لإشعاع الفوسفور عندما يصدمه إلكترون في تقنية الأشعة المهبطية CRT. لا تتطلب شاشة OLED إنارة خلفية وليس لها زاوية رؤيا محدودة، وهي أنحف من شاشة الكريستال السائل، وبالتالي هي أكثر نحافة وأخف وزناً من شاشات الأشعة المهبطية ( انظر الشكل1)، وتطور بعض الشركات تقنية الحبر النفاث لإنتاج OLED بتكلفة أقل من تكلفة إنتاج شاشات الكريستال السائل.

انقر للتكبير.

استخدمت شاشات OLED في كثير من التجهيزات ومنها الهواتف النقالة، ومسجلات السيارة من طراز بايونير، وفي قطاع خاص من الشاشات المستخدمة في الساعات الرقمية، والتي تظهر المعلومات من خلال أسطر متفرقة، إذاً لماذا لم نجد مثل هذه الشاشات من حولنا من قبل؟ والجواب هو أننا نحتاج إلى مصفوفة فعّالة لقيادة شاشات الإظهار المعتمدة على البكسلات وبكثافة نقطية مقبولة (حتى لو كانت تستخدم في المساعدات الرقمية) تنقسم الشاشة إلى مصفوفة من البكسلات ولكل من هذه البكسلات مفتاح خاص لتشغيله وإطفائه، وهذا المبدأ مشابه لأغلب شاشات الكريستال السائل، لكنه يستدعي عمليات تصنيع أكثر، وبما أن تعرض شاشات OLED للهواء والرطوبة يصيبها بالأذى، فإنها يجب أن تكون محكمة الإغلاق والتغليف، وأخيراً فإن ضياء شاشات OLED يقل بتقادم الزمن، كما أن زمن استمرار اللون الأزرق في هذه الشاشات أقصر من الأحمر والأخضر، ما ينتج عنه انزياح في الألوان مع مرور الوقت، وتعمل كثير من المختبرات على تطوير المواد الباعثة للون الأزرق.
يتوقع أن تتوفر شاشات OLED ذات كثافة أعلى لاستخدامها في المفكرات والمساعدات الرقمية في العام 2003، وقد بدأت شركة كوداك بتصنيع شاشات OLED ذات مصفوفة فعالة.

شاشات من دون تغذية
توجد تقنيات أخرى قيد البحث تهتم بإنتاج شاشات ثنائية الاستقرار (bistable)، حيث يحافظ البكسل فيها على وضعيته (إطفاء أو تشغيل) حتى بعد فصل التغذية عنه، والمصطلح الشائع لشاشات الإظهار هذه هو "الورق الإلكتروني" (electronic paper)، لأن بعض هذه الشاشات يمكن إعادة الكتابة عليها ويمكن الاستمرار في الكتابة من دون استهلاك طاقة.
وبعد تطوير نموذج عملي، يمكن لهذه التقنية أن تجعل من الكتاب الإلكتروني أمراً واقعاً، وربما تسببت بثورة في مجال المساعدات الرقمية، حيث يمكن استخدام الشاشة كمرجع بدلاً من كونها وسيلة لتحديث البيانات عليها فقط، تخيل أن يبقى برنامجك ظاهراً على الشاشة من دون الحاجة إلى التغذية الكهربائية، لاشك أن عمر البطارية سيدوم طويلاً.
تسعى الشركات من خلال طرائق متعددة للوصول إلى الشاشات ثنائية الاستقرار، وتركز بعضها على مواد الكريستال السائل الكوليسترولية (Cholesteric)، حيث تتوزع الجزيئات المنحازة من الكريستال السائل على طبقات متمايزة، وفي اتجاه آخر نجد الحبر الإلكتروني (انظر الشكل2، www.eink.com)، الذي يستخدم أجزاء ملونة، خفيفة ومشحونة، تطفو فوق الخلايا، لترسم ملامح "الورقة" وتنجذب هذه الأجزاء إلى الأعلى أو الأسفل وفقاً للشحنة الكهربائية المطبقة على كل خلية، تجعل نقاطاً غامقة وأخرى فاتحة وبذلك تتشكل الصورة، ويمكن الحصول على مزيد من المعلومات حول الحبر الإلكتروني في الهواتف النقالة بزيارة العنوان (www.pcmag.com/futuretech). قدمت شركة Nemoptic الفرنسية للأبحاث، إحدى التصاميم المميزة لشاشة ثنائية الاستقرار، حيث توصلت الشركة إلى طريقة تمكن من جعل مكونات الكريستال السائل ثنائية الاستقرار، والذي سيؤدي إلى إنتاج شاشات رخيصة الثمن.
لا زالت بعض تقنيات شاشات ثنائية الاستقرار تتطلب تبايناً أكبر للشاشة، في حين أن تقنيات أخرى وجدت طريقها إلى خطوط الإنتاج، وسنجدها من خلال شاشات عرض خاصة بأغراض معينة مثل اللوحات ضمن المستودعات أو بطاقات الأسعار، ولازال إنتاج الشاشات ثنائية الاستقرار ذات الكثافة النقطية العالية بشكل كبير يعاني من بعض الصعوبات مثل الحاجة إلى تكرير وتصفية المواد، وتحسين زمن الاستجابة، وتطوير طرائق للإنتاج بكميات كبيرة، ويتوقع أن نرى شاشات ذات كثافة عالية بالمعلومات في العام 2003، على الرغم من أن تطوير الشاشات يستغرق عادة أكثر من الوقت المتوقع له.

الشاشات المرنة
لا يزال عدد من الشركات المصنعة للشاشات يعكف على فكرة الشاشات المرنة، تخيل شاشة يمكنك ثنيها لتضعها ضمن لوحة القيادة في السيارة، أو يمكنك طيها كما تُطوى الجريدة. تكلف طبقة الأساس البلاستيكية ثمناً أغلى من ثمن الزجاج النحيف عالي الجودة المستخدم مع شاشات الكريستال السائل هذه الأيام، وربما مكنت طرق إنتاج طبقة البلاستيك الأساسية من استمرار عملية التصنيع للشاشات من دون توقف، وبالتالي يحتمل أن تقلل من تكلفة الإنتاج بالمقارنة مع عملية الإنتاج التي تتم على دفعات بالنسبة للطبقة الأساسية من الزجاج.

الشكل2: مع تقنيات الحبر والورق الإلكترونيين، يستطيع المرء قراءة كتاب إلكتروني عبر لوح مرن، ولن تختفي الكلمات عند قطع التغذية الكهربائية عنه.

وللحصول على شاشات ذات كثافة نقطية عالية، لازلنا بحاجة إلى مصفوفة فعالة، للتحكم بكل بكسل، ما يستوجب وضع ترانزيستور في كل موقع من مواقع البكسلات، (أي عند كل بكسل). أنشأت شركة Alien Technology، عمليات التشكيل والتجميع التلقائي (Fluidic Self Assembly) والتي تأخذ دارات متكاملة صغيرة جداً على شكل شبه منحرف، تسميها الشركة NanoBlocks، ثم تعرّضها إلى سائل، ثم تسكب المزيج فوق الطبقة الأساسية التي تتضمن ثقوباً، ومن ثم يتم توصيلها بالأقطاب السالبة للشاشة، وسبق للشركة أن أنتجت نموذجاً أولياً لخط إنتاج يركز على البطاقات الذكية والأجهزة المشابهة التي تتطلب عدداً أقل من مكعبات النانو (NanoBlocks)، ومع تحسن هذه التقنيات يمكننا أن نرى شاشة بحجم المساعد الرقمي، من البلاستيك المرن.
وبدلاً من اللجوء إلى أسلوب تصنيع الشاشات الكريستالية، فإن الدارت الإلكترونية المرنة (FlexICs) تستعير تقنية مستخدمة في تصنيع أجهزة العرض الكريستالية، وتطبقها في تصنيع الشاشات المرنة، تستخدم معظم شاشات الكريستال السائل، طبقة أساس زجاجية، مطلية بطبقة من السيليكون الأمورفوسي (Amorphous)، حيث توجد الترانزيستورات. تكون حركة الإلكترونات في السيليكون الأمورفوسي أقل منها في الزجاج الصافي المستخدم في صناعة رقاقات السيليكون التي تشكل دارات أشباه الموصلات، لذا فإن الترانزيستورات في شاشات الكريستال السائل يجب أن تكون أكبر، وبالتالي سيقل الضوء المنبعث.
تستخدم شاشات الكريستال السائل المستعملة في أجهزة الإسقاط، "بولي سيليكون" (polysilicon)، الذي يتمتع بإمكانية حركة محسنة، ومن شأن تسخين السيليكون الأمورفوسي أن يشكل جزيئات بللورية صغيرة جداً، والتي تشكل بدورها طبقات بولي سيليكون، كانت هذه العملية في الماضي تحتاج إلى تسخين طبقات أساس خاصة إلى درجات حرارة عالية جداً، أما الآن يمكن تنفيذ ذلك في درجة حرارة منخفضة، وذلك بالاعتماد على شعاع ليزري يستخدم لتسخين طبقة السيليكون التي تشكل شاشة الكريستال السائل لبعض المفكرات والأجهزة الأخرى.
وكانت المفكرة Portege3110CT من شركة توشيبا أول مفكرة تستخدم شاشة إظهار بتقنية بولي سيلكيون عند درجة حرارة منخفضة (low-tempreature polysilicon display, LTPS)، وكأمثلة أخرى لدينا مفكرة سوني VAIO PCG-505RX، ومفكرة Portege2000 من توشيبا.
مكنت الدارات المتكاملة المرنة من تشكيل طبقة السليكون المتعدد عند درجة حرارة تقل عن 100 مئوية، وبالتالي تمكن المصنعون من تصنيع بولي سيليكون على طبقات أساس بلاستيكية مرنة منخفضة الثمن، والتي بدورها يمكن أن تكون كأساس لبناء مكونات أشباه الموصلات، ومنها الترانزستورات لشاشات المصفوفة الفعالة.
وتجري شركات أخرى مثل هيتاشي، وآي بي إم، ولوسنت، وميتسوبيشي، وفيليبس، وزيروكس، أبحاثاً واختبارات على مواد أشباه الموصلات البلاستيكية، هذه المواد المرنة يمكن طباعتها حرارياً وبشكل مباشر على صفيحة بلاستيكية لإنشاء المصفوفة الفعالة.

إلى أين وصلنا؟
لازالت أمامنا الكثير من التحديات التي يجب أن نتغلب عليها، قبل أن تتوفر الشاشات المتدحرجة في محلات بيع الحواسيب وملحقاتها، واجهت شاشات الكريستال السائل مشاكل محددة، حيث تعتمد الصورة على انحياز الكريستال السائل المحصور بين طبقتين أساسيتين، ولسماكة هذه الطبقة أثر مباشر على الصورة، وعند ثني الشاشة ينبغي أن تنحني الطبقتين أيضاً، وبالتالي ستنحني كل منهما بنصف قطر مختلف، ومن الصعب جداً المحافظة على الفجوة ثابتة بين الطبقتين على كامل مساحة الشاشة. وتوجد مشكلة أخرى في الطبقة البلاستيكية نتيجة كثرة ثقوبها، حيث يمكن أن يخترقها بخار الماء وغازات أخرى، منها الأوكسيجين، في حين أن طبقة الزجاج المستخدمة في شاشات الكريستال السائل لاتعاني من هذه المشاكل. وبالنتيجة فإن حماية المواد الحساسة ضمن الشاشات ومنها تلك المواد المستخدمة في شاشات OLED تصبح أكثر صعوبة.

منافسون آخرون
تقنيات أخرى تنتظر أن تأخذ فرصتها من بين الرواد في هذه المجال، ومنها شاشات الحقل المشع (Field-emmision Display, FED)، تعتمد هذه التقنية على ملايين من الإلكترونات التي تشع باتجاه يماثل بكسلات الفوسفور، وكانت هذه التقنية منتشرة وشعبية في الأعوام الخمسة الماضية، لأنها تقدم إشعاعاً كما هو الحال في شاشات الأشعة المهبطية وإنما بنحافة شاشات الكريستال السائل، قللت مشاكل التصنيع والمكونات غير الناضجة من الحماس تجاه التقنية، لكن ربما ستحالف تقنية FED النجاح من جديد، حيث تعد أنابيب النانو الكربونية (وهي أسطوانات كربونية صغيرة، بسماكة ذرتين أو ثلاثة) بمشعات أكثر متانة، لكن أنابيب النانو هذه يمكنها أن تتبخر إن اتحدت مع الأوكسجين، لذا ينبغي على حوامل الطبقات أن تتمتع بمزايا حساسة.
شاشات الإظهار الصغيرة، والتي يبلغ قطر شاشتها 2.5 سم أو أقل، ومن ضمنها تقنيات LCD و OLED، يمكنها أن تلعب دوراً كبيراً في المستقبل، حيث يمكن لأجهزة العرض الخلفية (rear-projection) التمتع بتصميم مشابه لجهاز عرض البيانات (data projector)، أن يشكل شاشة كبيرة، ويمكن أن تكون مساحته على الطاولة أكثر بقليل من شاشات الكريستال السائل لكنه أخف وأنحف من شاشات الأشعة المهبطية.
ومن جهة أخرى فعندما كانت أسعار مراقيب الأشعة المهبطية قياس 20 بوصة حوالي 2000 دولار، كانت أمام أجهزة الإسقاط فرصة للمنافسة.
وينتظر شاشات العرض الصغيرة مستقبلاً أفضل، في مجال النظارات الرأسية، والتي لم تعد محدودة بنظارات ضخمة، وتشير شركة (www.microopticalcorp.com) إلى شاشات الإظهار التي تنتجها بأنها تشبه نظارات القراءة العادية، بيد أنها أسمك قليلاً، تخيل أنك تستطيع مشاهدة شاشة مفكرتك ممتدة أمام ناظريك، مع إمكانية النظر حولك، وفي الطائرة لن تقلق بشأن توقفك عن العمل عند إرجاع ظهر الكرسي إلى الخلف، ومن شأن هذه النظارات أن تطيل زمن استخدام البطارية في مفكرتك، وتتضمن أيضاً سماعات رأسية صغيرة.
توجد في السوق تقنيات أخرى لكنها تنتظر أن تأخذ حصة أكبر من السوق، وكمثال على ذلك، شاشات البلازما (Plasma Display Panel, PDP)، والتي يبلغ قطرها حوالي 40-50 بوصة، وهي ذات كثافة منخفضة، وتتوجه هذه الشاشات إلى أسواق الأجهزة التلفزيونية وأفلام الفيديو، وشاشات البلازما ليست رخيصة الثمن حيث تكلف شاشة بقياس 30 بوصة حوالي 4500 دولار، ويعتقد كثير من المحللين أن الأسعار في طريقها إلى الانخفاض، بسبب ازدياد كفاءة الإنتاج، وزيادة أعداد الشاشات المنتجة، وتمتاز شاشات البلازما بكونها نحيفة لكنها لم تصل بعد إلى مرتبة السعر بين 1000 و 1500 دولار.
تستحق شاشات العرض الأمامي (front-projection) أن تؤخذ بعين الاعتبار ضمن حدود، إذ يمكن للصورة أن يصل حجمها إلى حجم أكبر حائط في الغرفة، وتستخدم رقاقات Micromechanical، ضمن أجهزة العرض والإسقاط سواء للبيانات أو الأفلام.
وكما أسلفنا سابقاً، تستطيع المنتجات استخدام تقنيات مختلفة، لتشكيل شاشات العرض الخلفي، وهذه المنتجات متوفرة في الأسواق على شكل أجهزة تلفاز رقمية ذات شاشات عرض ضخمة، يبلغ ثمنها حوالي 2000 دولار.

عبر شاشة مظلمة
هل ستستطيع شاشات الأشعة المهبطية والكريستال السائل تلبية متطلبات الموجة الجديدة من التطبيقات الموجهة للشاشات، أما أنها ستشعر بالقصور فتنسحب مخلفة المكان وراءها لتقنيات جديدة؟
يفترض خلال السنوات الخمس القادمة، أن نعرف من التقنية التي ستهيمن ومن ستنسحب، ونعطف على سؤالنا السابق أجهزة العرض الثابتة، ومشغلات أقراص الفيديو، ترى أي منها ستصنف ضمن تقنيات ملتيميديا المنقرضة!