بتطوير التصميمات الحالية للأقطاب الكهربائية للألواح الشمسية فائقة الرقة، طوّر باحثو ستانفورد وشركاؤهم في كوريا بنية جديدة لشاشات أوليد -الصمام الثنائي العضوي الباعث للضوء- التي قد تمكّن أجهزة التلفاز والهواتف الذكية وأجهزة الواقع الافتراضي أو المعزز لتصل إلى دقة 10000 بكسل في البوصة، للمقارنة، تتراوح دقة الهواتف الذكية الجديدة بين 400 و 500 بكسل في البوصة.
رسم توضيحي لشاشة ميتا-أوليد والطبقة الميتافوتونية (الفوتونية الجديدة) أسفلها، ما يحسن السطوع العام ولون الشاشة مع إبقائها رقيقة ومرشدة للطاقة. حقوق الصورة: معهد سامسونج المتقدم للتكنولوجيا
ستتمكن مثل هذه الشاشات عالية الكثافة بالبكسل من إظهار صور مذهلة بتفاصيل واقعية وهو أمر سيكون أكثر أهمية لشاشات الرأس المصممة بحيث لا تبعد سوى سنتيمترات عن وجوهنا.
يعتمد هذا التطور على بحث أجراه عالم المواد بجامعة ستانفورد مارك برونجيرسما بالتعاون مع معهد سامسونج المتقدم للتكنولوجيا، شرع برونجيرسما بهذا البحث لأنه أراد إنشاء تصميم لوحة شمسية فائقة الرقة.
قال برونجيرسما أستاذ علم المواد وهندستها والمؤلف الرئيسي للورقة العلمية في 22 تشرين الأول والتي تتناول هذا البحث بالتفصيل: «لقد استفدنا من حقيقة أن على المقياس النانوي يمكن للضوء أن يتدفق حول الأجسام مثل تدفق الماء. مجال الضوئيات النانوية يستمر بالتقدم وقد بدأنا حاليًا بالتأثير على التقنيات الحقيقية. لقد نجحت تصميماتنا بشكل جيد مع الخلايا الشمسية والآن لدينا فرصة للتأثير على شاشات الجيل التالي».
إضافةً إلى وجود كثافة بكسل قياسية، فإن شاشات أوليد الجديدة (الميتافوتونية أو الفوتونية الجديدة) ستكون أيضًا أكثر لمعانًا وإضاءة وتتميز بدقة ألوان أفضل من الإصدارات الحالية، وسيكون إنتاجها أسهل بكثير وفعال من حيث التكلفة أيضًا.
مزايا إضافية
توجد مواد عضوية باعثة للضوء في صلب مواد أوليد، وهي محصورة بين أقطاب كهربائية شبه شفافة عالية الانعكاس تتيح ضخ التيار الكهربائي في الجهاز.
عندما تتدفق الكهرباء عبر مواد أوليد، فإن الأجهزة الباعثة تبعث الضوء الأحمر أو الأخضر أو الأزرق. يتكون كل بكسل في شاشة أوليد من وحدات بكسل فرعية أصغر تنتج تلك الألوان الأساسية. عندما تكون الدقة عالية بما فيه الكفاية، تبصر أعيننا البكسلات على أنها لون واحد. تعد شاشات أوليد تقنية جذابة للعين لأنها خفيفة ومرنة وغير ثخينة وتنتج صورًا أكثر إشراقًا وألوانًا من أنواع الشاشات الأخرى.
يهدف هذا البحث إلى تقديم بديل للنوعين الحاليين من شاشات أوليد التجارية أحدهما يسمى أوليد (أحمر – أخضر – أزرق) له وحدات بكسل فرعية فردية يحتوي كل منها على لون واحد فقط من الباعث. تصنع شاشات أوليد هذه عن طريق رش كل طبقة من المواد عبر شبكة معدنية دقيقة للتحكم في تكوين كل بكسل. لا يمكن إنتاجها إلا على نطاق صغير كالهواتف الذكية.
تستخدم الأجهزة الأكبر حجمًا كأجهزة التلفاز شاشات أوليد بيضاء. تحتوي كل من وحدات البكسل الفرعية هذه على مجموعة من كل البواعث الثلاثة ثم تعتمد على المرشحات لتحديد اللون النهائي البكسل الفرعي وذلك أسهل من الناحية التصنيعية؛ لأن المرشحات تقلل من الإخراج الإجمالي للضوء. إن شاشات أوليد البيضاء تحتاج لطاقة أكثر وهي عرضة لترك انطباع مرئي على الشاشة.
كانت شاشات أوليد في تفكير ون جاي جو، عالم في معهد سامسونج المتقدم للتكنولوجيا، عندما زار ستانفورد من 2016 إلى 2018. خلال تلك الفترة، استمع جو إلى محاضرة قدمها طالب دراسات عليا في جامعة ستانفورد ماجد إسفاندياربور حول تقنية لخلايا شمسية فائقة الرقة التي كان يطورها في مختبر برونجيرسما، وأدرك أن لها تطبيقات تتجاوز الطاقة المتجددة.
قال جو، المؤلف الرئيسي للورقة العلمية: «كانت الموضوعات البحثية للأستاذ برونجيرسما عميقة جدًا من الناحية الأكاديمية وكانت مثل الكنوز المخفية بالنسبة لي بصفتي مهندسًا وباحثًا في معهد سامسونج المتقدم للتكنولوجيا».
قدم جو فكرته لإسفاندياربور بعد المحاضرة، ما نتج عن تعاون بين الباحثين في ستانفورد ومعهد سامسونج المتقدم للتكنولوجيا وجامعة هانيانج في كوريا.
قال إسفاندياربور: «كان من المثير جدًا للاهتمام أن نرى أن مشكلة فكرنا فيها سابقًا في سياق مختلف؛ قد يكون لها تأثير هام على شاشات أوليد».
أساس جوهري
الابتكار الهام المسؤول عن كل من اللوحة الشمسية وتقنية أوليد الجديدة هو طبقة أساس من المعدن العاكس مع تموجات نانوية (أصغر من الميكروسكوبية)، تسمى السطح البصري الفائق الجديد. يمكن للسطح الفائق تسخير الخصائص العاكسة للضوء وعليه السماح للألوان المختلفة بالتجاوب أو الرنين ضمن وحدات البكسل. تلك التجاوبات مهمة لتسهيل الاستخراج الفعال للضوء من مواد أوليد.
قال برونجيرسما، الذي أجرى هذا البحث بصفته جزءًا من مختبر جابيل للمواد المتقدمة في ستانفورد: «هذا يشبه الطريقة التي تسخر بها الآلات الموسيقية الرنين الصوتي لإنتاج نغمات جميلة وسهلة المسمع».
على سبيل المثال، تتمتع بواعث الضوء الأحمر بطول موجي أطول للضوء من ذلك لدى بواعث الأزرق، الذي يترجم في شاشات أوليد (أحمر-أخضر-أزرق) التقليدية إلى وحدات بكسل فرعية ذات ارتفاعات مختلفة. لإنشاء شاشة مسطحة كليًا يجب وضع المواد المتمركزة فوق البواعث بسماكات غير متساوية.
على النقيض من ذلك، في شاشات أوليد المقترحة، تسمح تموجات طبقة الأساس بأن يكون كل بكسل بنفس الارتفاع وهذا ييسر عملية أبسط للتصنيع على نطاق واسع وكذلك على نطاق صغير.
نجح الباحثون ضمن الاختبارات المعملية بإنتاج وحدات بكسل مصغرة لإثبات صحة الفكرة. مقارنةً بمواد أوليد البيضاء المفلترة لونيًا -التي تستخدم في تلفازات أوليد- فإن هذه البكسلات تتمتع بنقاوة ألوان أعلى وزيادة مضاعفة في كفاءة اللمعان -وهو مقياس لمدى سطوع الشاشة مقارنةً بكمية الطاقة التي تستخدمها- كما أنها تسمح بوجود كثافة بكسل عالية فائقة تبلغ 10000 بكسل في البوصة.
يواصل معهد سامسونج الطريق نحو دمج هذا العمل ضمن شاشات الحجم الكامل، وينتظر برونجيرسما النتائج بفارغ الصبر على أمل أن يكون من بين الأشخاص الأوائل الذين يشاهدون شاشة أوليد فائقة تعمل.
اقرأ أيضًا:
كل ما تود معرفته عن هاتف بكسل 4a الجديد من جوجل
ما هي الهواتف القابلة للطي ؟ ولماذا هي مهمة؟
ترجمة: رولان جعفر
تدقيق: جعفر الجزيري
