Organic Light Emitting Devices (OLED)
ความนิยมของผู้ชม: / 0
แย่มากดีมาก 

 

Organic Light Emitting Devices (OLED)

การผลิต OLED  คลิกค่ะ


 

 

ความเป็นมาของเทคโนโลยีจอแสดงผล (Display Technology) นั้นย้อนกลับไปได้ถึงปี ค.ศ. 1908 ซึ่ง Campbell Swinton เป็นผู้ประดิษฐ์ หลอดรังสีคาโธด หรือ CRT (Cathode Ray Tubes) จนกระทั้งเมื่อถึงปี ค.ศ. 1936 จึงเริ่มมีการนำ CRT มาทำโทรทัศน์เป็นครั้งแรก โดยมี 343 เส้น และสามารถผลิตภาพได้ 30 ภาพต่อวินาที เพียงพอในการหลอก สายตามนุษย์ หลักการของ CRT ทำโดยการยิงลำอิเล็กตรอน ผ่านสนามแม่เหล็ก ซึ่งใช้ควบคุมทิศทางของลำอิเล็กตรอน เมื่อลำอิเล็กตรอน ไปตกกระทบกับวัสดุซึ่ง สามารถเรืองแสงได้ สารเรืองแสง หรือ phosphor ได้แก่ ZnS:Ag (สีฟ้า) ZnS:Cu,Al (สีเขียว) Y2O2S:Eu (สีแดง) ก็จะเกิดเป็นจุดสว่างขึ้นมา โดยการผสมสีทำได้โดยการควบคุมจุดสว่าง สีแดง เขียว น้ำเงิน (RGB) ให้ผสมกันเป็นสีต่างๆ

CRT technology
(ภาพแสดงการทำงานของ CRT โดย Amy Walker, Department of Chemistry, Washington University)

เทคโนโลยีของ CRT นิยมใช้กันมาเรื่อยๆ แม้แต่ปัจจุบัน โทรทัศน์ตามครัวเรือน โดยส่วนใหญ่ยังเป็น CRT อยู่ ในขณะที่จอภาพคอมพิวเตอร์ เริ่มเปลี่ยนมาเป็นจอภาพแบบ LCD แล้ว แต่ก่อนจะไปพูดถึง LCD มีเทคโนโลยีอีก ประเภทหนึ่งที่ควรกล่าวถึง นั่นคือจอพลาสมา (Plasma Display) ซึ่งมาช่วยแก้ปัญหาของ CRT ที่มีขีดจำกัด ที่ไม่สามารถทำให้มีขนาดใหญ่ได้ เพราะกินไฟและมีปัญหาเรื่อง ความละเอียดของภาพ

จอพลาสมาทำงานโดยการแบ่งพื้นที่จอ ออกเป็นเซลล์เล็กๆ แต่ละเซลล์บรรจุก๊าซ นีออน หรือ ซีนอน ซึ่งเป็นก๊าซเฉื่อย โดยที่ผนังข้างหนึ่งของเซลล์ นั้นมีสาร phosphor ที่ให้แสงสีใดสีหนึ่งของ RGB เคลือบอยู่ เมื่อต้องการจะให้เซลล์เรืองแสง ก็จะใส่สนามไฟฟ้าเข้าไป ทำให้ก๊าซดังกล่าวถูกกระตุ้นไปอยู่ในสภาพพลาสมา ซึ่งจะมีการปล่อยแสง UV ออกมา ซึ่งไปกระตุ้นให้ สาร phosphor เรืองแสงขึ้นมา จอพลาสมาสามารถทำให้มีขนาดใหญ่ และกินไฟน้อยกว่าจอ CRT ก็จริง แต่การสร้างเซลล์จำนวนมาก ทำให้เกิดความซับซ้อน ราคาของจอภาพชนิดนี้มีราคาสูง และคงเป็นไปได้ยากที่จะลดราคา ลงมาได้ดังที่จอ CRT และ LCD สามารถทำได้

plasma
(Pictures from www.array-electronics.de (left) and NEC Japan (right))

LCD หรือ Liquid Crystal Display คิดค้นขึ้นในปี ค.ศ. 1963 ทำงานโดยอาศัยหลักการที่ วัสดุประเภท Liquid Crystal นั้นมีคุณสมบัติพิเศษ ในการจัดเรียงตัวกันเป็นชั้นๆ โดยการจัดเรียงตัวนั้นสามารถเปลี่ยนได้ โดยใช้สนามไฟฟ้า LCD ทำงานโดยการ นำวัสดุ Liquid Crystal ซึ่งมีสมบัติในการบิดสนามแม่เหล็กไฟฟ้าของแสงได้ มาบรรจุระหว่าง ผิวกระจก ที่ด้านหนึ่งเคลือบวัสดุ Liquid Crystal ในแนวหนึ่ง ขณะที่เคลือบผิวกระจกอีกข้างด้วย Liquid Crystal ให้โมเลกุล เรียงตัวไปในแนวตั้งฉาก เจ้า Liquid Crystal ที่บรรจุอยู่ระหว่างผิวกระจกทั้งสอง ก็จะพยายามจัดเรียงตัว ให้สอดคล้องกับผิวกระจกทั้งสอง ซึ่งหากนำ Polarized Filter มาวางซ้อน จะทำให้แสงที่วิ่งเข้าไปใน วัสดุ Liquid Crystal ค่อยๆ ปรับมุมโพลาไรซ์ จนออกไปด้านตรงข้ามได้ เราจึงเห็นความใสของมัน แต่เมื่อป้อนสนามไฟฟ้าเข้าไป ระหว่างผิวกระจก 2 ข้าง โมเลกุล Liquid Crystal จะจัดเรียงตัวตามสนามไฟฟ้่า ไม่จัดเรียงตัวตาม pattern ของผิวกระจก อีกต่อไป เลยทำให้แสงส่องผ่านออกมาไม่ได้

เทคโนโลยี LCD ไม่ได้ผลิตแสง phorphorescence ออกมาซึ่งต่างจาก เทคโนโลยี CRT และ Plasma Display แต่อาศัยแสงที่เราเรียกว่า Backlight ซึ่งมาจากข้างหลัง เพื่อให้เราเห็นภาพ อีกทั้งแสงที่ออกมา เป็นแสง Polarized Light ที่มีระนาบเดียวกัน ทำให้สบายตามาก

LCD
(Picture from Dr. Amy Walker, Department of Chemistry, Washington University)

แต่ LCD ก็ยังมีข้อเสียเปรียบ นั่นคือ มันค่อนข้างไวกับอุณหภูมิ (ลองทิ้งคอมพิวเตอร์โน๊ตบุค ไว้ในรถยนต์แล้วเอาไปจอดตากแดดสักเต็มวัน ท่านอาจจะเปิดออกมา แล้วพบว่าจอภาพเป็นลายด่างๆ) แม้ว่า LCD จะกินไฟน้อยกว่า CRT มากแต่มันคงยังเป็นอุปกรณ์ที่กินไฟที่สุด เมื่อไปอยู่ในอุปกรณ์มือถือ หรือ อุปกรณ์เคลื่อนที่ต่างๆ เช่น โทรศัพท์มือถือ พ็อกเก็ตพีซี เครื่องคอมพิวเตอร์โน๊ตบุ๊ค เป็นต้น รวมทั้งมุมมองสำหรับการเห็นภาพ ค่อนข้างแคบ และที่สำคัญที่สุด ที่จะทำให้มันถูกแทนที่ด้วยเทคโนโลยีตัวต่อไป ก็คือ มันทำเป็นจออ่อนไม่ได้ (Flexible Display)

History of OLED - BASF
(Picture from BASE AG.)

OLED (Organic Light Emitting Devices) เป็นอุปกรณ์ที่มีหลักการง่ายๆ กล่าวคือ เมื่อนำวัสดุที่มีสมบัติเป็นสารเปล่งแสง (Emissive Materials) ซึ่งเป็นโมเลกุลอินทรีย์ (Organic Materials) มาวางไว้ระหว่างขั้วไฟฟ้าบวกและลบ วัสดุเปล่งแสงนี้ มีสมบัติเป็นสารกึ่งตัวนำที่มีชั้นของพลังงาน 2 ชนิด ได้แก่ ชั้นพลังงานที่มีอิเล็กตรอนบรรจุอยู่ กับ ชั้นพลังงานที่ว่างเปล่าที่ไม่มีอิเล็กตรอนบรรจุ ประจุบวกหรือโฮล (Hole) สามารถวิ่งอยู่บนชั้นพลังงานที่มีอิเล็กตรอนบรรจุอยู่นี้ได้ ในขณะที่ประจุลบหรืออิเล็กตรอน (electron) สามารถวิ่งได้บนชั้นพลังงานที่ว่างเปล่านี้ ชั้นพลังงาน 2 ชนิดนี้มีลักษณะที่ไม่เชื่อมต่อกัน โดยชั้นพลังงานที่ว่างเปล่าจะอยู่สูงกว่าชั้นพลังงานที่มีอิเล็กตรอนบรรจุอยู่ ชั้นพลังงานบนสุดที่มีอิเล็กตรอนบรรจุอยู่ จะถูกแยกออกจากชั้นพลังงานว่างเปล่าด้วยช่องว่างของพลังงาน (Energy Gap) ซึ่งมีขนาดที่พอเหมาะ เมื่อผ่านสนามไฟฟ้าเข้าไปที่ขั้วไฟฟ้าทั้งสอง อิเล็กตรอนจากขั้วลบจะวิ่งไปที่ชั้นพลังงานที่ว่างเปล่า ในขณะที่โฮล จะวิ่งจากขั้วบวกเข้าไปยังชั้นพลังงานที่มีอิเล็กตรอนบรรจุอยู่ จากนั้นประจุลบจะวิ่งลงมาในขณะที่ประจุบวกจะวิ่งขึ้นไปพบกัน แล้วรวมตัวกันเกิดเป็นอนุภาคโฟตอนหรือแสงนั่นเอง โดยพลังงานของอนุภาคโฟตอนนั้นจะมีค่าเท่ากับ Energy Gap ซึ่งจะเป็นตัวกำหนดสีของแสงที่เปล่งออกมา เช่น สีแดง ซึ่งมีพลังงานต่ำกว่า สีฟ้า เป็นต้น สีของแสงที่เปล่งออกมาขึ้นอยู่กับ Energy Gap ซึ่งก็จะขึ้นอยู่กับสมบัติของวัสดุเปล่งแสงอีกที

OLED diagram นาโน
หลักการทำงานของจอภาพ OLED (Picture by OSRAM AG)

ข้อดีของ OLED ประการหนึ่งจากหลายๆ ประการก็คือ เราสามารถออกแบบ Energy Gap หรือสีที่เปล่งออกมาได้ โดยการทำวิศวกรรมโมเลกุล เช่น พอลิเมอร์ที่เป็นวัสดุเปล่งแสงสีเหลืองที่ชื่อว่า PPV (Poly paraphenylenevinylene) นั้นหากนำมาทำวิศวกรรมโมเลกุล โดยการใส่หมู่แทนที่ด้านข้างเข้าไปเกิดเป็น MEH-PPV ซึ่งมี Energy Gap ที่ลดลงทำให้สีเปลี่ยนมาเป็นส้ม-แดง งานวิจัยพัฒนาด้านวิศวกรรมโมเลกุลนี้ ในประเทศไทยทำงานมากที่ ศูนย์นาโนศาสตร์และนาโนเทคโนโลยี คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหิดล ในขณะที่ งานทางด้านสังเคราะห์พอลิเมอร์เปล่งแสงนี้ มีหลายกลุ่มในประเทศไทย ได้แก่ ศูนย์เทคโนโลยีโลหะและวัสดุแห่งชาติ (ดร. สมบุญ สหสิทธิวัฒน์), ศูนย์นาโนเทคโนโลยีแห่งชาติ (ดร.อุดม อัศวาภิรมย์), ภาควิชาเคมี มหาวิทยาลัยอุบลราชธานี (ดร. วินิช พรหมอารักษ์), ภาควิชาเคมี จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย (ดร. วรวรรณ พันธุมนาวิน) ส่วนการประกอบอุปกรณ์ OLED ในประเทศไทยนั้น ดร. สมบุญ สหสิทธิวัฒน์ แห่ง MTEC, ดร. จิตติ หนูแก้ว แห่ง สถาบันเทคโนโลยีเจ้าคุณทหารลาดกระบัง และ ดร. ธนากร โอสถจันทร์ (คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหิดล) เป็นผู้นำในศาสตร์ด้านนี้

molecular engineering for color
สีของแสงที่เปล่งออกมาจากพลาสติก สามารถปรับได้โดยการทำ วิศวกรรมโมเลกุล (Picture by Teerakiat Kerdcharoen, Mahidol University)

OLED อาจแบ่งออกเป็น 2 ประเภท ขึ้นอยู่กับวัสดุเปล่งแสง ได้แก่

  1. วัสดุเปล่งแสงน้ำหนักโมเลกุลต่ำ ถูกคิดค้นขึ้นในปี ค.ศ. 1987 โดยนักวิทยาศาสตร์ของบริษัทโกดักด้วยความบังเอิญ ระหว่างที่กำลังทำการพัฒนาเซลล์สุริยะอินทรีย์ โดยพวกเขาสังเกตเห็น แสงสีเขียวที่เปล่งออกมาจากรอยต่อระหว่างวัสดุ 2 ชนิด ที่ชนิดหนึ่งเป็นตัวนำที่ดีของโฮล ในขณะที่อีกชนิดหนึ่งเป็นตัวนำที่ดีของอิเล็กตรอน การเตรียม OLED ชนิดนี้นิยมทำด้วยการระเหยในสุญญากาศ (Vapor Deposition)

  2. วัสดุเปล่งแสงน้ำหนักโมเลกุลสูง หรือ พอลิเมอร์ คิดค้นขึ้นครั้งแรกในปี ค.ศ. 1990 ที่มหาวิทยาลัยแคมบริดจ์ โดยการใช้พอลิเมอร์นำไฟฟ้าเป็นวัสดุเปล่งแสง ซึ่งมีข้อดีคือ พอลิเมอร์ที่ใช้ มีความสามารถในการนำไฟฟ้าได้ดีกว่า พวกโมเลกุลน้ำหนักต่ำ ทำให้สามารถใช้ศักย์ไฟฟ้าไม่ต้องสูงมาก (เช่น 2-5โวลต์) อีกทั้ง มีประสิทธิภาพในการเปลี่ยนพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานแสงที่ดีกว่า ที่สำคัญการเตรียมอุปกรณ์สามารถทำได้ในสภาวะเปียก กล่าวคือ ทำการละลายพอลิเมอร์ในสารละลาย แล้วนำไปทำการเคลือบปั่นให้เป็นแผ่นฟิล์มบาง ซึ่งขั้นตอนดังกล่าวสามารถทำได้ในห้องปฏิบัติการเคมีเท่านั้น ไม่ต้องการห้องสะอาด (Clean Room) ที่มีราคาแพงของอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์

OLED เป็นอุปกรณ์ที่ทำงานโดยอาศัยสมบัติทางนาโน กล่าวคือ วัสดุอินทรีย์เปล่งแสง ที่นำมาประกอบอุปกรณ์นั้นเป็นฟิล์มที่บางมาก มีความหนาเพียง 100-150 นาโนเมตร ซึ่งบางกว่า 1 เปอร์เซ็นต์ของเส้นผมด้วยซ้ำ ขั้วไฟฟ้าที่นำมาประกอบ ก็สามารถทำให้บางได้ในระดับใกล้เคียงกัน ดังนั้น OLED จึงมีความหนาได้น้อยกว่ากระดาษเสียด้วยซ้ำ ด้วยความที่วัสดุเปล่งแสง เป็นสารอินทรีย์เราจึงสามารถประกอบอุปกรณ์ OLED บนวัสดุที่พับงอได้ เกิดเป็นเทคโนโลยีใหม่ที่เรียกว่า จอภาพแบบยืดหยุ่น (Flexible Display) การทำงานของวัสดุเปล่งแสงอินทรีย์ ก็อาศัยสมบัติระดับโมเลกุลโดยที่โครงสร้างเชิงอิเล็กตรอนสามารถดัดแปลง หรือ จูน (Tune) โดยการทำวิศวกรรมโมเลกุล เช่น การใส่กิ่งก้านสาขาให้แก่โมเลกุล การดัดแปลงหมู่แทนที่ เปลี่ยนชนิดของอะตอมในโมเลกุล แล้วไปมีผลทำให้โครงสร้างเชิงอิเล็กตรอนเปลี่ยนไปได้

ธีรเกียรติ์ เกิดเจริญ

(c) Copyright 2006 Mahidol University

 

 


 

 

 

 

 


Views: 2473

Be first to comment this article

Only registered users can write comments.
Please login or register.

Powered by AkoComment Tweaked Special Edition v.1.4.6
AkoComment © Copyright 2004 by Arthur Konze - www.mamboportal.com
All right reserved

 
< ก่อนหน้า   ถัดไป >

Statistics

สถิติผู้เยี่ยมชม: 38733821

Who's Online

ขณะนี้มี 1 บุคคลทั่วไป ออนไลน์