จอแสดงผลแบบแบน (Flat Panel Display หรือ FPD) ได้กลายเป็นกระแสหลักของทีวีในอนาคต เป็นเทรนด์ทั่วไป แต่ไม่มีคำจำกัดความที่ตายตัวในระดับโลก โดยทั่วไปแล้ว จอแสดงผลชนิดนี้จะบางและมีลักษณะเป็นแผ่นเรียบ จอแสดงผลแบบแบนมีหลายประเภท ตามชนิดของสื่อแสดงผลและหลักการทำงาน ได้แก่ จอแสดงผลคริสตัลเหลว (LCD), จอแสดงผลพลาสมา (PDP), จอแสดงผลอิเล็กโทรลูมิเนสเซนซ์ (ELD), จอแสดงผลอิเล็กโทรลูมิเนสเซนซ์อินทรีย์ (OLED), จอแสดงผลแบบฟิลด์อิเล็กตรอน (FED), จอแสดงผลแบบโปรเจคเตอร์ เป็นต้น อุปกรณ์ FPD จำนวนมากผลิตจากหินแกรนิต เนื่องจากฐานเครื่องจักรที่ทำจากหินแกรนิตมีความแม่นยำและคุณสมบัติทางกายภาพที่ดีกว่า
แนวโน้มการพัฒนา
เมื่อเปรียบเทียบกับจอ CRT (หลอดรังสีแคโทด) แบบดั้งเดิม จอแบนมีข้อดีหลายประการ เช่น บาง เบา ใช้พลังงานต่ำ ปล่อยรังสีน้อย ไม่กระพริบ และเป็นประโยชน์ต่อสุขภาพของมนุษย์ ยอดขายทั่วโลกของจอแบนได้แซงหน้าจอ CRT ไปแล้ว คาดการณ์ว่าภายในปี 2010 อัตราส่วนมูลค่าการขายของทั้งสองประเภทจะสูงถึง 5:1 ในศตวรรษที่ 21 จอแบนจะกลายเป็นผลิตภัณฑ์หลักในตลาดจอแสดงผล จากการคาดการณ์ของ Stanford Resources ซึ่งเป็นสถาบันที่มีชื่อเสียง ตลาดจอแบนทั่วโลกจะเพิ่มขึ้นจาก 23 พันล้านดอลลาร์สหรัฐในปี 2001 เป็น 58.7 พันล้านดอลลาร์สหรัฐในปี 2006 และอัตราการเติบโตเฉลี่ยต่อปีจะสูงถึง 20% ในอีก 4 ปีข้างหน้า
เทคโนโลยีการแสดงผล
จอแสดงผลแบบแบนแบ่งออกเป็นจอแสดงผลแบบเปล่งแสงแอคทีฟและจอแสดงผลแบบเปล่งแสงพาสซีฟ แบบแรกหมายถึงอุปกรณ์แสดงผลที่ตัวกลางแสดงผลเองเปล่งแสงและให้รังสีที่มองเห็นได้ ซึ่งรวมถึงจอพลาสมา (PDP), จอเรืองแสงสุญญากาศ (VFD), จอแสดงผลแบบเปล่งแสงสนาม (FED), จอแสดงผลแบบเปล่งแสงด้วยไฟฟ้า (LED) และจอแสดงผลไดโอดเปล่งแสงอินทรีย์ (OLED) ส่วนแบบหลังหมายถึงอุปกรณ์ที่ไม่เปล่งแสงด้วยตัวเอง แต่ใช้ตัวกลางแสดงผลที่ถูกปรับเปลี่ยนด้วยสัญญาณไฟฟ้า ทำให้คุณสมบัติทางแสงเปลี่ยนแปลงไป โดยการปรับเปลี่ยนแสงโดยรอบและแสงที่เปล่งออกมาจากแหล่งจ่ายไฟภายนอก (แสงพื้นหลัง แหล่งกำเนิดแสงฉายภาพ) แล้วแสดงผลบนหน้าจอหรือจอแสดงผล อุปกรณ์แสดงผลเหล่านี้รวมถึงจอแสดงผลคริสตัลเหลว (LCD), จอแสดงผลระบบไมโครอิเล็กโทรเมคานิกส์ (DMD) และจอแสดงผลหมึกอิเล็กทรอนิกส์ (EL) เป็นต้น
จอ LCD
จอแสดงผลคริสตัลเหลวประกอบด้วยจอแสดงผลคริสตัลเหลวแบบพาสซีฟเมทริกซ์ (PM-LCD) และจอแสดงผลคริสตัลเหลวแบบแอคทีฟเมทริกซ์ (AM-LCD) ทั้งจอแสดงผลคริสตัลเหลว STN และ TN จัดอยู่ในกลุ่มจอแสดงผลคริสตัลเหลวแบบพาสซีฟเมทริกซ์ ในช่วงทศวรรษ 1990 เทคโนโลยีจอแสดงผลคริสตัลเหลวแบบแอคทีฟเมทริกซ์พัฒนาอย่างรวดเร็ว โดยเฉพาะอย่างยิ่งจอแสดงผลคริสตัลเหลวแบบทรานซิสเตอร์ฟิล์มบาง (TFT-LCD) ซึ่งเป็นผลิตภัณฑ์ทดแทน STN มีข้อดีคือความเร็วในการตอบสนองสูงและไม่มีการกระพริบ และถูกนำไปใช้อย่างแพร่หลายในคอมพิวเตอร์พกพาและเวิร์กสเตชัน โทรทัศน์ กล้องวิดีโอ และเครื่องเล่นเกมพกพา ความแตกต่างระหว่าง AM-LCD และ PM-LCD คือ AM-LCD มีอุปกรณ์สวิตช์เพิ่มเข้าไปในแต่ละพิกเซล ซึ่งสามารถเอาชนะการรบกวนข้ามพิกเซลและให้ภาพที่มีความคมชัดสูงและความละเอียดสูง ปัจจุบัน AM-LCD ใช้อุปกรณ์สวิตช์ TFT ซิลิคอนอสัณฐาน (a-Si) และระบบตัวเก็บประจุ ซึ่งสามารถให้ระดับสีเทาสูงและแสดงสีที่สมจริงได้ อย่างไรก็ตาม ความต้องการความละเอียดสูงและพิกเซลขนาดเล็กสำหรับกล้องความหนาแน่นสูงและแอปพลิเคชันการฉายภาพได้ผลักดันการพัฒนาจอแสดงผล TFT (ทรานซิสเตอร์ฟิล์มบาง) โพลีซิลิคอน (P-Si) ความสามารถในการเคลื่อนที่ของ P-Si สูงกว่า a-Si ถึง 8-9 เท่า ขนาดที่เล็กของ P-Si TFT ไม่เพียงแต่เหมาะสำหรับจอแสดงผลที่มีความหนาแน่นสูงและความละเอียดสูงเท่านั้น แต่ยังสามารถรวมวงจรต่อพ่วงไว้บนพื้นผิวได้อีกด้วย
โดยสรุปแล้ว จอ LCD เหมาะสำหรับจอแสดงผลที่บาง เบา ขนาดเล็กและขนาดกลาง ที่ใช้พลังงานต่ำ และมีการใช้งานอย่างแพร่หลายในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ เช่น คอมพิวเตอร์โน้ตบุ๊กและโทรศัพท์มือถือ จอ LCD ขนาด 30 นิ้วและ 40 นิ้วได้รับการพัฒนาขึ้นอย่างประสบความสำเร็จ และบางส่วนได้ถูกนำมาใช้งานแล้ว หลังจากมีการผลิตจอ LCD ในปริมาณมาก ต้นทุนก็ลดลงอย่างต่อเนื่อง จอ LCD ขนาด 15 นิ้วมีจำหน่ายในราคา 500 ดอลลาร์สหรัฐ ทิศทางการพัฒนาในอนาคตคือการแทนที่จอแสดงผลแบบแคโทดของคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคลและนำไปใช้ในโทรทัศน์ LCD
จอแสดงผลพลาสมา
จอแสดงผลพลาสมาเป็นเทคโนโลยีจอแสดงผลเปล่งแสงที่ใช้หลักการปล่อยประจุของก๊าซ (เช่น บรรยากาศ) จอแสดงผลพลาสมามีข้อดีของหลอดรังสีแคโทด แต่ผลิตได้บนโครงสร้างที่บางมาก ขนาดผลิตภัณฑ์หลักคือ 40-42 นิ้ว ผลิตภัณฑ์ขนาด 50 และ 60 นิ้วกำลังอยู่ในระหว่างการพัฒนา
การเรืองแสงในสุญญากาศ
จอแสดงผลแบบสุญญากาศเรืองแสง (Vacuum Fluorescent Display) เป็นจอแสดงผลที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในผลิตภัณฑ์เครื่องเสียง/วิดีโอและเครื่องใช้ไฟฟ้าภายในบ้าน เป็นอุปกรณ์แสดงผลแบบสุญญากาศชนิดหลอดอิเล็กตรอนไตรโอดที่บรรจุแคโทด กริด และแอโนดไว้ภายในหลอดสุญญากาศ โดยอิเล็กตรอนที่ปล่อยออกมาจากแคโทดจะถูกเร่งความเร็วด้วยแรงดันไฟฟ้าบวกที่จ่ายให้กับกริดและแอโนด และกระตุ้นสารเรืองแสงที่เคลือบอยู่บนแอโนดให้เปล่งแสงออกมา กริดมีโครงสร้างแบบรังผึ้ง
การเปล่งแสงด้วยไฟฟ้า)
จอแสดงผลแบบเปล่งแสงด้วยไฟฟ้า (Electroluminescent displays) ผลิตขึ้นโดยใช้เทคโนโลยีฟิล์มบางแบบโซลิดสเตท โดยวางชั้นฉนวนไว้ระหว่างแผ่นตัวนำ 2 แผ่น แล้วเคลือบด้วยชั้นเปล่งแสงด้วยไฟฟ้าบางๆ อุปกรณ์นี้ใช้แผ่นเคลือบสังกะสีหรือเคลือบสตรอนเทียมที่มีสเปกตรัมการเปล่งแสงกว้างเป็นส่วนประกอบเปล่งแสงด้วยไฟฟ้า ชั้นเปล่งแสงด้วยไฟฟ้ามีความหนา 100 ไมครอน และสามารถให้ผลลัพธ์การแสดงผลที่คมชัดเช่นเดียวกับจอแสดงผลไดโอดเปล่งแสงอินทรีย์ (OLED) แรงดันไฟฟ้าขับเคลื่อนทั่วไปคือ 10KHz, แรงดันไฟฟ้ากระแสสลับ 200V ซึ่งต้องใช้ไอซีไดรเวอร์ที่มีราคาแพงกว่า มีการพัฒนาจอแสดงผลขนาดเล็กความละเอียดสูงโดยใช้แผนการขับเคลื่อนแบบอาร์เรย์แอคทีฟได้สำเร็จแล้ว
นำ
จอแสดงผล LED ประกอบด้วยไดโอดเปล่งแสงจำนวนมาก ซึ่งสามารถเป็นแบบสีเดียวหรือหลายสีได้ ปัจจุบันมีไดโอดเปล่งแสงสีน้ำเงินประสิทธิภาพสูงออกมา ทำให้สามารถผลิตจอแสดงผล LED ขนาดใหญ่แบบสีเต็มรูปแบบได้ จอแสดงผล LED มีคุณสมบัติเด่นคือ ความสว่างสูง ประสิทธิภาพสูง และอายุการใช้งานยาวนาน เหมาะสำหรับจอแสดงผลขนาดใหญ่กลางแจ้ง อย่างไรก็ตาม ยังไม่สามารถผลิตจอแสดงผลระดับกลางสำหรับมอนิเตอร์หรือ PDA (คอมพิวเตอร์พกพา) ด้วยเทคโนโลยีนี้ได้ แต่สามารถใช้วงจรรวม LED แบบโมโนลิธิกเป็นจอแสดงผลเสมือนแบบสีเดียวได้
เมมเอส
นี่คือจอแสดงผลขนาดเล็กที่ผลิตโดยใช้เทคโนโลยี MEMS ในจอแสดงผลดังกล่าว โครงสร้างเชิงกลขนาดเล็กถูกสร้างขึ้นโดยการประมวลผลสารกึ่งตัวนำและวัสดุอื่นๆ โดยใช้กระบวนการผลิตสารกึ่งตัวนำมาตรฐาน ในอุปกรณ์ไมโครมิเรอร์แบบดิจิทัล โครงสร้างคือไมโครมิเรอร์ที่รองรับด้วยบานพับ บานพับเหล่านี้ทำงานโดยประจุบนแผ่นที่เชื่อมต่อกับเซลล์หน่วยความจำด้านล่าง ขนาดของไมโครมิเรอร์แต่ละตัวมีขนาดประมาณเส้นผ่านศูนย์กลางของเส้นผมมนุษย์ อุปกรณ์นี้ส่วนใหญ่ใช้ในโปรเจ็กเตอร์พกพาเชิงพาณิชย์และโปรเจ็กเตอร์โฮมเธียเตอร์
การปล่อยสนาม
หลักการพื้นฐานของจอแสดงผลแบบปล่อยอิเล็กตรอนจากสนามไฟฟ้าเหมือนกับจอแสดงผลแบบหลอดรังสีแคโทด กล่าวคือ อิเล็กตรอนถูกดึงดูดโดยแผ่นโลหะและชนกับสารเรืองแสงที่เคลือบอยู่บนขั้วบวกเพื่อเปล่งแสง ขั้วแคโทดประกอบด้วยแหล่งกำเนิดอิเล็กตรอนขนาดเล็กจำนวนมากเรียงตัวเป็นแถว กล่าวคือ ในรูปแบบของแถวพิกเซลหนึ่งพิกเซลและขั้วแคโทดหนึ่งขั้ว เช่นเดียวกับจอแสดงผลพลาสมา จอแสดงผลแบบปล่อยอิเล็กตรอนจากสนามไฟฟ้าต้องการแรงดันไฟฟ้าสูงในการทำงาน ตั้งแต่ 200V ถึง 6000V แต่จนถึงปัจจุบันยังไม่เป็นที่นิยมใช้ในจอแสดงผลแบบแบนทั่วไปเนื่องจากต้นทุนการผลิตอุปกรณ์สูง
แสงอินทรีย์
ในจอแสดงผลไดโอดเปล่งแสงอินทรีย์ (OLED) กระแสไฟฟ้าจะถูกส่งผ่านชั้นพลาสติกหนึ่งชั้นหรือมากกว่านั้นเพื่อสร้างแสงที่คล้ายกับไดโอดเปล่งแสงอนินทรีย์ ซึ่งหมายความว่าสิ่งที่จำเป็นสำหรับอุปกรณ์ OLED คือชั้นฟิล์มโซลิดสเตทบนพื้นผิว อย่างไรก็ตาม วัสดุอินทรีย์มีความไวต่อไอน้ำและออกซิเจนมาก ดังนั้นการปิดผนึกจึงเป็นสิ่งจำเป็น OLED เป็นอุปกรณ์เปล่งแสงแบบแอคทีฟและแสดงคุณลักษณะด้านแสงที่ยอดเยี่ยมและคุณลักษณะการใช้พลังงานต่ำ มีศักยภาพสูงสำหรับการผลิตจำนวนมากในกระบวนการแบบม้วนต่อม้วนบนพื้นผิวที่ยืดหยุ่นได้ ดังนั้นจึงมีต้นทุนการผลิตที่ต่ำมาก เทคโนโลยีนี้มีแอปพลิเคชันที่หลากหลาย ตั้งแต่การให้แสงสว่างแบบขาวดำในพื้นที่ขนาดใหญ่ไปจนถึงจอแสดงผลกราฟิกวิดีโอสีเต็มรูปแบบ
หมึกอิเล็กทรอนิกส์
จอแสดงผลอี-อิงค์ (E-ink) คือจอแสดงผลที่ควบคุมโดยการใช้สนามไฟฟ้ากับวัสดุแบบสองสถานะ วัสดุนี้ประกอบด้วยทรงกลมโปร่งใสขนาดเล็กจำนวนมากที่ปิดผนึกอย่างดี แต่ละทรงกลมมีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 100 ไมครอน บรรจุของเหลวสีดำและอนุภาคไทเทเนียมไดออกไซด์สีขาวหลายพันอนุภาค เมื่อสนามไฟฟ้าถูกส่งไปยังวัสดุแบบสองสถานะ อนุภาคไทเทเนียมไดออกไซด์จะเคลื่อนที่ไปยังขั้วไฟฟ้าด้านใดด้านหนึ่ง ขึ้นอยู่กับสถานะประจุของมัน ซึ่งจะทำให้พิกเซลเปล่งแสงหรือไม่เปล่งแสง เนื่องจากวัสดุเป็นแบบสองสถานะ จึงสามารถเก็บรักษาข้อมูลได้นานหลายเดือน และเนื่องจากสถานะการทำงานถูกควบคุมโดยสนามไฟฟ้า เนื้อหาที่แสดงบนจอแสดงผลจึงสามารถเปลี่ยนแปลงได้โดยใช้พลังงานน้อยมาก
เครื่องตรวจจับแสงเปลวไฟ
เครื่องตรวจจับแสงเปลวไฟ (Flame Photometric Detector หรือ FPD)
1. หลักการของ FPD
หลักการของ FPD นั้นอยู่บนพื้นฐานของการเผาไหม้ตัวอย่างในเปลวไฟที่มีไฮโดรเจนเป็นองค์ประกอบหลัก เพื่อให้สารประกอบที่มีกำมะถันและฟอสฟอรัสถูกรีดิวซ์ด้วยไฮโดรเจนหลังการเผาไหม้ และเกิดสถานะกระตุ้นของ S2* (สถานะกระตุ้นของ S2) และ HPO* (สถานะกระตุ้นของ HPO) ขึ้น สารกระตุ้นทั้งสองจะปล่อยสเปกตรัมในช่วงประมาณ 400 นาโนเมตรและ 550 นาโนเมตรเมื่อกลับสู่สถานะพื้นฐาน ความเข้มของสเปกตรัมนี้จะถูกวัดด้วยหลอดโฟโตมัลติพลายเออร์ และความเข้มของแสงจะแปรผันตรงกับอัตราการไหลของมวลของตัวอย่าง FPD เป็นเครื่องตรวจจับที่มีความไวและเลือกได้สูง ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในการวิเคราะห์สารประกอบที่มีกำมะถันและฟอสฟอรัส
2. โครงสร้างของ FPD
FPD คือโครงสร้างที่รวม FID และโฟโตมิเตอร์เข้าด้วยกัน เริ่มต้นจาก FPD แบบเปลวไฟเดี่ยว หลังจากปี 1978 เพื่อแก้ไขข้อบกพร่องของ FPD แบบเปลวไฟเดี่ยว จึงได้พัฒนา FPD แบบเปลวไฟคู่ขึ้นมา โดยมีเปลวไฟอากาศ-ไฮโดรเจนสองเปลวไฟแยกกัน เปลวไฟด้านล่างจะเปลี่ยนโมเลกุลของตัวอย่างให้เป็นผลิตภัณฑ์จากการเผาไหม้ที่มีโมเลกุลที่ค่อนข้างง่าย เช่น S2 และ HPO ส่วนเปลวไฟด้านบนจะสร้างชิ้นส่วนสถานะกระตุ้นเรืองแสง เช่น S2* และ HPO* มีหน้าต่างที่หันไปทางเปลวไฟด้านบน และความเข้มของการเรืองแสงทางเคมีจะถูกตรวจจับโดยหลอดโฟโตมัลติพลายเออร์ หน้าต่างทำจากกระจกแข็ง และหัวฉีดเปลวไฟทำจากสแตนเลส
3. ประสิทธิภาพการทำงานของ FPD
FPD เป็นเครื่องตรวจจับแบบเลือกเฉพาะสำหรับการวิเคราะห์สารประกอบที่มีกำมะถันและฟอสฟอรัส เปลวไฟของมันเป็นเปลวไฟที่มีไฮโดรเจนเป็นองค์ประกอบหลัก และปริมาณอากาศที่จ่ายเข้าไปนั้นเพียงพอที่จะทำปฏิกิริยากับไฮโดรเจนได้เพียง 70% เท่านั้น ดังนั้นอุณหภูมิของเปลวไฟจึงต่ำ ทำให้เกิดกำมะถันและฟอสฟอรัสในสถานะกระตุ้นและแตกตัวเป็นชิ้นส่วน การไหลของก๊าซพาหะ ไฮโดรเจน และอากาศ มีผลอย่างมากต่อ FPD ดังนั้นการควบคุมการไหลของก๊าซจึงต้องมีความเสถียรมาก อุณหภูมิของเปลวไฟสำหรับการวิเคราะห์สารประกอบที่มีกำมะถันควรอยู่ที่ประมาณ 390 °C ซึ่งสามารถสร้าง S2* ในสถานะกระตุ้นได้ สำหรับการวิเคราะห์สารประกอบที่มีฟอสฟอรัส อัตราส่วนของไฮโดรเจนและออกซิเจนควรอยู่ระหว่าง 2 ถึง 5 และอัตราส่วนไฮโดรเจนต่อออกซิเจนควรเปลี่ยนแปลงไปตามตัวอย่างที่แตกต่างกัน นอกจากนี้ควรปรับก๊าซพาหะและก๊าซเสริมให้เหมาะสมเพื่อให้ได้อัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวนที่ดี
วันที่โพสต์: 18 มกราคม 2022