--"สุดล้ำนักวิทย์สร้างผลึกซ้อนผลึก เพื่อให้ได้จอแสดงผลชนิดใหม้"--
เมื่อเรากำลังมองดูที่หน้าจอคอมพิวเตอร์หรือจอทีวี ซึ่งแสดงภาพกราฟิกสีสันสวยงามออกมานั้น คงจะมีหลายคนนึกสงสัยว่าจอแสดงผลที่ให้ได้ความรู้สึกน่าตื่นเต้นเวลาใช้งานเหล่านี้มีที่มาจากอะไร
จอแสดงผลตั้งแต่ยุคเริ่มต้นเราใช้หลอดรังสีแคโทด (cathode ray tube (CRT)) เป็นจอแสดงผลและวิวัฒนาการต่อมาคือจอ LCD, LED และ OLED โดยที่จอ LCD, LED และ OLED ถูกนำมาใช้งานในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในปัจจุบันมากที่สุด เมื่อ ant พูดถึงผลึกหลายคนคงจะพอนึกออกแล้วว่ามันเกี่ยวข้องกับจอแสดงผลชนิดใด นั่นก็คือจอ LCD (Liquid-crystal display) นั่นเอง ก่อนที่เราจะไปรู้จักกับการสร้างผลึกซ้อนผลึกนั่น เรามาทำความเข้าใจกับจอ LCD กันก่อน
ย้อนกลับไปในปีค.ศ. 1888 ได้มีการค้นพบสถานะผลึกเหลว (liquid-crystal) เป็นครั้งแรกโดยนักพฤษศาสตร์ขาวออสเตรีย ชื่อ Friedrich Reinitzer (ไม่ใช่สถานะใหม่แต่อย่างใด) ขณะที่เขาทำการวิจัยเรื่องสารคลอเลสเตอรอลในพืช โดย Friedrich พบว่าสารที่มีชื่อว่า คอเลสเตอรอลเบนโซเอต (Cholesterol benzoate) มีจุดหลอมเหลว 2 ค่า
ซึ่งเขาทำการทดลองโดยให้ความร้อนกับคอเลสเตอรอลเบนโซเอตที่อุณหภูมิ 145 °C สารจะหลอมเหลวกลายเป็นของเหลวหนืดสีขาวขุ่น และเมื่อให้อุณหภูมิอีกค่าหนึ่งที่ 179 °C ของเหลวสีขาวขุ่นนั้นจะเปลียนไปเป็นของเหลวใสไม่มีสี ทำให้ Friedrich เกิดความสงสัยกับความแปลกใหม่ที่ได้จากการทดลองของเขา
Friedrich จึงตัดสินใจเขียนจดหมายไปหานักฟิสิกส์ชาวเยอรมันที่มีชื่อว่า Otto Lehmann เพื่อเล่าเรื่องผลการทดลองและสิ่งที่เขาสงสัยให้ฟัง ต่อมา Otto สนใจในปริศนาดังกล่าวจึงลงมือศึกษาจุดหลอมเหลวนั้นผ่านกล้องจุลทรรศน์และสิ่งที่ Otto สังเกตเห็นคือ ช่วงอุณหภูมิที่สารคอเลสเตอรอลเบนโซเอตได้รับความร้อนจนเลยจุดหลอมเหลวแรกไป แต่ยังไม่เลยจุดหลอมเหลวจุดที่สองนั่น มีผลึกบางส่วนของสารยังไม่หลอมเหลวทำให้โครงสร้างและสมบัติทางแสงของผลึกของแข็งหลงเหลืออยู่
ซึ่งลักษณะพิเศษนี้ ทำให้นักวิทยาศาสตร์หลายท่านถือว่าเป็นสถานะใหม่ของสสาร ที่เกิดเป็นสถานะตรงกลางระหว่างของเหลว (liquid) กับ ผลึก (crystal) ของแข็ง Otto จึงตั้งชื่อสารพิเศษนี้ว่า สารผลึกเหลว (Liquid crystal)
สารผลึกเหลวยังไม่เป็นที่สนใจเท่าที่ควร จนกระทั่งปีค.ศ.1962 นักวิทยาศาสตร์จากบริษัท RCA Corporation ชื่อ Richard Williams พบคุณสมบัติที่สำคัญของสารผลึกเหลว (Liquid crystal) โดยเขาทำการทดลองหยดสารผลึกเหลวลงไปในช่องว่างระหว่างกระจก 2 แผ่นที่ถูกฉาบผิวด้วยสารนำไฟฟ้าและเมื่อผ่านกระแสไฟฟ้าเข้าไป ผลปรากฎว่ามีบางบริเวณเท่านั้นที่เกิดการเปลียนแปลงทางแสงขึ้น ในการค้นพบครั้งนั้นจึงเป็นโอกาศสำคัญในการสร้างจอแสดงผลชนิดใหม่ขึ้นมา
เขาจึงชักชวนนักวิทยาศาสตร์ในบริษัทเดียวกันอีกท่านหนึ่งชื่อ George H. Heilmeier หันมาพัฒนาสารผลึกเหลว (Liquid crystal) จนสำเร็จในปีค.ศ.1968 และแสดงให้สาธารณชนได้เห็นจอแสดงผลชนิดใหม่ที่เรียกว่า เทคโนโลยีผลึกเหลวแบบ dynamic scattering mode (DSM)
หลักการทำงานของเทคโนโลยีผลึกเหลว ให้เรานึกถึงการกั้นแสงและปล่อยแสงในรูปของโพลาไรซ์ เนื่องจากจอผลึกเหลวไม่สามารถให้แสงสว่างได้ด้วยตัวเอง มันจึงอาศัยแหล่งกำเนิดแสงจากภายนอกและเมื่อผ่านกระแสไฟเข้าไปให้กับผลึกเหลวโมเลกุลจะเรียงตัวในแนวตั้งฉากกัน ทำให้แสงไม่สามารถผ่านไปในบริเวณดังกล่าวได้ จึงทำให้มันเกิดความมืดขึ้น ซึ่งลักษณะความมืดดังกล่าวจะเกิดเป็นตัวเลข ตัวอักษร ขึ้นมานั่นเอง (ลองนึกภาพแสงผ่านแผ่นโพลาไรซ์ 2 แผ่นในระนาบแนวตั้งกับระนาบแนวนอนทำมุมตั้งฉากกัน) ส่วนบริเวณที่ไม่มีกระแสไหลผ่าน แสงก็จะสามารถทะลุกระจกหน้าจอกออกมาได้
การพัฒนายังคงไม่หยุดยั้ง จนกระทั่งช่วงปลายเดือนธันวาคม 2019 นี้ นักวิจัยจาก Pritzker School of Molecular Engineering ของ University of Chicago และ Argonne National Laboratory ได้พัฒนานวัตกรรมผลึกซ้อนผลึก (crystals-within-crystals) ขึ้นมา โดยผลึกใหม่เหล่านี้ จะถูกใช้เป็นจอแสดงผลชนิดใหม่ในยุคถัดไป
เนื่องจากผลึกซ้อนผลึก (crystals-within-crystals) สามารถสะท้อนแสงในบางช่วงความยาวคลื่นได้ดีกว่าหน้าจอแสดงผลที่ใช้กันอยู่ทั่วไป นอกจากนี้มันยังใช้พลังงานเพียงเล็กน้อยเท่านั้นในการเปลี่ยนแปลงสี จากการเปลี่ยนอุณหภูมิหรือแรงดันน้อยๆ
ก็เหมือนกับที่เล่าไว้แล้วข้างต้นว่า จอผลึกเหลวจะใช้ประโยชน์จากการวางตัวของแนวโมเลกุลและโครงสร้างผลึก ในการกั้นแสงและปล่อยแสง แต่วิธีของผลึกซ้อนผลึก (crystals-within-crystals) จะก่อตัวเป็นโครงสร้างผลึกที่ถูกเรียกว่า blue phase crystals ซึ่งเป็นรูปแบบโมเลกุลที่เรียงตัวในแนวที่สามารถสะท้อนแสงที่มองเห็นได้ได้ดีที่สุดนั่งเอง แน่นอนว่า blue phase crystals มีคุณสมบัติทางแสงที่ดีและการตอบสนองที่เร็วกว่าผลึกเหลวทั่วไป
เพื่อที่จะสร้าง blue phase crystal interface นักวิทยาศาสตร์ได้พัฒนาเทคโนโลยีที่อาศัยพื้นผิวแม่แบบทางเคมี (chemically patterning surfaces) ที่ได้สะสมไว้บนผลึกเหลวและนี่จะทำให้เกิดการสร้าง blue phase crystal ขึ้นภายใน blue phase crystal อีกอันนั่นเอง
และไม่เพียงแค่สร้างผลึกซ้อนขึ้นมาใหม่เท่านั้น โครงสร้างผลึกใหม่ยังสามารถที่จะปรับอุณหภูมิและกระแสเพื่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลง blue phase หนึ่งไปเป็น blue phase ชนิดอื่นได้ด้วย ดังนั้นมันจึงเปลี่ยนสี
"เราเตรียมที่จะทดลองกับวัสดุอื่น" Paul Nealey ผู้ร่วมวิจัยกล่าว
ขอบคุณทุกท่านที่เข้ามารับชม ติดตามเรื่องราวดี ๆ ด้าน #วิทยาศาสตร์ #เทคโนโลยี และ #นวัตกรรม ได้ที่ #antnumber9 #มดหมายเลข9
#วัสดุ #LiquidCrystal #นักวิทย์สร้างผลึกซ้อนผลึก #bluephasecrystal #crystals_within_crystals #สารผลึกเหลว
ข้อมูลอ้างอิง
- 8
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2024 Blockdit
