หยาดพิรุณ นุตสถาปนา

พูดถึง โอแอลอีดี ผู้ที่เกาะติดกระแสเทคโนโลยีคงนึกถึงภาพของจอแสดงผลเรืองแสงขนาดเล็กบนหน้าจอโทรศัพท์มือถือต่างสัญชาติ แต่เชื่อหรือไม่...เทคโนโลยีนี้กำลังกลายเป็น เดิมพัน ครั้งสำคัญที่นักวิจัยไทยประกาศทุ่มจนสุดตัว ข้อมูลพื้นฐานที่มีบอกให้รู้ว่าจอภาพโอแอลอีดี (Organic Light Emitting Diode) หรืออุปกรณ์เปล่งแสงอินทรีย์ มีคุณสมบัติพิเศษทางเทคนิค คือ สามารถเรืองแสงได้ด้วยตัวเองโดยไม่ต้องใช้ไฟส่องหลัง แต่จะอาศัยสารอินทรีย์เลียนแบบการให้แสงตามธรรมชาติแทน ทำให้แสงที่ได้มีสีสันสดใสมากขึ้น ขณะที่ใช้พลังงานน้อยลง จอภาพชนิดนี้ยังใช้กระบวนการแสดงภาพแบบ อิเล็กโทรลูมิเนสเซนซ์ (electroluminescence) ซึ่งหมายความว่า ภาพในจอจะมีคุณภาพเท่าเทียมกัน ไม่ว่าจะมองจากมุมไหน

ผศ.ดร.ธนากร โอสถจันทร์ หน่วยสร้างเสริมศักยภาพทางนาโนศาสตร์และนาโนเทคโนโลยี คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหิดล บอกเล่าถึงที่มาของงานวิจัยด้านโอแอลอีดีให้ฟังว่า เริ่มจากการฟอร์มทีมกับเพื่อนนักวิจัย 4-5 คน ที่สนใจจะทำงานด้านนาโนเทคโนโลยีด้วยกันเมื่อ 3 ปีที่แล้ว จนกระทั่งจัดตั้งหน่วยวิจัยที่มีอายุราวปีครึ่งขึ้นมา เรามองงานประยุกต์เชิงอิเล็กทรอนิกส์ของนาโนว่า ต่อไปคงไม่ได้อยู่บนผลึกซิลิคอนแล้ว มันน่าจะต้องขยับไปเป็นอุปกรณ์โมเลกุล และก่อนที่เราจะไปถึงอุปกรณ์โมเลกุล เราก็อยากหางานที่ประยุกต์ใช้เจ้าโมเลกุลในทางอิเล็กทรอนิกส์ และเจ้าโอแอลอีดี นี่แหละ น่าจะมีศักยภาพที่สุด งานวิจัยชิ้นนี้ได้รับทุนสนับสนุนจากศูนย์เทคโนโลยีโลหะและวัสดุแห่งชาติ (เอ็มเทค) เป็นเงิน 7 ล้านบาท ระยะเวลา 3 ปี ขณะนี้ผ่านไปได้หนึ่งปีครึ่งแล้ว ดร.ธนากร บอกว่า โอแอลอีดีจัดว่าเป็นเทคโนโลยีที่ไม่ค่อยสูงนัก สามารถผลิตออกสู่ตลาดได้ในเวลาที่ค่อนข้างรวดเร็ว

ส่วนประกอบของโอแอลอีดีจะเริ่มด้วยฐานชั้นล่างเป็นแก้ว ชั้นต่อไปเรียกว่าไอทีโอ ซึ่งเป็นชั้นนำไฟฟ้าที่ยอมให้แสงผ่านได้ ชั้นถัดไปเป็นชั้นที่ช่วยให้เจ้าโฮล (hole) หรือประจุบวกวิ่งได้ดีขึ้น หรือจะเรียกว่าชั้นขนส่งโฮลก็ได้ ตามด้วยชั้นสำหรับปล่อยแสง และชั้นที่ช่วยให้อิเล็กตรอนวิ่งได้ดีเชื่อมด้านบน โดยมีขั้วโลหะวางอยู่ข้างบนอีกชั้น โดยบางชั้นมีความหนาแค่ 60 นาโนเมตรเท่านั้น ดร.หนุ่มผู้ชำนาญศาสตร์ด้านฟิสิกส์บอกว่าข้อดีของโอแอลอีดี คือ ราคาถูก สามารถทำบนแผ่นวัสดุที่โค้งงอได้ อย่าง พลาสติก ที่สำคัญโอแอลอีดีไม่มีสารพิษเป็นส่วนประกอบ เป็นสารอินทรีย์ที่ย่อยสลายง่าย แม้อายุใช้งานขณะนี้จะไม่ยาวนานเท่าซิลิคอน แต่ถ้ามองว่าอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่มีอายุสั้น เพราะเทคโนโลยีเปลี่ยนเร็ว ก็ถือว่าน่าสนใจ  แต่กว่าจะออกมาเป็นชิ้นงานต้นแบบได้นั้น ทีมงานต้องเริ่มต้นกันตั้งแต่ขั้นตอนการคำนวณโมเลกุล เพื่อหาสมบัติตามต้องการ ตามด้วยขั้นตอนสังเคราะห์สาร และเอาสารไปขึ้นรูป หรือเอาไปเตรียมฟิล์ม เพื่อผลิตเป็นฟิล์มบางออกมา และเอาโลหะมาต่อ เสร็จแล้วจึงเอาไปวัดค่า และให้มันปล่อยแสงออกมา

โครงการที่เราทำ เป็นการรวมตัวของคนที่มีพื้นฐานต่างกัน อย่าง ผศ.ดร.ธีรเกียรติ เกิดเจริญ จะชำนาญด้านการเอาคอมพิวเตอร์มาคำนวณโมเลกุลว่าโมเลกุลมันอยู่ยังไง เราต้องวิศวกรรมมันที่ระดับโมเลกุลเลย หมายความว่าเราอยากให้มันเปล่งแสงสีฟ้า เราก็ต้องดูว่าแขนของโมเลกุลที่มาต่อๆ กันจะต้องยาวแค่ไหน คอมพิวเตอร์ก็จะคำนวณให้และออกมาว่าโมเลกุลมันต้องเป็นประมาณนี้นะ หลังจากนั้นก็เป็นหน้าที่ของ ดร.เติมศักดิ์ ศรีคิรินทร์ ที่ต้องเอาเจ้าโพลิเมอร์มาสังเคราะห์ เราเริ่มจากการสังเคราะห์สารพีพีวี (Poly paraphenylene vinylene : PPV) ที่ให้แสงสีแดงออกมาก่อน

ดร.เติมศักดิ์ บอกว่าสาเหตุที่เตรียมสารตั้งต้นเอง เพราะอยากมีความสามารถในการควบคุมโครงสร้าง แค่โครงสร้างที่มีสมบัติเปลี่ยนไปก็ให้สีที่แตกต่างกันได้ และความสำเร็จครั้งนี้ได้รับความร่วมมืออย่างดีจาก ดร.สมบุญ สหสิทธิวัฒน์ จากเอ็มเทค และ ผศ.ดร.สุภา หารหนองบัว ภาควิชาเคมี คณะวิทยาศาสตร์ ม.เกษตรศาสตร์

การเปลี่ยนโครงสร้างโมเลกุล เป็นการเข้าไปเปลี่ยนสมบัติ อย่างโครงสร้างนี้จะให้สีไปสีหนึ่ง พอมีค่าพลังงานต่างกัน หรือโครงสร้างเดียวกันแต่ปรับเปลี่ยนนิดหน่อยก็สามารถเปลี่ยนสีได้ สมัยก่อนถ้าเราจะใช้สีแดงเราก็ใช้ฟิลเตอร์ ซึ่งจะมีพลังงานส่วนหนึ่งที่สูญเสียไปไม่ได้ใช้ประโยชน์ แต่การเปลี่ยนโครงสร้างของเรา ถ้าจะให้เป็นสีแดงก็ให้ออกมาสีเดียว ทำให้ได้ประสิทธิภาพมากกว่า แต่ละขั้นตอนล้วนมีความยากแตกต่างกัน อาทิ ความยากในการสังเคราะห์สาร จะเห็นได้ว่าสารพวกนี้ไม่ชอบออกซิเจน จึงต้องพยายามทำในระบบที่ไม่มีออกซิเจนเข้าไป และโดนความชื้นไม่ได้ ขณะที่ความยากของการเตรียมฟิล์ม จะต้องควบคุมความหนา ความสม่ำเสมอของฟิล์มให้ได้

เรากำลังพูดถึงฟิล์มที่หนาขนาด 100-500 นาโนเมตร กว่าจะได้ความหนาขนาดนี้ แล้วต้องเรียบมาก ถ้าเกิดมีบริเวณที่ขรุขระมากกว่า 100 นาโนเมตร มันก็จะเกิดการช็อตได้ มันมีเทคนิคหลายๆ อย่างที่เราเรียนรู้ระหว่างการทำ ผ่านไป 1 ปี เรายังทำอะไรไม่ค่อยได้ แต่มาถึงตอนนี้ เราเกิดการพัฒนามากขึ้นเรื่อยๆ และก็ประสบผลในระดับหนึ่ง ดร.ธนากร เผย และว่า  ตอนนี้เสร็จในระดับที่ว่า ถ้าปล่อยกระแสเข้าไปมันก็สว่าง เราอยากทำให้ได้หลายสี และเป็นรูปแบบที่ซับซ้อนมากขึ้นได้ หรือให้มันสว่างมากขึ้น ที่ผ่านมาเราเริ่มรู้แล้วว่าเราเตรียมพีพีวีให้แสงสีส้มกับแดงได้ เราก็กระโดดมาทำพีเอฟ (Polyfluorene : PF) ที่ให้แสงสีฟ้า และตอนนี้เราเริ่มขยับไปเป็นสีเขียวแล้ว ทั้งสามสีถูกสร้างขึ้นตามคอนเซปต์แม่สีของจอแสดงผล เพราะถ้าต้องการให้ได้ครบทุกสีเหมือนจอคอมพิวเตอร์ หรือโทรศัพท์เคลื่อนที่ ก็จะต้องมีอย่างน้อย 3 สีนี้ ปัจจุบันคณะทำงานเริ่มพัฒนาการทำลวดลายวงจรด้วย โดยทำเป็นตัวหนังสือ ตัวแสดงผล ตัวเลข หรือทำให้เป็นรูปการ์ตูนได้ แต่ใช่ว่าจะมีมหิดลเพียงสถาบันเดียวที่สนใจเทคโนโลยีโอแแอลอีดี เพราะห้องปฏิบัติการวิจัยควอนตัมและสารกึ่งตัวนำทางแสง คณะวิทยาศาสตร์ สถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกล้าเจ้าคุณทหารลาดกระบัง ก็กำลังรุกเทคโนโลยีแขนงนี้เต็มสูบ

รศ.ดร.จิติ หนูแก้ว หัวหน้าห้องปฏิบัติการ บอกว่า ขณะนี้ทีมงานสามารถเตรียมฟิล์มบางชนิดโมเลกุลขนาดเล็กจากสารอินทรีย์ Alq3 บนสารกึ่งตัวนำผลึกขนาดนาโนเมตรซิงค์ซีลีไนด์ (ZnSe) ได้ และสามารถยืดอายุการใช้งานของฟิล์มบาง โดยทำการสร้างโครงสร้างเป็นแบบบ่อควอนตัม (Quantum well) เมื่อใช้หลอดซีนอนที่มีพลังงานโฟตอนที่สูงกว่ากระตุ้น ก็จะทำให้ฟิล์มบางชนิดโมเลกุลเปล่งแสงจากช่วงความยาวคลื่นแสงสีแดงไปถึงความยาวคลื่นแสงสีฟ้าได้ ตอนนี้เราเริ่มทำจากสีเขียวก่อน โดยโอแอลอีดีของเราทำบนแก้ว มีขั้วบวก-ลบ แต่ยังไม่ได้แพ็คเกจจิ้ง อายุการใช้งานอยู่ได้ที่หลักหมื่นชั่วโมง โครงการต่อไปของเราจะทำบนพลาสติก จริงๆ เราทำงานร่วมกับศูนย์เทคโนโลยีไมโครอิเล็กทรอนิกส์อยู่ และในเรื่องของจอแสดงผลแบบบาง (Organic Flexible Flat Panel Display) กำลังขอทุนศูนย์เทคโนโลยีและอิเล็กทรอนิกส์แห่งชาติอยู่ คาดว่าภายใน 1-2 ปีนี้ น่าจะเห็นต้นแบบออกมาได้ ได้ยินอย่างนี้แล้ว...ความหวังที่ไทยเราจะยืนบนขาตัวเองโดยไม่ต้องพึ่งพาต่างชาติ คงใกล้ถึงฝั่งฝันได้ในไม่ช้า

ที่มา : กรุงเทพธุรกิจ (SciTech) ฉบับวันที่ 1 เมษายน 2547