30 สิงหาคม 2551

Printed Electronics - อิเล็กทรอนิกส์แบบพิมพ์ได้ (ตอนที่ 1)


Printed Electronics เป็นอิเล็กทรอนิกส์แนวใหม่ที่ใช้การสร้างวงจรอิเล็กทรอนิกส์ด้วยกระบวนการพิมพ์หมึก หรือโพลิเมอร์ที่นำไฟฟ้า ลงบนลายวงจรด้วยเทคนิคการพิมพ์ ไม่ว่าจะเป็นการพิมพ์แบบออฟเซ็ต (offset) หรือแบบอิงค์เจ็ต (inkjet) การสร้างชิปวงจรอิเล็กทรอนิกส์แบบใหม่นี้ทำให้เราสามารถสร้างสรรค์การใช้งานแบบใหม่ๆ ที่ชิปอิเล็กทรอนิกส์แบบ CMOS ไม่สามารถทำได้ เช่น RFID ที่มีราคาถูกสามารถใช้แล้วทิ้งได้ จอภาพแบบใหม่ที่สามารถโค้งงอหรือม้วนได้ เซลล์แสงอาทิตย์ที่สามารถพิมพ์ลงบนหลังคาหรือพนังได้โดยตรง


ในอดีตไม่กี่ปีที่ผ่านมา วงจรอิเล็กทรอนิกส์ที่สร้างด้วยการพิมพ์ลงบนแผ่นพลาสติกเป็นเพียงความหวังและความคิดเชิงทฤษฎี และมีเพียงต้นแบบที่สามารถทำได้ในห้องปฏิบัติการเท่านั้น แต่ในปัจจุบันชิปอิเล็กทรอนิกส์แบบพลาสติกถูกนำมาใช้อย่างกว้างขวางในการสร้างจอภาพขนาดเล็กที่เรียกว่า OLED หรือ Organic Light Emitting Diode ซึ่งนำไปใช้ในกล้องดิจิทัลหรือโทรศัพท์มือถือทำให้ได้ภาพที่คมชัด มีสีสันงดงามและประหยัดไฟ การสร้างวงจรกำเนิดเสียงติดบนการ์ดอวยพรซึ่งมีราคาถูกมากและกินไฟน้อยมาก และเริ่มนำมาใช้พิมพ์วงจร RFID บนสติกเกอร์ใช้ติดบนกล่องพัสดุ ซึ่งมีราคาถูกกว่าชิปแบบซิลิคอนหลายเท่าตัว จึงทำให้ผู้ใช้งานมีแรงจูงใจที่จะเปลี่ยนมาใช้ชิปแบบใหม่ ในอนาคตอันใกล้ วงจรอิเล็กทรอนิกส์แบบพลาสติกจะทำให้เราสร้างจอภาพขนาดใหญ่ขึ้น บางลง กินไฟน้อยลงและต้นทุนถูกลงได้ จอโทรทัศน์แบบแบน (flat screen TV) ที่สร้างบนพลาสติกจึงมีความเป็นไปได้สูง และเปิดแนวคิดใหม่ของการโฆษณากลางแจ้ง จอโค้งงอได้ทำให้สามารถนำไปพันรอบเสาเพื่อแสดงภาพโฆษณาได้ นอกจากนี้บรรจุภัณฑ์ที่สามารถแสดงข้อมูลเหมือนจอภาพบนกล่องหรือหีบห่อ ซึ่งอาจจะเป็นโฆษณาสินค้า บอกข้อมูลสินค้าหรือส่งข้อมูลไปยังสต็อกสินค้า เรียกว่า บรรจุภัณฑ์ฉลาด (smart package) ก็อาจจะปฏิวัติอุตสาหกรรมการค้าส่งและค้าปลีก (retail industry) ดังนั้นอุตสาหกรรมพลาสติกอิเล็กทรอนิกส์จึงเป็นที่น่าสนใจและมีการลงทุนสูงมากในหลายประเทศทั้งในทวีปอเมริกา ยุโรปและเอเชีย


พลาสติกนอกจากจะมีคุณสมบัติที่เรารู้จักกันดีว่ามันแข็งแรง ทนทาน น้ำหนักเบา โค้งงอได้ ยืดหยุ่นได้ดี และมีราคาถูกแล้ว ยังมีอีกคุณสมบัติหนึ่งที่เราเพิ่งค้นพบในช่วงเวลาไม่กี่ปีที่ผ่านมา นั่นคือ คุณสมบัตินำไฟฟ้าและมีคุณสมบัติเหมือนสารกึ่งตัวนำ สามารถใช้สร้างเป็นวงจรอิเล็กทรอนิกส์ได้เหมือนกับวัสดุซิลิคอนที่เราใช้กันอยู่ในปัจจุบัน การใช้โมเลกุลของสารอินทรีย์ (organic molecule) เพื่อเป็นวงจรอิเล็กทรอนิกส์ กำลังกลายเป็นแนวโน้มใหม่ของวงจรในชิปอิเล็กทรอนิกส์ในอนาคต อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์โมเลกุลที่เรารู้จักคุ้นเคยมากที่สุดคือ จอภาพแบบคริสตัลเหลว (Liquid Crystal Display หรือ LCD) แต่แนวโน้มในอนาคตนั้น เราจะสามารถใช้โมเลกุลที่เล็กในระดับนาโนเมตรมาสร้างหน่วยพื้นฐานในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่มีขนาดเล็กและประสิทธิภาพสูงกว่าเดิมหลายเท่าตัว ประโยชน์ของการใช้ทรานซิสเตอร์แบบอินทรีย์ (organic transistor) ที่เหนือกว่าซิลิคอน ก็คือ ความง่ายในการสร้างชิป (fabrication) ซึ่งการสร้างชิปวงจรอินทรีย์บนพลาสติกทำได้ง่ายกว่าซิลิกอน โดยมีต้นทุนที่ถูกกว่า ไม่ต้องอาศัยการควบคุมสภาวะที่ยุ่งยาก และมีแนวโน้มที่จะสามารถสร้างด้วยการพิมพ์แบบเป็นม้วนต่อม้วน (Roll-to-roll) ซึ่งจะทำให้สร้างได้ในปริมาณมากและมีราคาถูก