یکی از نیازهای اصلی بشر، ارتباط دیداری است که گاهاً از مهمترین راههای تبادل اطلاعات به شمار میرود. این وظیفه را نمایشگرها به عهده دارند. در دنیای پهناور فناوری، خصوصاً فناوریهای در حال توسعه، گروهی با عنوان نمایشگرهای منعطف وجود دارد که قرار است نمایش دنیای دیجیتال را از نمایشگرهای تخت و ثابت فعلی، به یک سطح غیر تخت منتقل کند. نمایشگر منعطف به مفهومی اطلاق میشود که طی آن یک نمایشگر دیجیتال علاوه بر انجام وظیفه اصلی خود که ارائه تصاویر ثابت و متحرک است، از نظر فیزیک ساختمانی بتواند به شکلی غیر از تخت دربیاید. نساجی مدرن، نگرشهای جدیدی را در زمینهی ادغام فناوریهای الکترونیکی و مکانیکی با منسوجات را فراهم آورده است. منسوجات و مخصوصاً پوشاک مصرفی بشر، به دلیل ویژگیهای خاص خود نظیر «همیشه همراه بودن» و «سازگاری خوب با بدن انسان»، فرصت خوبی را برای تلفیق سایر فناوریها با پوشاک فراهم میکند.
نمایشگرهای لیف نوری یکی از ارزانترین نمایشگرهای منعطف است که با کمترین هزینه میتواند تولید شود. دو مشخصهی اصلی و جالب این گونه نمایشگر، ضخامت بسیار نازک و فوق سبک بودن آن است. اولین حضور لیف نوری در منسوجات در دههی 70 تا 80 اتفاق افتاد. دنیل و همکارانش پارچهی تافتهای متشکل از لیف نوری و سایر الیاف نساجی تولید کردند، به طوری که نور وارد شده به لیف، از میان روزنههای ایجاد شده در روی سطح به محیط بیرون گسیل میشد. این ویژگیها در صنعت مد به کار گرفته شد چون الیافی که قادرند فوتون های نوری را تولید کنند یا پراکنده سازند، اثرات فانتزی جالبی ایجاد میکنند. البته میتوانند برخی خصوصیات نوری را تغییر دهند و حضورشان را تشخیص دهند. بسیاری از پارچههای لیف نوری پلیمری در صنعت مد و طراحی به کار میروند. به عنوان مثال پارچهی لومینکس در کاربردهای زینتی و عملیاتی نظیر لباس، بالش، چتر، پیراهن و کیف استفاده شده است.
هر چند الیاف سیلیکونی ارزان و در دسترس هستند اما استفاده از آنها در منسوجات فوتونیک بازدهی خوبی ندارد زیرا نوردهی آنها در منسوج کم بوده و شکستگیهای عرضی لیف نوری که بعضاً به وجود میآید، قابل رویت نیستند. لیف نوری از جنس پلی متیل متاکریلات، سختی و نازکی لازم را برای بافندگی سنتی فراهم میکند.
در نمایشگرها از لیف نوری، این الیاف علاوه بر دو سر انتهایی و ابتدایی خود، میتواند در نقاط دلخواه از طول خود نیز نورانی شود. برای رسیدن به این مقصود لازم است که لیف نوری قبل از بافندگی و یا پارچهی بافته شده پس از بافندگی، تحت عملیات تکمیل شیمیایی یا مکانیکی قرار بگیرد. روزنههای ایجاد شده توسط عملیات تکمیل روی سطح لیف نوری، نور را از سطح خارج میکند ولی به نوری که از محیط خارج به روزنهها وارد میشود هیچ گونه اثری روی فعالیت نمایشگر ندارد. لیف نوری بدون نیاز به عملیات تکمیل نیز میتواند در اثر خمیدگی آن نور را ساطع کند. این خمیدگی میتواند با قرار گرفتن مابین دیگر نخهای پارچه به دست آید. اشکال اصلی این روش حساسیت بالای شدت نور خروجی به شعاع انحنای لیف میباشد. تضمین اینکه لیف در هر جای پارچه یک شعاع انحنای ثابت داشته باشد، بسیار دشوار است. اگر شعاع انحنا یکنواخت نباشد، فقط بخشی از منسوج میدرخشد. با فرض اینکه لیف نوری کاملاً به صورت یکنواخت قرار گرفته، پارچه تحت نیروهای بارگذاری تغییر شکل موقت یا دائم خواهد داشت و درخشندگی لیف نوری تغییر خواهد کرد.
نقش و تصویری که یک نمایشگر لیف نوری نمایش میدهد، از لحاظ تحرک به دو دسته ایستا و پویا تقسیم بندی میشود. الگوی پویا نسبت به الگوی ایستا پیچیدهتر است چون خود از چند فاز ایستا تشکیل میشود و توسط کنترل کننده نورپردازی میشود. اگر چه لیف نوری به راحتی میتواند در کنار سایر نخها بافته شود اما بافندگی لیف نوری ممکن است به خاطر سختی خمشی زیاد لیف نوری مشکل باشد که بالطبع بسته به تعداد یا تراکم الیاف، منسوج نهایی نیز سختی خمشی زیادی خواهد داشت. همچنین خواص نوری این الیاف در اثر نیروهای مکانیکی تغییر میکند و نباید منسوجات بافته شده از آنها به هنگام کاربرد تحت نیروهای مکانیکی قرار گیردند. نتایج آزمونهای ساییدگی نشان میدهد که پس از رخ دادن اولین تغییر فرم در نمونه، شدت روشنایی لیف نوری تغییر کرده و میزان آن افزایش مییابد؛ چرا که اندازهی روزنهها ممکن است در اثر بارگذاری بیشتر شود. بنابراین احتمال اینکه پارچه پس از هر بار استفاده پر نور تر شود وجود دارد و در نهایت کیفیت خود را از دست میدهد.
اکثر پژوهشهای انجام شده در زمینه نمایشگر لیف نوری که قصد تشابهسازی با نمایشگرهای تخت پیشرفته را داشتهاند، از بافندگی تاری-پودی بهره گرفتهاند. از دلایل اصلی آن میتوان به راحتی تولید، دوام بهتر پارچه و ثبات ابعادی بافت در این روش اشاره کرد که ویژگیهای مطلوب برای تولید یک نمایشگر منعطف است. در این تحقیق، از بافت حلقوی برای تولید نمایشگر لیف نوری استفاده شده و تاثیر پارامترهایی نظیر گیج ماشین بافندگی، طرح بافت و طول حلقه جهت دستیابی به وضوح بالای نمایشگر، کیفیت مطلوب و روشنایی مناسب تصویر نهایی، ثبات ابعادی مناسب بافت، تثبیت لیف در بافت و نسبت رعنایی مورد بررسی قرار گرفته و بهینه سازی میگردد.
تجربیات
در این تحقیق از لیف نوری بدون روکش 750 میکرون استفاده گردید. این الیاف به روش بافندگی حلقوی پودی بافته شدند. در بافت پارچه نمایشگر، بافندگی حلقوی پودی در مقایسه با روش تاری-پودی دارای مزایایی فراوانی میباشد. در نمایشگرهای الکترونیکی، به دلیل اینکه احتمال ترکیب هر پیکسل با پیکسلهای مجاور وجود دارد، برای هر پیکسل محدودهای در نظر میگیرند تا از سایر پیکسلها متمایز شود. بنابراین بافت حلقوی پودی از این منظر توانایی بالقوهای در توسعه نمایشگرهای با کیفیت دارد. زیرا این پارچه ها دارای ردیفهایی است که میتواند به عنوان جداکننده محدوده پیکسل ها مد نظر قرار گیرد (شکل 1). در نمونه های تولید شده در این تحقیق، نمره نخ و ضخامت لیف نوری ثابت خواهد بود و طول حلقه، ساختمان بافت و گیج ماشین بهینه بدست خواهد آمد.
شکل 1- بافت ریب 1´1، پیکسلهای عمودی مابین ردیفها و پیکسلهای افقی مابین رجها
در فرآیند بافندگی، استفاده از لیف نوری به عنوان پود آزاد در بافت ریب گزینه مناسبی برای تولید نمایشگر به روش حلقوی پودی دورو در نظر گرفته شد. نمونه هایی که بدین ترتیب بافته میشوند بر اساس طرح پیش بینی شده تکمیل میگردند و سپس عملیات نورپردازی انجام میشود. در این تحقیق برای نورپردازی نمونه ها جهت بدست آوردن درخشندگی مناسب از لامپهای پر نور SMD (Surface-Mount Device light-emitting diode) استفاده شده که کیفیت نور بالایی دارد و در نور روز تصویر مشخصی نمایش میدهد.
تکمیل نمونه های بافته شده به روش مکانیکی و ایجاد خراش در سطح لیف نوری انجام میگیرد. ایجاد خراش در سطح لیف باعث افزایش زاویه حد شده و نور از خراش بیرون آمده و در سطح پارچه نمایان میگردد. قسمت انتهایی لیفهای نوری نیز به داخل دیفیوزر و سپس منبع نوری متصل گردید. برای انجام عملیات تکمیل نیاز به طرح تکمیل می باشد. شکل 2 نمونه ای از طرح تکمیل بافت را نشان می دهد. این طرح یک طرح لوزی با تعداد پیکسلهای 10´20 می باشد.
شکل 2- نمونهای از طرح تکمیل بافت
شکل 3- نمونهی تکمیل شده با طرح لوزی
تولید نمونه ها با نخ اکریلیک نمره 2/24 متریک بر روی دستگاه های تختباف دستی با گیجهای 5، 7، 10و12 سوزن بر اینچ انجام شد. به دلیل اینکه طول حلقه مناسب قابل پیشبینی نمی باشد، تنظبمات در این رابطه بر اساس عدد تنظیم بادامک حلقه بر روی ماشین صورت پذیرفت.
با فرض اینکه نخ مصرفی تغییر نمیکند، بر روی یک ماشین با گیج ثابت، هر چه عدد بادامک حلقه و بالطبع طول حلقه افزایش یابد، نسبت رعنایی از یک کمتر و کمتر خواهد شد و فواصل بین پیکسلها در جهت طولی افزایش مییابد. هر چه این مقدار کاهش یابد نسبت رعنایی از یک فراتر رفته و فواصل بین پیکسلها در جهت عرضی افزایش مییابد.
نتایج و بحث
ساختمان بافتی برای تولید نمایشگر مناسب است که دوام بستر را تأمین کند و اصطکاک لازم را برای سفت نگه داشتن لیف نوری فراهم آورد. برای انتخاب ساختار بافت مناسب برای تولید نمایشگر، 3 نوع طرح بافت ریب، هافگاردین و هافمیلانو بر روی ماشین دو رو بافته شد و مزایا و معایب هرکدام برای تولید نمایشگر مورد بررسی قرار گرفت. با مقایسه بافت های ریب، هافکاردیگن و هافمیلانو، نمونه ی هافمیلانو برای تولید نمایشگر دارای ثبات ابعادی بهتر و مناسبتر برای ساخت نمایشگر تشخیص داده شد.
نتایج اولیه نشان داد که ماشین گیج 5 که درشتترین گیج به حساب میآید، نمونههایی با ثبات ابعادی کمی را تولید میکند و این نمونهها توانایی نگهداری لیف نوری را ندارند. تغییر موقعیت لیف در داخل بافت پس از تکمیل موجب بر هم خوردن نظم تصویر خواهد شد. همچنین نمونههای گیج 5 تراکم پیکسلی پایینی دارد و نمایشگر خوبی تولید نمیکند. از طرف دیگر به دلیل ضخیم بودن لیف نوری، ماشین گیج 12 قابلیت تولید نمونه با لیف نوری 750 میکرون را ندارد و لیف نوری در حین بافت با سوزنها برخورد میکند. بنابر این از ماشین با گیجهای 7 و 10 برای تولید نمونه استفاده گردید.
برای بدست آوردن نسبت رعنایی 1، طول حلقه را توسط عدد بادامک دستگاه بافندگی تغییر داده و نسبت رعنایی نمونه بافته شده اندازهگیری میگردد. نتایج اولیه تجربیات نشان داد که برای بدست آوردن نسبت رعنایی 1 در بافت هافمیلانو با ماشین با گیج 7، بایستی طول حلقه 8.6 میلیمتر باشد (نمایشگر آلفا). این عدد برای همین طرح بافت با ماشین گیج 10 بایستی 7 میلیمتر باشد.
به منظور ارائه حداکثر توانایی منسوج نمایشگر تولید شده، لوگو مربوط به پژوهشکده مواد و فناوریهای پیشرفته در نساجی دانشگاه صنعتی امیرکبیر که دارای خطوط صاف و مورب و منحنی است را انتخاب کرده و اقدام به تولید آن گردید (شکل 4الف). نمایشگر مورد نظر تک رنگ بوده و بصورت سیاه-سفید تولید میگردد. پس از تکمیل نمونه ها، انتهای لیفهای نوری به منبع نور متصل گردیده و پس از روشن کردن منبع نور، طرح لوگو بر روی منسوج نمایشگر به نمایش درمیآید (شکل 4ب).
شکل 4- (الف) طرح انتخاب شده برای نور پردازی روی نمایشگر، (ب) نمایشگر تحت نورپردازی
نتیجه گیری
در این تحقیق با استفاده از فناوری لیف نوری، منسوج نمایشگری توسعه داده شد که میتواند تصاویر را با کیفیت قابل قبولی به نمایش درآورد. بهرهگیری از بافندگی حلقوی پودی، عدم استفاده از مواد شیمیایی و همچنین عدم استفاده از ابزارهای مکانیکی پیشرفته در تولید و تکمیل، از جمله مزایای این نمایشگر منعطف به حساب میآید. این نمایشگر قابلیت کاربرد در طراحی پوشاک و منسوجات خانگی را دارد.
