صعود تقنية التغليف الكامل
يمكن تقسيم بنية الشاشة تقريبًا إلى ثلاثة أجزاء: الزجاج الواقي، وشاشة اللمس، وشاشة العرض، مرتبة بالتسلسل. ولضمان عرض مثالي للشاشة، عادةً ما يلزم إجراء عمليتي ربط: الأولى بين الزجاج الواقي وشاشة اللمس، والثانية بين شاشة العرض وشاشة اللمس. والفيلم الذي نعرفه في حياتنا اليومية هو في الواقع عملية الربط بين الزجاج الواقي والفيلم الواقي. ورغم بساطتها الظاهرية، إلا أنها تتطلب تقنية ربط متقنة.

تنقسم تقنية لصق الشاشات، وفقًا لطريقة اللصق، إلى فئتين رئيسيتين: اللصق الكامل واللصق الإطاري. يُعرف اللصق الإطاري أيضًا باللصق اللاصق، وهو عبارة عن تثبيت بسيط لجوانب شاشة اللمس وشاشة العرض باستخدام شريط لاصق مزدوج. تُعد هذه الطريقة الأكثر شيوعًا في شاشات العرض، وتتميز بسهولة العملية وانخفاض التكلفة. مع ذلك، ونظرًا لوجود طبقة هوائية بين شاشة العرض وشاشة اللمس، قد يؤثر انكسار الضوء على جودة العرض، وهو العيب الرئيسي لهذه التقنية.

تستخدم تقنية التغليف الكامل مواد لاصقة مائية أو بصرية لربط اللوحة وشاشة اللمس معًا بشكل كامل دون أي فجوات. وبالمقارنة مع ملصقات الإطار، فإنها توفر تأثير عرض أفضل. وتأتي حلول الشاشات الكاملة الشائعة في السوق بشكل رئيسي من حلول OGS من مصنعي شاشات اللمس، بالإضافة إلى حلول تقنية On Cell وIn Cell التي يقودها مصنعو اللوحات. وتكمن ميزة تقنية التغليف الكامل في أنها تزيل طبقة الهواء بين الشاشات، وتقلل الانعكاس بين لوحة العرض والزجاج، وتجعل الشاشة أكثر شفافية، وبالتالي تحسن تأثير العرض. ويمكن لأجهزة iMac التي تستخدم تقنية التغليف الكامل تقليل مشاكل الانعكاس بنسبة تصل إلى 75%. بالإضافة إلى ذلك، يمكن لتقنية التغليف الكامل منع دخول الغبار إلى الشاشة بشكل فعال وتعزيز قوة وحدة اللمس. والأهم من ذلك، أنها تقلل بشكل كبير من تداخل ضوضاء لوحة العرض مع إشارات اللمس.

على الرغم من المزايا العديدة لتقنية التغليف الكامل، إلا أن معدل إنتاجيتها منخفض نسبيًا، ويعود ذلك أساسًا إلى احتمال فقدان الزجاج السطحي واللوحة أثناء عملية التغليف. لذا، أصبح التحكم في إزالة الرغوة ومعدل اللصق عاملًا أساسيًا لخفض التكاليف.

فيما يتعلق بتقنية التغليف الكامل، توجد ثلاث تقنيات رئيسية للشاشات: InCell وOn Cell وOGS. استخدام تقنية لصق الإطار في عملية إنتاج شاشات الهواتف المحمولة سيؤثر سلبًا على جودة العرض. بينما تُحسّن تقنية التغليف الكامل معدل الإنتاج بشكل ملحوظ، مما يُقلل التكاليف.

تقنيات ربط الشاشات المختلفة
بهدف تقليل عدد دورات الربط وتحسين معدل الإنتاج، ظهرت عدة اتجاهات تطويرية جديدة. يركز مصنّعو شاشات اللمس بشكل أساسي على حلول OGS/TOL، بينما يميل مصنّعو اللوحات إلى حلول تقنية On Cell وIn Cell. تساهم هذه الحلول في تقليل عدد مرات الربط، وتوفير التكاليف، وتحقيق هدف خفة الوزن.

تُعدّ تقنية In Cell تقنية مبتكرة تُدمج وظائف لوحة اللمس في وحدات البكسل البلورية السائلة. فمن خلال دمج وظيفة مستشعر اللمس داخل شاشة العرض، تمّ تحسين البنية الأصلية ثلاثية الطبقات (شاشة لمس زجاجية واقية + شاشة عرض) إلى طبقتين فقط (زجاج واقٍ + شاشة عرض مزودة بوظيفة اللمس)، مما جعل الشاشة أرقّ وأخفّ وزنًا. مع ذلك، لا تزال متطلبات البحث والتطوير لهذه التقنية مرتفعة نسبيًا، ويقودها بشكل أساسي مصنّعو الشاشات.

مبدأ تصوير الشاشة
في الماضي، كانت الهواتف المحمولة تتميز بوظائف معقدة وتفاصيل غنية، أما الآن، فقد باتت الهواتف الذكية تقتصر على شاشة واحدة. نعتمد على هذه الشاشة في تشغيلها والحصول على المعلومات. تعرض شاشة الهاتف المحمول صورًا ملونة من خلال مزيج من وحدات البكسل الحمراء والخضراء والزرقاء. مع تطور التكنولوجيا، لم تعد الهواتف المحمولة مقتصرة على وظائف الاتصال فقط، بل برزت أهمية الشاشات بشكل كبير. سواءً أكان الأمر يتعلق بمشاهدة مقاطع الفيديو، أو تصفح الصور، أو ممارسة الألعاب، فإن الشاشة هي التي تحمل المحتوى الأساسي. لذلك، عند اختيار هاتف ذكي، غالبًا ما تصبح الشاشة عاملًا لا غنى عنه بالنسبة لنا.

لكن، هل فهمنا للشاشات عميق بما فيه الكفاية؟ عند اختيار هاتف، نركز غالبًا على حجم الشاشة ودقتها فقط، ولكن هل يمكن لهذين العاملين قياس جودة الشاشة بشكل شامل؟ في تقنيات الشاشات المعقدة، ما هي تركيبات الأحرف التي تكشف حقًا عن مادة الشاشة وتقنية تصنيعها؟ في الواقع، قد يكون سوء فهمنا للشاشات أعمق مما نتصور.

الكشف عن تكنولوجيا ومبادئ شاشة الهاتف المحمول

لعرض النصوص والصور أمام أعيننا، تعتمد شاشات الهواتف المحمولة على الألوان الأساسية الثلاثة: الأحمر (R) والأخضر (G) والأزرق (B). تحتوي كل بكسل على الشاشة على ترتيب كامل للبكسلات الفرعية RGB، ويتم تسجيل الألوان والتعبير عنها من خلال قيم RGB. تتراوح شدة مكونات RGB لكل بكسل بين 0 و255. ومن خلال النسب المختلفة للأحمر والأخضر والأزرق، نستطيع رؤية عالم غني بالألوان.

بيكسل، ساحر الألوان لشاشات الهواتف المحمولة

الألوان الزاهية التي نراها على الشاشة هي مزيج متقن من الألوان الأساسية الثلاثة: الأحمر (R)، والأخضر (G)، والأزرق (B). تحتوي كل بكسل على مجموعة كاملة من البكسلات الفرعية RGB، مما يُنتج عددًا لا يُحصى من الألوان من خلال تركيبات مختلفة لقيم RGB. ضمن نطاق السطوع من 0 إلى 255، تُشكّل التغيرات النسبية في ألوان RGB الثلاثة عالمًا غنيًا بالألوان في أعيننا.

تُظهر المقارنة بين 441 بكسل لكل بوصة و 326 بكسل لكل بوصة أن تأثير العرض لـ 441 بكسل لكل بوصة على اليسار أكثر دقة وسلاسة.

بعد الترقية إلى دقة 2K، وصلت دقة الشاشة إلى مستوى يصعب على العين المجردة تمييزه. لقد شهدنا زيادة مستمرة في دقة الشاشات، مما يدل على أنه مع التطور التكنولوجي المتواصل، باتت الشاشات ذات الحجم نفسه قادرة على استيعاب عدد أكبر من البكسلات. وباستخدام كثافة البكسل (PPI) كمؤشر، يمكننا معرفة عدد البكسلات الموجودة في كل بوصة من الشاشة.

في بدايات عصر دقة 1080p للهواتف الذكية، قارنّا شاشتي هاتفي HTC Butterfly وiPhone 5، وهما أول هاتفين في العالم يدعمان هذه الدقة. بعد تصوير الشاشة وتكبيرها باستخدام عدسة ماكرو، وجدنا أن شاشة HTC Butterfly بدقة 441 بكسل لكل بوصة تتفوق على شاشة iPhone 5 بدقة 326 بكسل لكل بوصة من حيث وضوح الصورة. هذا يعني انخفاضًا ملحوظًا في خشونة الصورة، ما يجعل العرض أكثر دقة وسلاسة. واليوم، مع دخول شاشات الهواتف المحمولة عصر دقة 2K، وصل هذا المستوى من الوضوح إلى آفاق جديدة، مع أنه لا يزال من غير المؤكد ما إذا كانت العين المجردة قادرة على تمييز هذا التغيير.

مع ذلك، لتقييم جودة شاشة الهاتف المحمول بشكل شامل، لا يكفي الاعتماد فقط على حجم الشاشة ودقتها. صحيح أن هذه النقاط المضيئة الصغيرة الحمراء والخضراء والزرقاء، والمعروفة بالبكسلات، تُشكل الأساس، لكنها ليست سوى جزء من تقنية عرض الشاشة. كما أن لمادة الشاشة وتقنية العرض تأثيرًا كبيرًا على المظهر النهائي.

تقنية شاشات الكريستال السائل وتقنية OLED
في سوق الهواتف الذكية الحالي، يمكن تقسيم تقنيات الشاشة السائدة إلى فئتين: شاشات LCD وشاشات OLED.

تعتمد شاشات LCD على الإضاءة الخلفية أثناء العرض، ويحتاج الضوء إلى المرور عبر طبقتين من الزجاج، وركيزة، وأغشية بصرية متنوعة، وأغشية محاذاة، ومرشحات ألوان، ومكونات أخرى لإنتاج الاستقطاب، مما يؤدي حتمًا إلى فقدان السطوع واللون. تُعد تقنية الترانزستور ذي الأغشية الرقيقة (TFT) تقنية أساسية في شاشات LCD، حيث تُحسّن جودة الصورة من خلال ترسيب غشاء رقيق كقناة على ركيزة زجاجية.

في بنية شاشة TFT-LCD، تكون الطبقة الزجاجية العلوية ملاصقة لمرشح الألوان، بينما تحتوي الطبقة الزجاجية السفلية على ترانزستورات. عند مرور التيار الكهربائي عبر الترانزستور، يتولد تغير في المجال الكهربائي، مما يؤدي إلى انحراف جزيئات الكريستال السائل، وبالتالي تغيير استقطاب الضوء. تحدد المستقطبات سطوع وظلام البكسلات بناءً على هذا التغير في الاستقطاب. في الوقت نفسه، يشكل مرشح الألوان المتصل بالطبقة الزجاجية العلوية ما يُعرف ببكسلات RGB ثلاثية الألوان، والتي تُشكل مجتمعةً الألوان والصور المعروضة على الشاشة.

سنتناول لاحقًا أنواع وتقنيات شاشات LCD. تُقسم شاشات LCD إلى فئتين: شاشات ذات مصفوفة بسيطة وشاشات ذات مصفوفة نشطة. تشمل الشاشات ذات المصفوفة البسيطة تقنيتي TN وSTN، بينما تشمل الشاشات ذات المصفوفة النشطة تقنيات مثل TN وIPS وVA وOCB. في سوق الهواتف الذكية الحالي، تُعد تقنيتا TN وIPS الأكثر شيوعًا، بينما تُستخدم تقنية VA بشكل أكثر انتشارًا في أجهزة التلفزيون.

شاشة TN، المعروفة أيضًا باسم شاشة Twisted Nematic (شاشة الكريستال السائل الملتوي)، شائعة الاستخدام منذ ظهور تقنية الكريستال السائل، وسيطرت لفترة من الزمن على مجال الأجهزة الإلكترونية. مع ذلك، يخلط العديد من المستخدمين اليوم بين شاشات TN وشاشات TFT، وهو في الواقع سوء فهم للمفهومين. لكن نظرًا لتقنية الإنتاج المتطورة وسعرها المعقول، لا تزال شاشات TN تحظى بشعبية لدى بعض ماركات الهواتف المحمولة منخفضة التكلفة. إضافةً إلى ذلك، فإن نسبة الفتحة العالية لشاشات TN تجعلها أكثر كفاءة في استهلاك الطاقة مقارنةً بالتقنيات الأخرى عند نفس مستوى السطوع، كما أن سرعة الاستجابة التي تتراوح بين 8 و15 مللي ثانية سريعة جدًا. لذلك، على الرغم من وجود بعض العيوب في شاشات TN، مثل زوايا الرؤية الضيقة وتشوه الألوان، إلا أن هذه المزايا لا تزال تُمكّنها من احتلال مكانة في سوق الهواتف الذكية.

لقد حسّنت شاشة IPS، المعروفة أيضًا بتقنية التبديل داخل المستوى (تقنية عرض تأثير المجال الكهربائي المستعرض)، بشكل ملحوظ من مشكلة اختلاف الألوان وضيق مجال الرؤية في شاشات TN عند زوايا الرؤية الضعيفة، وذلك منذ طرحها عام 1996 بفضل تقنية زاوية الرؤية الواسعة. تقع أقطاب شاشة IPS البلورية السائلة في نفس مستوى البلورة السائلة، مما يتيح زاوية رؤية واسعة تصل إلى 178 درجة في جميع الاتجاهات. وقد ساهم هذا الإنجاز في التغلب على عيوب شاشات TN. مع ذلك، لا تخلو شاشات IPS من العيوب. فعلى الرغم من زاوية الرؤية الممتازة، إلا أنها تستهلك طاقة عالية نسبيًا، كما أن سرعة استجابتها ليست مثالية، لذا من الضروري الموازنة بين مزاياها وعيوبها عند استخدامها.

لاحقًا، في عام 1998، أطلقت هيتاشي نسخة مطورة من تقنية S-IPS (سوبر IPS)، والتي لم تكتفِ بالاحتفاظ بالمزايا التقنية الأصلية لتقنية IPS، بل حسّنت أيضًا سرعة الاستجابة. وفي عام 1999، انضمت إل جي فيليبس إلى سوق تقنية IPS كمشروع مشترك، وبعد إفلاس هذا المشروع في عام 2006، استحوذت إل جي ديسبلاي بشكل رئيسي على أعمال تقنية IPS، واستمرت في التطور منذ ذلك الحين.

والآن، دعونا ننتقل إلى تقنية OLED. تقنية OLED، اختصارًا لـ Organic Light Emitting Diode (الصمام الثنائي العضوي الباعث للضوء)، تختلف عن تقنية TFT-LCD في أنها تتميز بالإضاءة الذاتية ولا تحتاج إلى إضاءة خلفية. تتمتع تقنية OLED بالعديد من المزايا، مثل زاوية الرؤية الواسعة، والتباين العالي، واستهلاك الطاقة المنخفض، وسرعة الاستجابة العالية، والألوان الكاملة، وبساطة التصنيع.

بحسب طريقة التشغيل، تُقسم شاشات OLED إلى نوعين: شاشات OLED السلبية (PMOLED) وشاشات OLED النشطة (AMOLED). يُعدّ كلٌّ من PMOLED وAMOLED نوعين مختلفين. وإذا ما قورنت شاشات OLED بنسخة مُطوّرة من شاشات LCD، فإنّ شاشات PMOLED تُشبه إلى حدٍّ كبير شاشات STN LCD التي بدأت بالانحسار تدريجيًا من السوق. تُعاني شاشات PMOLED من ضعف الأداء في عرض الصور الديناميكية، كما أنّ سرعة استجابتها بطيئة نسبيًا. وعلى الرغم من ميزاتها المُوفّرة للطاقة، إلا أنّ حجمها محدود. بالنسبة لمستخدمي الهواتف الذكية الذين يُفضّلون الشاشات الكبيرة والوضوح العالي، فإنّ شاشة PMOLED ذات الدقة المنخفضة بحجم 5 بوصات لا تُلبي احتياجاتهم. إضافةً إلى ذلك، فإنّ زيادة حجم شاشات PMOLED ستؤدي إلى زيادة سطوع البكسل وتيار التشغيل، ممّا يُقلّل من عمرها الافتراضي.

لذا، فإن الغالبية العظمى من شاشات OLED التي نستخدمها اليوم هي شاشات AMOLED. وAMOLED اختصار لـ "صمام ثنائي عضوي باعث للضوء ذو مصفوفة نشطة"، أي "صمام ثنائي عضوي باعث للضوء ذو مصفوفة نشطة" أو "صمام ثنائي عضوي باعث للضوء ذو مصفوفة نشطة". يشير مصطلح "AM" إلى تقنية معالجة البكسل المستخدمة. تُمكّن هذه التقنية شاشات AMOLED من تحقيق استهلاك منخفض للطاقة وزاوية عرض واسعة مع الحفاظ على دقة عالية واستجابة سريعة، مما يجعلها إحدى تقنيات العرض السائدة اليوم. ولا تقتصر شاشات AMOLED على الهواتف الذكية فحسب، بل تُستخدم أيضًا في أجهزة تلفزيون سامسونج وإل جي، مما يُؤكد آفاق استخدامها الواسعة.

يكمن جوهر تقنية AMOLED في جزيئات مصفوفة OLED، التي تُصدر الضوء وتخزنه أو تدمجه في ترانزستورات الأغشية الرقيقة (TFTs) بعد تحفيزها كهربائيًا. ومن خلال التحكم الدقيق في اتجاه التيار المتدفق إلى كل بكسل، تحقق AMOLED دقة عالية واستجابة سريعة. يُجهز كل بكسل بترانزستورين TFT على الأقل لضمان تحكم مستقر في التيار المستمر. تُعد تقنية اللوحة الخلفية TFT أساسية لتقنية AMOLED، وتعتمد هذه التقنية حاليًا على حلين: السيليكون متعدد التبلور والسيليكون غير المتبلور.

تشمل المزايا الرئيسية لشاشات AMOLED خاصية الإضاءة الذاتية، وزاوية الرؤية الواسعة، والتباين العالي، وسرعة الاستجابة. بالإضافة إلى ذلك، تتميز شاشات AMOLED بمعدل تحديث أعلى مقارنةً بشاشات PMOLED، مما يقلل استهلاك الطاقة بشكل ملحوظ. مع ذلك، قد تتأثر جودة القراءة على شاشات AMOLED إلى حد ما تحت أشعة الشمس المباشرة. ولتحسين هذه المشكلة، أطلقت سامسونج تقنية Super AMOLED، التي تُحسّن جودة العرض تحت الإضاءة القوية عن طريق تقليل المسافة بين عناصر الشاشة.

مع تطور التكنولوجيا، تُعدّ تقنية Super AMOLED، كنسخة مطورة من تقنية MOLED، نقلة نوعية في تقليل المسافة بين عناصر الشاشة، مما يُحسّن بشكل ملحوظ جودة العرض في ظروف الإضاءة القوية. وقد ساهم هذا الابتكار التكنولوجي في تحسين تجربة القراءة في الهواء الطلق بشكل كبير، مما يوفر للمستخدمين متعة بصرية أكثر راحة.