วันจันทร์, 26 มิถุนายน, 2017
ไทยไดเร็คทอรี่พลัส

“ทีวีOLED” คือสุดยอดเทคโนโลยีการแสดงผลล้ำสมัย

จอ”ทีวีOLED” คือ เทคโนโลยีการแสดงผลตัวหนึ่งที่ถูกนำมาใช้แสดงผลที่ใช้ในการแสดงผลกับอุปกรณ์ขนาดเล็ก เช่น จอมือถือและกล้องดิจิตอล ในช่วงสิบกว่าปีที่ผ่านมา และถูกนำมาใช้งานกับการแสดงผลกับหน้าจอขนาดใหญ่ เช่น จอทีวีOLED  ที่เรารู้จักกันนั้น มีหลักการทำงานอย่างไร ที่นี่เรามีคำตอบให้ครับ

 

samsung-oled-tv-2013
samsung-oled-tv-2013

OLED (Organic Light Emitting Diodes) คือจอภาพที่มีลักษณะคล้ายแผ่นฟิล์ม ซึ่งมีส่วนประกอบเป็นสารอินทรีย์ที่สามารถเปล่งแสงเองได้เมื่อได้รับพลังงาน ไฟฟ้า เรียกว่ากระบวนการอิเล็คโทรลูมิเนเซนส์ (Electroluminescence) โดยที่ไม่ต้องพึ่งพาแสง Backlight เหมือนจอ LCDและ LED และไม่มีการเปล่งแสดงในบริเวณที่เป็นภาพสีดำ ทำให้พื้นที่ภาพสีดำนั้นดำสนิท และยังช่วยให้ประหยัดพลังงานอีกด้วย

หลักการทำงานและส่วนประกอบของจอOLED

อุปกรณ์ของจอแสดงผลแบบ OLED จะใช้ฟิล์มคาร์บอนชีวภาพที่ซ้อนข้างบนและข้างล่างด้วยขั้วไฟฟ้าที่ชาร์ตไฟแล้ว โดยอีกขั้วหนึ่งเป็นแบบแคโทดเมทัลลิก และอีกขั้นแบบแอโนดชนิดโปร่งแสง

oled-cell

องค์ประกอบพื้นฐานของ OLED ได้แก่:
– ตัวฐานตั้งต้น(Substrate) เป็นฐานรองรับสำหรับ OLED อาจทำจากกระจก, ฟลอยด์โลหะ หรือพลาสติกใส
– ขั้วแอโนด(Anode) แอโนดจะดึงอิเล็กตรอนออกมาเมื่อมีกระแสไหลเข้ามาในอุปกรณ์ ทำด้วยวัสดุโปร่งใส (Indium Tinn Oxide ; ITO)
– ชั้นฟิล์มชีวภาพ Organic Layer ชั้นฟิล์มเหล่านี้ทำมาจากโมเลกุลหรือโพลิเมอร์ชีวภาพ ประกอบด้วย
ชั้นตัวนำ(Conductive Layer) ชั้นนี้ทำจากโมเลกุลของสารอินทรีย์ที่เป็นสี ที่ส่งอิเล็กตรอนออกมาจากแอโนด
ชั้นปล่อยประจุ (Emissive Layer)ชั้นนี้ทำจากโมเลกุลของสารอินทรีย์ที่เป็นสี (แตกต่างจากของชั้นตัวนำ) ที่คอยส่งอิเล็กตรอนที่ได้จากแคโทด ชั้นนี้เป็นชั้นที่เปล่งแสงออกมา
– แคโทด(Cathode) (อาจทำด้วยวัสดุโปร่งใสหรือไม่ก็ได้ ขึ้นอยู่กับชนิดของ OLED ) แคโทดจะปล่อยอิเล็กตรอนเข้ามาเมื่อมีกระแสไหลเข้ามาในอุปกรณ์

OLED ทำงานได้อย่างไร

จากที่กล่าวไว้ข้างต้น OLED ใช้เทคโนโลยีการเปล่งแสง หมายความว่าจอจะเปล่งแสงได้ด้วยตัวเองแทนที่จะกระจายหรือสะท้อนแสงจากแหล่ง กำเนิดแสงอย่างอื่นอย่างของจอ LCD และ จอ LED ในปัจจุบัน

การทำงานของจอOLED

1. เมื่อจอ OLED ได้รับกระแสไฟฟ้าจากแหล่งพลังงาน
2. กระแสไฟฟ้าจะไหลจากชั้น Cathode ผ่านชั้นฟิล์มชีวภาพสารอินทรีย์ไปยัง Anode โดย Cathode จะส่งอิเล็กตรอนให้ Emissive Layer
3. Anode จะดึงอิเล็กตรอนจาก Conductive Layer ทำให้เกิด Electron Holes ขึ้น
4. ระหว่าง Emissive Layer และ Conductive Layer จะเกิดปฏิกิริยา Electron (-) รวมตัวเข้ากับ Hole (+)
5. เนื่องจากอิเล็กตรอนมีระดับพลังงานทีสูงกว่า Holes จึงต้องลดระดับของพลังงานของอิเล็กตรอนลง ด้วยการเปลี่ยนรูปของพลังงานไปเป็นพลังงานแสงแทน
6.จอภาพ OLED เปล่งแสงจากพลังงานแสง

oled ทำงานอย่างไร
ภาพประกอบการทำงานของจอOLED

ขั้นตอนทำจอOLEDหรือการนำชั้นฟิล์มชีวภาพมาวางบนตัวฐานตั้งต้นสามารถทำได้ 3 วิธีดังนี้

1.การแยกชิ้นส่วนแบบสุญญากาศ หรือการระเหยด้วยความร้อนภายใต้สุญญากาศ (VTE) โดยภายในตู้สุญญากาศ โมเลกุลชีวภาพจะระเหยด้วยกระบวนการให้ความร้อนอย่างช้าๆ แล้วจึงปล่อยให้ควบแน่นเป็นฟิล์มเคลือบบนตัวฐานตั้งต้นที่เย็น วิธีนี้เป็นกระบวนการที่ไม่ค่อยมีประสิทธิภาพและค่อนข้างแพง
2.การแยกชิ้นส่วนในสถานะแก็สแบบชีวภาพ (OVPD) กระบวนการนี้ใช้การใส่แก๊สเฉี่อยที่เป็นตัวพา (เช่น ไนโตรเจน) เพื่อพาฟิล์มที่ประกอบด้วยวัสดุชีวภาพ ไปวางบนตัวฐานตั้งต้นอย่างแม่นยำ ภายในตู้ความดันต่ำที่มีกำแพงร้อน วิธีนี้พาสารไปยังตำแหน่งทีแม่นยำ และสามารถควบคุมความหนาของฟิล์มได้ดีกว่า ส่งผลให้มีค่าใช้จ่ายวัตถุดิบต่ำลงและได้กำลังการผลิตมากขึ้น
3.การพิมพ์แบบอิงค์เจ็ท ด้วยการสเปรย์ OLED บนตัวฐานตั้งต้นแบบเดียวกับเครื่องพิมพ์อิงค์เจ็ทตั้งตะสเปรย์หมึกลงบนกระดาษ วิธีนี้ลดต้นทุนการผลิต OLED ลงอย่างมาก อีกทั้งยังทำให้สามารถพิมพ์บนฟิล์มขนาดใหญ่มากได้ด้วยทำให้ต้นทุนต่ำมากกว่าเดิม และได้หน้าจอขนาดใหญ่กว่าสำหรับจอแสดงผลตามบ้านและผลิตภัณฑ์ PIPDประโยชน์หลักประการหนึ่งของ OLED คือกินไฟต่ำเมื่อเปรียบเทียบกับหน้าจอ LED หรือ LCD แบบเดิม OLED ยังไม่ต้องใช้หลอดไฟส่องสว่างด้านหลัง (Backlight) ในการทำงาน ทำให้ใช้พลังงานน้อยกว่า รวมถึงต้นทุนการผลิตต่ำกว่าด้วยแม้ว่า OLED จะประกอบด้วยฟิล์มชั้นต่างๆแต่ก็ใช้เทคโนโลยีการเปล่งแสง นั่นคือสามารถสร้างแสงสว่างได้ด้วยตัวเอง หน้าจอ OLED บางและกะทัดรัดมาก โดยทั่วไปจะให้มุมการมองเห็นที่ 160 องศา และทำงานด้วยกระแสไฟน้อยแค่ 2 โวลต์ ลองนึกถึงจอแบน 60 นิ้วทั่วไปในปัจจุบัน แต่แทนที่จะเป็นจอพลาสมาหนา 8 นิ้ว หนัก 250 ปอนด์ หรือจอ LCD หนัก 65 ปอนด์ กลายเป็นจอ OLED ที่หนาเพียงครึ่งนิ้ว และหนักเพียงแค่ 30 ปอนด์เท่านั้น

ประเภทของ OLED

ปัจจุบันมีหน้าจอ OLED อยู่ 6 ประเภท แต่ละประเภทถูกออกแบบสำหรับการใช้งานที่แตกต่างกันดังนี้

oled-passive
1.Passive Matrix OLED (PMOLED) ประกอบด้วยแถบแคโทด ชั้นชีวภาพและแถบแอโนดจะสร้างเป็นพิกเซลที่ปล่อยแสงออกมา แผงวงจรภายนอกจะให้กระแสไฟไปยังแถบแอโนดและแคโทดที่ต้องการ เพื่อกำหนดว่าพิกเซลต้องเปิดทำงาน และพิกเซลไหนยังปิดอยู่ ซึ่งความสว่างของแต่ละพิกเซลจะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับกระแสไฟที่ป้อนเข้ามา
PMOLED ผลิตได้ง่าย แต่ใช้ไฟมากกว่า OLED แบบอื่นทั้งหมด ทั้งนี้เนื่องจากไฟที่ต้องใช้สำหรับแผงวงจรภายนอก PMOLED มีประสิทธิภาพมากที่สุดสำหรับการแสดงข้อความและไอคอน และเหมาะสมมากที่สุดสำหรับหน้าจอขนาดเล็ก (เส้นทแยงมุม 2-3 นิ้ว) อย่างเช่น บนโทรศัพท์เคลื่อนที่ PDA และเครื่องเล่น MP3 ถึงแม้ว่าต้องใช้แผงวงจรภายนอก PMOLED ก็ยังใช้ไฟจากแบตเตอรี่น้อยกว่า LCD ที่มีใช้กันอยู่ในอุปกรณ์เหล่านี้

oled-active
2.Active-Matrix OLED(AMOLED) มีชั้นแคโทดกระจายเต็มพื้นที่ พร้อมโมเลกุลชีวภาพและชั้นแอโนด แต่ชั้นแอโนดจะเคลือบอยุ่บนชั้นฟิล์มทรานซิสเตอร์แบบบาง (TFT) ที่ฟรอร์มตัวเป็นแบบแมทริกซ์ ชั้น TFT นี้จะทำตัวเป็นแผงวงจรที่คอยกำหนดว่าพิกเซลไหนจะถูกเปิดใช้เพื่อสร้างขึ้นมาเป็นภาพ
AMOLED ใช้พลังงานน้อยกว่า PMOLED เนื่องจากชั้น TFT ใช้พลังงานน้อยกว่าแผงวงจรภายนอก จึงมีประสิทธิภาพอย่างยิ่งสำหรับหน้าจอขนาดใหญ่กว่า AMOLED ยังให้อัตรารีเฟรชเร็วกว่า จึงเหมาะกับการฉายวิดีโอ รูปแบบการใช้งาน AMOLED ที่ดีที่สุดจะอยู่ในรูปจอคอมพิวเตอร์ จอทีวีขนาดใหญ่ และป้ายประกาศหรือบิลบอร์ดอิเล็กทรอนิกส์

oled-transparent
3.Transparent OLED ใช้ส่วนประกอบที่โปร่งใสเท่านั้น (ตัวฐานตั้งต้น แคโทดและแอโนด) และเมื่อปิดการทำงานก็โปร่งใสเหมือนตัวฐานตั้งต้นได้ถึง 85% เมื่อเปิดใช้งานหน้าจอ OLED แบบโปร่งใส จะเป็นการเปิดให้แสงส่องผ่านออกมาได้ทั้งสองทิศทาง หน้าจอ OLED โปร่งใสสามารถเป็นได้ทั้ง Active และ Passive Matrix เทคโนโลยีสามารถนำมาใช้กับจอแสดงภาพเหนือศีรษะ

ADVERTISEMENT

oled-top-emitting
4.Top-Emitting OLED ใช้ตัวฐานตั้งต้นแบบทึบหรือสะท้อนแสง ซึ่งเหมาะกับดีไซน์แบบ Active-Matrix ผู้ผลิตอาจใช้จอภาพ OLED แบบเปล่งแสงขึ้นด้านบนกับสมาร์ทการ์ดของตัวเอง
5.Foldable OLED ใช้ตัวฐานตั้งต้นที่ทำจากฟลอยเมทัลลิกหรือพลาสติกที่ยืดหยุ่นสูง จอ OLED แบบพับได้นี้มีน้ำหนักเบาและทนทาน การนำมาใช้กับอุปกรณ์อย่าโทรศัพท์เคลื่อนที่และ PDA ช่วยลดโอกาสการแตกหัก ซึ่งเป็นสาเหตุหลักที่มีการนำมาเปลี่ยนคืนหรือส่งซ่อม นอกจากนี้ จอ OLED แบบพับได้ยังนำมาเย็บติดกับผ้าเพื่อทำเป็น เสื้อผ้าอัจฉริยะ เช่นเสื้อผ้าสำหรับผจญภัยกลางแจ้งที่มีชิปคอมพิวเตอร์ โทรศัพท์เคลื่อนที่ ตัวรับสัญญาณ GPS และจอ OLED เย็บติดเอาไว้
6.White OLED จะเปล่งแสงสีขาวที่ให้ความสว่างมากกว่า ให้ภาพที่เป็นหนึ่งเดียวกัน และใช้พลังงานได้มีประสิทธิภาพมากกว่าการเปล่งแสงด้วยแสงฟลูออเรสเซนส์ OLED แสงขาวนี้ยังให้คุณภาพสีที่แท้จริงเหมือนไฟส่องสว่างจากหลอดไส้ร้อนทั่วไป เนื่องจาก OLED สามารถทำขึ้นในรูปของแผ่นขนาดใหญ่ จึงสามารถใช้แทนไฟส่องสว่างแบบฟลูออเรสเซนส์ที่มช้กันตามบ้านและในอาคารได้ ซึ่งช่วยประหยัดค่าใช้จ่ายพลังงานของไฟส่องสว่างได้ด้วย

จุดเด่นของจอทีวีแบบ OLED ที่เหนือกว่าจอทีวี LED แบบเก่า

– ให้ความสว่างมากขึ้นหรือให้ความสว่างได้มากกว่าจอปกติ
– เวลาตอบสนองรวดเร็วกว่าเดิม (ทำกิจกรรมต่างๆได้รวดเร็ว ฉายภาพแบบถ่ายทอดสดได้มากขึ้น)
– ทนทานมากกว่า
– บางและเบากว่า
– ให้สีที่คมชัดมากกว่า
– สีดำ จะดำสนิทกว่าจอปกติ เนื่องจากไม่มีแสง Backlight
– สามารถสร้างให้เป็นขนาดใหญ่ได้ง่าย โดยมีความปลอดภัยสูง เพราะสามารถสร้างจากพลาสติกได้
– สามารถทำเป็นจอแบบโปร่งใส และมองเห็นได้จากทั้งสองด้าน
– ทำเป็นจอทีวีแบบโค้งได้เพราะฐานทำจากพลาสติกสามารถงอได้

ข้อดีของ OLED

LCD เป็นตัวเลือกของหน้าจอปัจจุบันที่ใช้บนอุปกรณ์ขนาดเล็ก และยังนิยมนำมาใช้บนจอทีวีขนาดใหญ่ ขณะที่จอ LED ทั่วไปมักนำมาใช้แสดงผลตั้งแต่ตัวเลขบนนาฬกาดิจิตอลไปจนถึงอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และจอทีวีในปัจจุบัน แต่ว่า OLED ได้ให้ประโยชน์ใช้สอยที่ครอบคลุมทั้ง LCD และ LED หรือมากกว่า อันได้แก่
– ชั้นพลาสติกชีวภาพของ OLED บางกว่า เบากว่า และยึดหยุ่นมากกว่าชั้นผลึกแก้วทั้งใน LED และ LCD
– เนื่องจากชั้นที่เปล่งแสงของ OLED เบากว่า ตัวฐานตั้งต้นของ OLED จึงสามารถใช้วัสดุที่ยืดหยุ่นแทนวัสดุแข็งได้ ตัวฐานตั้งต้นของ OLED อาจเป็นพลาสติกได้มากกว่าที่จะเป็นกระจกที่ใช้กันใน LED และ LCD
– OLED มีความสว่างมากกว่า LED เนื่องจากชั้นชีวภาพของ OLED บางกว่ามากเมื่อเทียบกับชั้นผลึกคริสตัลสังเคราะห์ของ LED ทำให้ชั้นตัวนำและเปล่งแสงของ OLED สามารถซ้อนกันหลายชั้นได้ นอกจากนี้ทั้ง LED และ LCD ต่างต้องใช้แก้วเป็นฐานรองรับ รวมถึงแก้วก็ดูดซับแสงไว้บางส่วนอีกด้วย ขณะนี้ OLED ไม่จำเป็นต้องใช้แก้ว
– OLED ไม่ต้องใช้ไฟส่องด้านหลังเหมือน LCD ซึ่ง LCD ทำงานด้วยการเลือกพื้นที่ป้องกันแสงส่องผ่านจากไฟส่องด้านหลังเพื่องแสดงภาพให้เห็น ขณะที่ OLED สร้างแสงขึ้นได้ด้วยตัวเอง และเนื่องจาก OLED ไม่จำเป็นต้องใช้ไฟส่องด้านหลังนี้ จึงใช้พลังงานน้อยกว่า LCD มาก (พลังงานส่วนใหญ่ที่ LCD ใช้หมดไปกับไฟส่องสว่างด้านหลัง) ซึ่งสำคัญอย่างยิ่งโดยเฉพาะกับอุปกรณ์ที่ใช้แบตเตอรี่อย่างเช่นโทรศัพท์เคลื่อนที่
– OLED ผลิตขึ้นมาได้ง่าย และสามารถทำให้มีขนาดใหญ่กว่าได้ เนื่องจากองค์ประกอบส่วนใหญ่ของ OLED เป็นพลาสติก จึงสามารถทำให้อยู่ในรูบแผ่นชีทบางขนาดใหญ่ได้ ขณะที่ในกรณีของคริสตัลเหลวจะทำได้ยากมาก
– OLED ให้มุมการมองเห็นกว้างได้มากถึง 170 องศา เนื่องจาก LCD ทำงานได้ด้วยการป้องกันแสงด้านหลังลอดผ่าน จึงมีมุมการมองเห็นที่แคบกว่า ขณะที่ OLED สร้างแสงสว่างได้ด้วยตัวเอง จึงได้มุมการมองเห็นกว้างกว่ามาก

ข้อเสียของ OLED

ถึงตรงนี้อาจมองว่า OLED ถือเป็นเทคโนโลยีสมบูรณ์แบบสำหรับหน้าจอทุกรูปแบบแต่อย่างไรก็ดี คัวมันเองก็ยังมีปัญหาบางอย่าง ได้แก่
– อายุการใช้งาน ฟิล์มที่ให้กำเนิดสีน้ำเงินมีอายุการใช้งานสั้นเพียง 1,000 ชั่วโมง (แต่สำหรับสีแดง และเขียว มีอายุการใช้งานที่ยาวนานถึงประมาณ 10,000-40,000 ชั่วโมง
– การผลิต กระบวนการผลิตในขณะนี้ยังค่อนข้างแพง
– สารอินทรีย์ที่ใช้ทำ OLED จะเสียหายได้ง่ายเมื่อโดนน้ำหรือออกซิเจน

ประวัติผู้ค้นพบและการนำ OLED มาใช้งาน

เทคโนโลยี OLED ได้ถูกคิดค้นขึ้นโดย Eastman Kodak ในช่วงต้นทศวรรษ 2520 จอภาพ OLED ชิ้นแรกนั้นเป็นงานวิจัยของ Kodak ซึ่งประกอบด้วยด้านหน้าสุดเป็นกระจกที่เคลือบด้วย Indium – tin oxide ทำหน้าที่เป็น anode ถัดมาเป็นชั้นของสาร organic ชั้นแรกที่ทำด้วย aromatic diamine ถัดมาเป็นชั้นของ organic ชั้นที่ 2 ที่เป็น metal chelate complex ซึ่งทำหน้าที่ปล่อยแสงออกมา ชั้นสุดท้ายเป็น cathode ที่ทำจาก Magnesium และ Silver สรุปแล้วจอทั้งหมดมีอยู่ 4 ชั้น มีความหนาเพียง 500 นาโนเมตรเท่านั้น เมื่อผ่านไฟฟ้าขนาด 10 โวลต์เข้าไปหน้าจอ OLED รุ่นแรกนี้จะมีความสว่างคงทนอยู่ได้แค่ 100Candela ซึ่งเป็นความสว่าง 2 เท่าของจอ LCD พร้อม back – light แต่ข้อเสียคือความสว่างคงทนอยู่ได้แค่ 100 ชั่วโมงและจะหรี่ลงเหลือเพียงครึ่งเดียวนอกจากนั้นยังมีปัญหาในเรืองการแสดง สีโดยเฉพาะสีน้ำเงิน และในปัจจุบัน OLED ได้มีการนำมาใช้กับอุปกรณ์ที่มีหน้าจอขนาดเล็กเช่นโทรศัพท์เคลื่อนที่ PDA และกล้องดิจิตอล ในเดือนมีนาคม 2546 บริษัทได้เปิดตัวกล้องดิจิตอลตัวแรกของโลกที่ใช้หน้าจอแบบ OLED ซึ่งในเดือนกันยายน 2547 บริษัท Sony ก็ได้ประกาศเริ่มการผลิตหน้าจอ OLED อย่างจริงจังสำหรับผลิตภัณฑ์รุ่น CLIE PEF-VZ90 ของตัวเองสำหรับอุปกรณ์สร้างความบันเทิงส่วนบุคคลแบบพกพา  หลายบริษัทได้เริ่มสร้างต้นแบบจอมอนิเตอร์สำหรับคอมพิวเตอร์และทีวีจอใหญ่ในพฤษภาคม 2549 Samsung Electronics ได้ประกาศถึงการพัฒนาทีวีจอแบนพิเศษ ขนาด 40 นิ้วแบบ OLED ตัวแรก  การวิจัยและพัฒนา OLED ได้เกิดขึ้นอย่างรวดเร็วและอาจจะทำให้เห็นการนำมาใช้กับจอแสดงภาพเหนือหัว (HUD) จอควบคุมในรถยนต์ จอแสดงภาพโฆษณาบิลบอร์ดไฟส่องสว่างตามบ้านและในสำนักงาน รวมถึงหน้าจอแบบยืดหยุ่น OLED มีอัตรารีเฟรชเร็วกว่า LCD ประมาณ 1,000 เท่า แม้ว่าอุปกรณ์ที่ใช้จอ OLED สามารถเปลี่ยนข้อมูลที่แสดงได้ในเรียลไทม์ แต่การรับรู้การเปลี่ยนแปลงผ่านดวงตามมนุษย์ก็ยังรวดเร็วกว่าประมาณ 13 มิลลิวินาที อัตรารีเฟรชดังกล่าวจึงยังไม่ใช่ที่สุดสำหรับผลิตภัณฑ์จอแสดงผล มอนิเตอร์ระดับไฮเอนด์หลายตัวในปัจจุบันได้ใช้ประโยชน์จากหลักการวิศวกรรมขั้นสูง ไม่ว่าจะเรื่องความละเอียดหรือการใช้องค์ประกอบอื่นๆเพื่อให้ได้การแสดงภาพที่พึงพอใจแก่สายตามากยิ่งขึ้น

ขอบคุณข้อมูลและภาพประกอบ:นิตยสารด้านไฟฟ้าและอิเล็คทรอนิคส์มาตรฐานสากล ฉบับแรก และ ฉบับเดียวของประเทศไทย ” MMElectronics”  Vol.8 No.60/2014 โดย ศรัณย์ หงสกุล

 

ADVERTISEMENT

About ทีวีดิจิตอลไทย