บทเรียนจากการปฏิวัติอุตสาหกรรมการให้แสงสว่าง

18 มีนาคม 2558

 

 

http://els.ph/led-lights-revolution/

 

1.บทนำ

          ไม่ต้องไปอ้างถึงสิ่งมีชีวิตอื่นๆในโลกใบนี้ให้วุ่นวาย ดูแต่ที่มนุษย์เท่านั้นก็พอ แค่นี้ก็ยอมรับโดยดุษณีได้แล้วว่าแสงมีความสำคัญต่อการดำรงชีวิตมากถึงมากที่สุด จำเป็นต้องอาศัยแสงตั้งแต่ลืมตาตื่นจนกระทั่งหลับตาลงนอนอีกครั้ง คงด้วยความสำคัญของแสงดังนี้ องค์การสหประชาชาติจึงได้กำหนดให้ปีพ.ศ. 2558 นี้เป็น “ปีสากลของแสง” ซึ่งจะโดยตั้งใจหรือไม่ก็ตาม ได้เกิดไปสอดคล้องกับการมอบรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์เมื่อปลายปีพ.ศ. 2557 ที่ผ่านมา  กล่าวคือได้มอบให้กับผลงานวิจัยที่สามารถเจาะทะลุ (breakthrough) ทางตันของการพัฒนาต้นกำเนิดแสงความเข้มสูงชนิด LED สีน้ำเงินของสามนักวิจัยชาวญี่ปุ่นคือ Isamu Akasaki, Hiroshi Amano และ Shuji Nakamura [1]  ผลงานของทั้งสามส่งผลให้เกิดการปฏิวัติอุตสาหกรรมด้านการให้แสงสว่างจากอุตสาหกรรมดั้งเดิมที่อาศัยหลอดไส้เป็นฐาน (ใช้ประโยชน์จากกระบวนการ Incandescence และ Fluorescence) ไปเป็นแบบใหม่ที่เรียกว่า Solid-state Lighting Industry หรืออุตสาหกรรม SSL ที่ใช้เทคโนโลยีที่แตกต่างจากเดิมโดยสิ้นเชิง (ใช้ประโยชน์จากกระบวนการ Electroluminescence) วิวัฒนาการของ LED มีรายละเอียดที่น่าสนใจหลายประการ จึงอยากนำมาถ่ายทอดสู่กันฟังด้วยอาจมีบทเรียนที่เป็นประโยชน์ต่อท่านผู้อ่าน อีกทั้งยังเป็นการร่วมกันเฉลิมฉลองโครงการ “2015 International Year of Light and Light-based Technologies” ขององค์การสหประชาชาติดังกล่าวข้างต้นด้วย

 

          บทความนี้เรียบเรียงจากบทความชื่อ “Light Emitting Diodes and the Lighting Revolution : The Emergence of a Solid-State Lighting Industry” เขียนโดย S. W. Sanderson กับ K. L. Simons [2]

 

2.การวิจัยและพัฒนา LED โดยสังเขป

          กว่าจะมาถึงวันนี้ได้เส้นทางการเกิดขึ้นของอุตสาหกรรมการให้แสงสว่างที่มีเทคโนโลยี LED ชนิดสารอนินทรีย์เป็นฐานนั้นไม่ได้โรยด้วยกลีบกุหลาบ แต่กลับเป็นเส้นทางที่ทั้งวกวนและขรุขระ กินเวลาพัฒนาการนับสิบๆปี โดยทั้งหมดเริ่มต้นขึ้นจากความอยากรู้อยากเห็นของนักฟิสิกส์ในแขนงวิชาฟิสิกส์ของของแข็ง (Solid State Physics) เป็นสำคัญ

 

 

รูปที่ 1 แสดงลักษณะภายนอกของ LED ทั่วๆไป (อ่านว่า แอล-อี-ดี) และสัญลักษณ์ทางอิเล็กทรอนิกส์ที่นิยมใช้กัน: http://logo-kid.com/led-symbol.htm

 

          LED (Light Emitting Diode) (รูปที่ 1) คือผลึกสารกึ่งตัวนำ (semiconductor) ที่เปล่งแสงได้ สารกึ่งตัวนำมีคุณสมบัติด้านการนำไฟฟ้าที่อยู่กึ่งกลางระหว่างวัตถุตัวนำ (conductor) กับ ฉนวน (insulator) ไมเคิล ฟาราเดย์ (พ.ศ. 2334 – 2410) ทดลองพบพฤติกรรมที่น่าสนใจของสารประกอบเงินซัลฟายด์ (Ag2S) ที่แตกต่างจากวัสดุตัวนำทั่วไปเช่นทองแดงเป็นครั้งแรกเมื่อปีพ.ศ. 2376 ในปัจจุบันนี้สารกึ่งตัวนำที่เป็นธาตุเดี่ยวๆที่คุ้นเคยกันดีก็ได้แก่ ซิลิกอน (Si) หรือเยอรมาเนียม (Ge) เป็นต้น ที่เป็นสารประกอบก็มีเช่น ซิลิกอนคาร์บายด์ (SiC) แกลเลี่ยมไนตรายด์ (GaN) หรือ แกลเลี่ยมอาเซนายด์ (GaAs) เป็นต้น ทฤษฎีของสารกึ่งตัวนำถูกรังสรรค์ขึ้นและได้รับการสร้างเสริมเติมแต่งจนกลายเป็นทฤษฎีที่สมบูรณ์ในที่สุดโดยนักฟิสิกส์ระบือนามหลายๆท่าน เริ่มจาก A. Wilson ในปีพ.ศ. 2474 แล้วตามด้วย B. Davydov, N. F. Mott, W. Schottky ฯลฯ

 

          หากแม้นมีการเจือปนด้วยอะตอมอื่นบางชนิดแม้เพียงปริมาณเล็กน้อย ซึ่งเรียกกันว่ามลทิน (impurity) สารกึ่งตัวนำจะมีคุณสมบัติทางไฟฟ้าที่แตกต่างไปจากเดิมอย่างเด่นชัด การเจือสารมลทินในสารกึ่งตัวนำเรียกว่าการโด๊ป (doping) เช่นถ้าซิลิกอนถูกโด๊ปด้วยธาตุโบรอน (B) ก็จะกลายเป็นสารกึ่งตัวนำชนิดบวก (positive) หรือชนิดพี (p-type semiconductor)  เพราะมลทินที่เจือลงไปเป็นพวกที่ชอบจับอนุภาคอิเล็กตรอนอิสระ แต่ถ้าซิลิกอนถูกโด๊ปด้วยธาตุฟอสฟอรัส (P) ก็จะกลายเป็นสารกึ่งตัวนำชนิดลบ (negative) หรือชนิดเอ็น (n-type semiconductor) เพราะมลทินที่เจือลงไปเป็นพวกที่ชอบปลดปล่อยอนุภาคอิเล็กตรอนของตัวเองออกไป เมื่อนำสารกึ่งตัวนำชนิดพีกับชนิดเอ็นมาประสานกัน ตรงรอยต่อเกิดเป็น p-n junction ที่สมบูรณ์ จะได้เป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่เรียกกันว่าไดโอด (diode) (รูปที่ 2) ซึ่งถ้าจ่ายไฟให้ถูกขั้ว (forward-biased) กระแสไฟฟ้าจะสามารถไหลผ่านไดโอดได้โดยสะดวก แต่ถ้าได้รับศักย์ไฟฟ้าสลับขั้ว (reversed-biased) ไดโอดจะกลายเป็นตัวต้านทาน (resistor) ที่กระแสไฟฟ้าจะไหลผ่านไปได้ยากมาก ไดโอดเป็นอุปกรณ์สำคัญตัวหนึ่งที่มักต้องมีอยู่ในแผงวงจรอิเล็กทรอนิกส์ทั้งหลาย

 

 

รูปที่ 2 ภาพถ่ายตัวไดโอดและสัญลักษณ์ทางอิเล็กทรอนิกส์  ถ้าถูกจ่ายศักย์ไฟฟ้าให้แบบ forwarded-bias กระแสไฟฟ้าจะไหลผ่านตัวไดโอดตามทิศหัวลูกศร [คือจากขวา (anode)ไปซ้าย (cathode) ตามรูป] ไดโอดที่ทำจากสารกึ่งตัวนำถูกทำขึ้นเป็นครั้งแรกในปีพ.ศ. 2417 ส่วนไดโอดยุคใหม่คล้ายดังในรูปที่ทำจากสารกึ่งตัวนำเยอรมาเนียมถูกนำมาใช้ในวงจรลอจิกของคอมพิวเตอร์ตั้งแต่เมื่อปีพ.ศ. 2493: http://blog.openptv.org/?p=749

 

        โดยการเลือกทำจากสารที่เหมาะสม ศักย์ไฟฟ้าแบบ forward-biased จะกระตุ้นให้ไดโอดเปล่งแสงได้ จึงเรียกไดโอดแบบนี้ว่า ไดโอดเปล่งแสง (Light Emitting Diode หรือ LED) และถ้าทำการดัดแปลงอย่างเหมาะสมเช่นโดยการทำผนังสะท้อนแสงปิดหัว-ปิดท้ายเสริมเข้าไปเพื่อกักให้แสงที่เกิดขึ้นใช้เวลาสะท้อนกลับไปกลับมาภายใน LED นานขึ้นอีกอึดใจหนึ่ง แสงที่เกิดขึ้นก่อนจะไปกระตุ้นให้เกิดการปลดปล่อยแสง (stimulated emission) ออกมาอีกเป็นพรวนตามทฤษฎีของไอน์สไตน์ (ผลงานเมื่อปีพ.ศ. 2460) ก็จะได้เป็นไดโอดเลเซอร์ (laser diode) ซึ่งใช้ทำ laser pointer และใช้ในการโทรคมนาคมด้วยเส้นใยนำแสง เป็นต้น

 

          ที่กล่าวมาฟังดูเหมือนง่าย แต่ในความเป็นจริงนั้นการทำ LED มีความสลับซับซ้อนกว่าการทำไดโอดแบบธรรมดา  กล่าวคือในการทำ LED นั้น ประการแรกที่สุดจำเป็นต้องมีฐานรอง (substrate) เพื่อสร้างชั้นสารกึ่งตัวนำที่ต้องการซ้อนทับด้านบน โดยจุดสำคัญอยู่ตรงที่ว่าการเรียงตัวของอะตอมของฐานรองกับสารกึ่งตัวนำต้องสอดประสานกลมกลืนกัน มิฉะนั้นจะเกิดความเครียด (strain) และจุดตำหนิ (defect) ขึ้น ซึ่งจะลดทอนศักยภาพในการเปล่งแสงได้ การสร้างชั้นของผลึกสารกึ่งตัวนำขึ้นบนฐานรองเรียกว่าอีพิแท๊กซี (epitaxy) ซึ่งมีหลายวิธี  สำหรับการผลิตเชิงอุตสาหกรรมที่จำเป็นต้องผลิตคราวละจำนวนมากๆด้วยวิธีการที่มีต้นทุนต่ำ แต่ไว้ใจได้ จะใช้วิธีอุ่นฐานรองให้ร้อนแล้วพ่นก๊าซที่โมเลกุลประกอบด้วยอะตอมที่ต้องการให้เกิดเป็นสารกึ่งตัวนำชนิดนั้นๆ ให้ผ่านผิวหน้าของฐานรอง ชั้นของสารกึ่งตัวนำที่เป็นสารประกอบที่ต้องการจะค่อยๆก่อตัวขึ้นบนฐานรอง วิธีการนี้เรียกว่า vapor-phase epitaxy (VPE) หรือเรียกกันอีกชื่อว่า chemical vapor deposition (CVD)  วิธีการ CVD ยังแยกย่อยออกไปอีกมากกว่า 10 แบบ เช่นแบบที่ใช้ก๊าซที่โมเลกุลประกอบด้วยอะตอมของโลหะกับอะตอมของสารอินทรีย์ จะมีชื่อเฉพาะเรียกว่า Metal-organic Chemical Vapor Deposition (MOCVD) ซึ่งเป็นเทคนิคที่นิยมใช้กันในวงการออปโตอิเล็กทรอนิกส์ (optoeletronics) ในปัจจุบัน

 

3.การกำเนิดของ LED สีแดง ส้มและเขียว

 

 

รูปที่ 3 ทรานซิสเตอร์ตัวแรกของโลกที่สร้างขึ้นเมื่อปีพ.ศ. 2490 โดยทีมนักฟิสิกส์และวิศวกรไฟฟ้าของ Bell Labs ที่ประกอบด้วย W. Shockley, W. Brattain และ J. Bardeen ซึ่งทั้งสามได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์จากผลงานนี้ในปีพ.ศ. 2499   : http://www.spacedaily.com/news/space-electronics-03c.html

 

            ในระหว่างปีพ.ศ. 2490-2500 เป็นช่วงเวลาของการพัฒนาทรานซิสเตอร์ (transistor) โดยแกนนำอยู่ที่ Bell Labs ในสหรัฐอเมริกา ทฤษฎีของทรานซิสเตอร์จุดประกายให้มีการคิดกันถึงเรื่องของ LED ในช่วงหลังปีพ.ศ. 2503 มีกลุ่มนักวิจัยของบริษัทใหญ่ๆหลายแห่งในสหรัฐอเมริกาเช่น RCA, GE, IBM และมหาวิทยาลัย MIT ที่มุ่งคิดค้นพัฒนา LED ที่ให้แสงอินฟราเรดและเลเซอร์แสงอินฟราเรดที่มีสารกึ่งตัวนำแกลเลี่ยมอาร์เซนายด์ (GaAs) เป็นแกน (สารประกอบของธาตุในหมู่ III-V ของตารางธาตุ) ณ ศูนย์วิจัย Thomas J. Watson ที่เขต Yorktown Heights ในมลรัฐนิวยอร์กของบริษัท IBM มีนักวิจัยฝีมือดีหลายคนที่ขณะนั้นกำลังง่วนอยู่กับสารกึ่งตัวนำ GaAS และอลูมินัมแกลเลี่ยมอาร์เซนายด์ (AlGaAs)

 

 

รูปที่ 4   ตารางธาตุ: http://pveducation.org/pvcdrom/appendices/periodic-table

 

          ในปีพ.ศ. 2505 Nick Holonyak Jr. [3] กับ Sam F. Bevacqua ซึ่งเป็นนักวิจัยของบริษัท GE ประกาศว่าได้ประสบความสำเร็จในการสร้าง LED ที่ให้แสงสีแดงจากสารกึ่งตัวนำแกลเลี่ยมอาร์เซนายด์ฟอสฟายด์ (GaAsP) โดยการสังเคราะห์ชั้นของ GaAsP ขึ้นบนฐานรองที่เป็น GaAs ด้วยวิธีการ CVD  Holonyak มองการณ์ไกลถึงการนำไปประยุกต์ทำเป็นไฟชี้บอก (indicator light)  ทั้งที่เป็นตัวเลขและตัวหนังสือ  แต่ LED ยุคเริ่มต้นนี้ยังคงมีจุดอ่อนอยู่ เช่นการที่ความเข้มแสงเสื่อมถอยลงค่อนข้างเร็ว

 

          บริษัท GE เริ่มผลิต LED ที่ทำจาก GaAsP ออกขายหลังจากนั้นไม่นานในจำนวนไม่มากนัก โดยราคาขายคือตัวละ 260 เหรียญสหรัฐ แต่เป็นบริษัทมอนซานโต (Monsanto Corporation) ที่พบวิธีสังเคราะห์ GaAsP ที่มีราคาต่ำลงได้   ในปีพ.ศ. 2511 บริษัทมอนซานโตได้ตั้งโรงงานเพื่อผลิต GaAsP ขึ้น โดยการร่วมมือกับบริษัท Hewlett-Packard (HP) ในลักษณะที่ว่าบริษัทมอนซานโตเป็นฝ่ายจัดส่ง GaAsP ให้ ส่วนบริษัท HP ทำหน้าที่ผลิตเป็น LED แต่บริษัท HP กังวลเรื่องที่ต้องพึ่งพาวัตถุดิบจากแหล่งเดียว บริษัท HP จึงได้สังเคราะห์ GaAsP ขึ้นเองในเวลาต่อมา

 

          ในตอนแรกนั้น LED ที่ทำจาก GaAsP ถูกนำไปใช้ทำเป็นไฟชี้บอกต่างๆในแผงวงจรของคอมพิวเตอร์ขนาดใหญ่ (mainframe computer) เช่นรุ่น IBM 360  บริษัท Texas Instruments ก็เข้าร่วมการแข่งขันในตลาด LED ชนิดนี้ด้วย แต่ยอดขายก็ยังคงไม่สูงมากนัก เพราะถึงแม้ราคาจะลดลงมาบ้างแล้ว แต่ก็ยังตกตัวละ 130 เหรียญสหรัฐ  ต่อมาเมื่อราคาลดลงเรื่อยๆ ส่วนคุณภาพก็ได้รับการปรับปรุงให้ดีขึ้นๆ การนำไประยุกต์ใช้ก็มีกว้างขวางขึ้น เช่นถูกนำไปใช้ทำ remote control และใช้ในระบบโทรคมนาคมในท้องถิ่น (ปัจจุบัน LED มีราคาเพียงตัวละ 5 บาทเท่านั้น)   ในช่วงปีพ.ศ. 2503-2518 มีบริษัทของอเมริกาและญี่ปุ่นหลายแห่งที่ขะมักเขม้นกับการพัฒนา LED และสินค้าที่ต้องใช้ LED  ในช่วงนี้มีตลาดเกิดใหม่ที่กำลังมาแรงที่ LED ถูกใช้เป็นส่วนประกอบสำคัญ นั่นคือใช้ทำเป็นหน้าจอของเครื่องคิดเลขและหน้าปัดของนาฬิกาข้อมือดิจิตอล   แต่หลังปีพ.ศ. 2523 จอ LED ถูกแทนที่ด้วยผลึกเหลว (liquid crystal) เพราะ LED มีความเข้มแสงค่อนข้างต่ำ ทำให้มองเห็นตัวอักษรหรือตัวเลขยากโดยเฉพาะในบริเวณที่มีแสงสว่างมาก (ห้องปฏิบัติการวิจัยทางเคมีของบริษัท RCA เป็นผู้ริเริ่มพัฒนาผลึกเหลวเพื่อเอามาทำเป็นจอแสดงผลตั้งแต่เมื่อปีพ.ศ. 2505  แต่กว่าจะทำได้สำเร็จก็ต้องใช้เวลาต่อมาอีกถึง 6 ปี)

 

          ในปีพ.ศ. 2522 บริษัทมอนซานโตซึ่งได้ผลิตเครื่องคิดเลขและนาฬิกาข้อมือดิจิตอลที่ใช้ LED มาตั้งแต่ปีพ.ศ. 2511 ได้ขายธุรกิจออปโตอิเล็กทรอนิกส์ออกไป แล้วถูกขายต่อ / ควบรวมอีกหลายทอด จนในที่สุดกลายไปเป็นส่วนหนึ่งของบริษัท Everlight Electronics ที่เป็นบริษัทผู้ผลิต LED รายสำคัญของไต้หวัน  M. George Craford ซึ่งเป็นกำลังสำคัญคนหนึ่งในทีมนักวิจัย LED ของบริษัทมอนซานโต ย้ายไปอยู่กับบริษัท HP และกลายเป็นกำลังสำคัญของบริษัท HP ในการพัฒนาเทคโนโลยี LED และธุรกิจที่เกี่ยวข้อง  บริษัท HP มีบทบาทสำคัญในการพัฒนา LED จนถึงปีพ.ศ. 2542 เมื่อบริษัท HP โอนธุรกิจ LED และอุปกรณ์วิทยาศาสตร์ไปให้บริษัทลูกคือบริษัท Agilent Corporation ในปีเดียวกันนั้นบริษัท Agilent ได้ตั้งบริษัท Lumileds Lighting Corporation ขึ้นโดยเป็นการร่วมทุนกับบริษัท Philips Corporation  แต่ในปีพ.ศ. 2548 บริษัท Agilent ได้ขายหุ้นทั้งหมดในบริษัท Lumileds ให้กับบริษัท Philips (ปัจจุบันมอนซานโตเป็นบริษัทชั้นนำของโลกที่เชี่ยวชาญทางด้านเคมีเกษตรและเทคโนโลยีชีวภาพสำหรับการเกษตรกรรม)

 

          ถึงแม้สารกึ่งตัวนำ GaAsP จะมีบทบาทอย่างมากในช่วงต้นของอุตสาหกรรม LED แต่ในที่สุดก็มาถึงทางตันทางเทคนิคที่ทำให้ไม่สามารถพัฒนาต่อได้ ปัจจุบันนี้ GaAsP จะถูกใช้ในการผลิต LED สีแดง สีส้มและสีเหลือง กลุ่มที่มีราคาย่อมเยา แต่มีความเข้มแสงไม่สูงนักเพื่อทำเป็นไฟชี้บอก

 

          พัฒนาการที่สำคัญอีกก้าวหนึ่งของการวิจัยและพัฒนา LED สารอนินทรีย์เกิดจากนักวิจัยกลุ่มหนึ่งที่ห้องปฏิบัติการวิจัย AT&T Bell Labs นักวิจัยกลุ่มนี้กำลังมุ่งพัฒนา LED สีเขียวที่ใช้สารกึ่งตัวนำ GaP เป็นแกน  สาร GaP นั้นไม่สามารถเปล่งแสงได้เอง  เหมือนกับธาตุต่างๆที่เป็นสมาชิกของหมู่ IV ในตารางธาตุ เช่นสารกึ่งตัวนำ Si กับ Ge เป็นต้น แต่ถ้า GaP ถูกโด๊ปด้วยมลทินที่เหมาะสมเช่นไนโตรเจน (N) จะสามารถเปล่งแสงได้  นักวิจัยกลุ่มนี้ประสบความสำเร็จในการทำ LED สีเขียวจาก GaP ที่ถูกโด๊ปด้วยไนโตรเจน (GaP:N) ในที่สุด   บริษัท AT&T ได้ใช้ LED สีเขียวนี้กับโทรศัพท์แบบ Trimline ของตัวเอง (รูปที่ 5) ถึงแม้จะให้แสงไม่เข้มมากนัก แต่ LED ที่ทำมาจาก GaP:N ก็ยังคงมีใช้กันอยู่โดยเฉพาะใช้ทำเป็นไฟชี้บอก

 

 

รูปที่ 5 โทรศัพท์แบบ Trimline ของบริษัท AT&T ที่ใช้ LED สีเขียวชนิด GaP:N ตรงแป้นกดตัวเลข: http://www.ecse.rpi.edu/~schubert/Light-Emitting-Diodes-dot-org/chap01/chap01.htm

 

          ในปีพ.ศ. 2535 จากองค์ความรู้และประสบการณ์ที่ผ่านมา รวมถึงสมรรถนะของเครื่อง MOCVD (MOCVD reactor) ที่เพิ่มขึ้น ก็ได้เกิดความสำเร็จในการทำ LED จากสารกึ่งตัวนำอลูมิเนียมอินเดียมแกลเลี่ยมฟอสฟายด์ (AlINGaP) ซึ่งมีความเข้มแสงเพิ่มขึ้นจาก 1-2 ไปเป็น 10-20 ลูเมนต่อหนึ่งวัตต์ของกระแสไฟฟ้าที่ใช้ ความสำเร็จนี้ก่อให้เกิดตลาดเฉพาะ (niche market) กลุ่มใหม่ของ LED ขึ้น คือนำไปใช้ทำไฟท้ายรถยนต์และไฟสัญญาณจราจร  สารกึ่งตัวนำ AlGaAs ที่กล่าวถึงก่อนหน้านี้ถูกนำมาใช้ทำLED สีแดงเป็นช่วงเวลาเพียงสั้นๆ แถวๆปีพ.ศ. 2533 เท่านั้น  แต่ปัจจุบัน LED สีแดงและสีส้มจะทำมาจากสารกึ่งตัวนำ AlInGaP

 

4.LED สีน้ำเงินยุคแรก

 

 

รูปที่ 6   แม่สีแสงมีสามสีคือแดง เขียวและน้ำเงิน เมื่อเอามาผสมกันจะเกิดแสงสีอื่นๆอีกหลายสีรวมทั้งแสงสีขาว (white light): http://webvision.med.utah.edu/book/part-viii-gabac-receptors/color-perception/

 

          มาถึงตอนนี้ก็เกิดมีแม่สีแสง (รูปที่ 6) เกือบครบแล้ว ยังขาดอยู่ก็แต่ต้นกำเนิดแสงสีน้ำเงิน บริษัท RCA ซึ่งเป็นผู้ผลิตวิทยุและโทรทัศน์รายใหญ่ของโลกในเวลานั้น มีวิสัยทัศน์เรื่องโทรทัศน์สีจอแบนที่สามารถแขวนไว้ข้างฝาได้ ดังนั้นจำเป็นจะต้องค้นคว้าวิจัยหาวิธีการทำให้เกิดสีขึ้นมาใหม่ จะใช้ปืนอิเล็กตรอน 3 อัน (สำหรับใช้กระตุ้นสารเรืองแสงของแม่สีแสงทั้งสาม) กับหลอดจอภาพแบบดั้งเดิมไม่ได้อีกแล้ว James Tietjen ซึ่งขณะนั้นเป็นผู้อำนวยการแผนก Materials Research Division ของบริษัท RCA  สนับสนุนแนวคิดนี้  เขาได้มอบหมายให้ลูกน้องหนุ่มคนหนึ่งที่ชื่อ Paul Maruska ทดลองสังเคราะห์ฟิล์มบางของสารกึ่งตัวนำ GaN (สารประกอบของธาตุในหมู่ III-V ในตารางธาตุ) ขึ้นมาโดยใช้เทคนิค metal-halide vapor-phase epitaxy เพื่อทำ LED ที่ให้แสงสีน้ำเงิน ขณะนั้น Maruska เป็นนักศึกษาปริญญาเอกอยู่ที่มหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ดด้วย ดังนั้นทั้งห้องแล็บของ RCA กับสแตนฟอร์ดจึงร่วมมือกัน ในที่สุดก็สามารถสร้าง LED สีน้ำเงินสำเร็จ แต่วิธีการผลิตแตกต่างอย่างมากจากวิธีผลิต LED ที่ทำกันเป็นส่วนใหญ่ อีกทั้งยังเป็นวิธีการที่ไม่มีประสิทธิภาพ จึงไม่สามารถทำตลาดในเชิงพาณิชย์ได้ ในปีพ.ศ. 2514 นักวิจัยอีกกลุ่มของ RCA นำโดย Jacques Pankove ก็สามารถสร้าง LED สีน้ำเงินและเขียวได้จากสาร GaN แต่ก็เป็นผลผลิตที่ไม่มีประสิทธิภาพเช่นเดียวกัน ในปีพ.ศ. 2517 RCA ประสบปัญหาการแข่งขันที่รุนแรงขึ้นมากในสายธุรกิจหลักของตัวเอง จึงได้ยุติโครงการพัฒนา LED เสีย  งานวิจัยพัฒนา GaN ในที่อื่นๆก็ถดถอยลงด้วยเช่นกัน  แต่ในตอนท้ายๆของช่วงปีพ.ศ. 2523-2533 งานวิจัยเกี่ยวกับสารกึ่งตัวนำ GaN ได้ฟื้นคืนมามีชีวิตชีวาอีกครั้งที่ประเทศญี่ปุ่น

 

5.การเจาะทะลุทางตันของการผลิต LED สีน้ำเงินและผลที่เกิดตามมา

          ก่อนการหันมาพัฒนา GaN เพื่อใช้ทำ LED สีน้ำเงิน เป็นเวลาไม่ต่ำกว่าสองทศวรรษที่ห้องปฏิบัติการวิจัยหลายแห่งทั้งในบริษัทอุตสาหกรรมและในมหาวิทยาลัยต่างๆให้ความสำคัญกับสารประกอบในหมู่ II-VI เช่นพวกสารกึ่งตัวนำ ZnS, ZnSe และ ZnMgS เป็นหลัก แต่เวลาและงบประมาณจำนวนมากที่ลงทุนลงแรงไปก็ไม่ได้ก่อให้เกิดผลิตภัณฑ์ที่มีอนาคตทางธุรกิจอย่างที่หวัง ปัญหาหลักอยู่ที่อายุการใช้งานที่สั้นเกินไป

 

          ในส่วนของการพัฒนา GaN เป็น LED สีน้ำเงินนั้น ตอนแรกๆก็ดูเหมือนว่าจะพบกับทางตันเช่นกัน อุปสรรคที่สำคัญในเวลานั้นก็คือ ก) การไม่มีสารที่เหมาะสมใช้ทำฐานรองในการทำอีพิแท๊กซี ข) ปัญหาการจัดการกับความร้อนสูงที่เกิดขึ้น และ ค) ปัญหาการโด๊ป GaN ให้เป็นสารกึ่งตัวนำชนิดพี   แต่มีนักวิจัยญี่ปุ่นส่วนหนึ่งที่ไม่ยอมถอดใจตามคนอื่นๆเขาไปด้วย บุคคลสำคัญที่สุดของกลุ่มนี้ก็คือ Isamu  Akasaki (รูปที่ 7) แห่งมหาวิทยาลัยนาโกย่า (ได้รับการสนับสนุนการวิจัยส่วนหนึ่งจากบริษัท Matsushita Electric Industrial Company) และ Shuji  Nakamura (รูปที่ 8) ที่เป็นวิศวกรฝ่ายพัฒนาผลิตภัณฑ์ของบริษัท Nichia Chemical Industries ซึ่งเป็นบริษัทเล็กๆตั้งอยู่ที่เมืองโตกูชิมะบนเกาะชิโกกุ

 

 

รูปที่ 7 ศาสตราจารย์ Isamu Akasaki ปัจจุบันอายุ 86 ปี เริ่มบุกเบิกงานวิจัยเกี่ยวกับสาร GaN เพื่อใช้ทำ LED สีน้ำเงินประมาณในช่วงปีพ.ศ.  2503-2513  แต่มาทำได้สำเร็จในปีพ.ศ. 2532 ตอนที่มาทำงานกับมหาวิทยาลัยนาโกย่าแล้ว : http://mashable.com/2014/10/07/nobel-led-inventors/

 

 

รูปที่ 8  Shuji  Nakamura เข้าทำงานกับบริษัท Nichia เมื่อเดือนเมษายน พ.ศ. 2522 แล้วได้ลาออกในปีพ.ศ. 2542  ได้งานใหม่เป็นศาสตราจารย์อยู่ที่มหาวิทยาลัย UC Santa Barbara ในสหรัฐอเมริกา ต่อมาได้จับมือกับศาสตราจารย์อีก 2 ท่านที่นั่นก่อตั้งบริษัท Soraa ขึ้นในปีพ.ศ. 2551 ที่มีผลิตภัณฑ์เด่นเป็นหลอดไฟLED ที่ทำจากผลึก GaN บนฐานรอง GaN ด้วยวิธีการสังเคราะห์ที่ไม่ธรรมดา (ที่บริษัทอื่นทำกันมักใช้ฐานรองเป็นแซฟไฟร์หรือ ซิลิกอนคาร์บายด์): http://www.independent.com/news/2014/oct/07/ucsb-professor-shuji-nakamura-wins-2014-nobel-priz/

 

          ในตอนนั้นทั้ง Akasaki และ Nakamura ต่างคนต่างก็กำลังวิจัยเรื่องสารกึ่งตัวนำ GaN กับอินเดียมแกลเลียมไนตรายด์ (InGaN) ซึ่งนักวิจัยส่วนใหญ่เห็นว่าไร้ประโยชน์ที่จะนำมาผลิต LED สีน้ำเงินในเชิงพาณิชย์ เพราะมักมีตำหนิ (defect) เกิดขึ้นเป็นจำนวนมาก ทั้งสองต่างคนต่างพยายามพัฒนาเทคนิคปลูกผลึก GaN ให้เกิดมีตำหนิน้อยที่สุดบนพื้นฐานของวิธีการ MOCVD  Akasaki ซึ่งร่วมทำงานวิจัยกับ Amano ที่มหาวิทยาลัยนาโกย่าเป็นคณะแรกที่สามารถสังเคราะห์ GaN ความบริสุทธิ์สูงได้สำเร็จในปีพ.ศ. 2528 จากนั้นในปีพ.ศ. 2532 Akasaki และคณะเอาชนะปัญหาการผลิต GaN ชนิดพี (p-type GaN) ได้โดยการกระตุ้นการโด๊ปมลทินแมกนีเซียม (Mg) ให้สมบูรณ์ด้วยลำอนุภาคอิเล็กตรอนจากกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน (แต่ยังไม่สามารถอธิบายกลไกดังกล่าวได้) ทีมนี้สามารถผลิต LED สีน้ำเงินได้ในปีพ.ศ. 2535

 

          ทางฝ่าย Nakamura นั้นซุ่มทำงานวิจัยและพัฒนาอยู่เงียบๆ ในช่วงปีพ.ศ. 2531-2532 ได้ไปฝึกฝนเรียนรู้เกี่ยวกับเทคนิค MOCVD ที่ University of Florida ในสหรัฐอเมริกา หลังกลับมาแล้ว ในปีพ.ศ. 2533 Nakamura ได้ดัดแปลงให้เครื่อง MOCVD มีหัวปล่อยก๊าซ 2 หัว (two-flow) ถึงแม้จะเริ่มต้นงานวิจัยในเรื่อง GaN ช้ากว่า Akasaki อยู่หลายปี แต่ด้วยการที่ทำงานทุ่มเทมาก Nakamura ก็ก้าวหน้าไปอย่างรวดเร็วด้วยแนวทางเป็นของตัวเองที่ไม่ได้ไปลอกเลียนใครมา เขามองเห็นว่าการที่นักวิจัยอื่นๆที่ผ่านมาล้มเหลวก็เพราะในการปลูกผลึก GaN ที่มักใช้ก๊าซไตรเมทธิลแกลเลี่ยม (trimethylgallium, Ga(CH3)3) กับก๊าซแอมโมเนีย เพื่อเป็นต้นตอของแกลเลี่ยมและไนโตรเจนตามลำดับ [4]  ในขณะที่อุณหภูมิค่อยๆลดลงสู่อุณหภูมิห้อง โมเลกุลของก๊าซแอมโมเนียจะเกิดการแตกตัว ทำให้มีอะตอมของไฮโดรเจนเกิดขึ้นมา ซึ่ง Nakamura เป็นคนแรกที่ค้นพบว่าไฮโดรเจนนี่แหละคือตัวอันตรายที่เข้าไปป่วนกระบวนการโด๊ปชนิดพี  Nakamura ได้พัฒนาวิธีการกำจัดไฮโดรเจนออกจากระบบและสามารถสร้างผลึก GaN ชนิดพีที่มีคุณภาพสูงได้สำเร็จในเดือนมีนาคม พ.ศ. 2534 โดยเทคนิคของ Nakamura ยังเป็นเทคนิคที่มีประสิทธิภาพสูงและเหมาะสมกับการผลิตเชิงอุตสาหกรรม จากความสำเร็จนี้บริษัท Nichia ได้เริ่มผลิต LED สีน้ำเงินจาก GaN ออกจำหน่ายในปีพ.ศ. 2535 ที่มีความเข้มแสงสูงกว่า LED สีน้ำเงินยุคแรกถึงประมาณ 200 เท่า

 

 

รูปที่ 9   ภาพวาดแสดงลักษณะภายในของ LED สีน้ำเงินที่ทำจาก GaN : http://www2.powerled.ie/faqs/how-it-works/

 

          Nakamura ยังได้พยายามพัฒนาดัดแปลงเครื่อง MOCVD เชิงอุตสาหกรรมให้สามารถปลูกผลึกที่บางยิ่งขึ้นในระดับนาโนเมตรและมีความสม่ำเสมอสูงยิ่งขึ้นด้วย ซึ่งทำให้สามารถเปล่งแสงสีน้ำเงินที่มีความเข้มแสงสูงยิ่งขึ้นไปอีก  ในปีพ.ศ. 2537 บริษัท Nichia จ้างบุคลากรเพิ่มอีก 100 คนเพื่อมาช่วยกันผลิต LED สีน้ำเงิน ยอดขาย LED สีน้ำเงินของบริษัท Nichia ในปีพ.ศ. 2539 คือหลายล้านตัวต่อเดือน

 

          ปีพ.ศ. 2539 ยังเป็นปีที่ Nakamura กลายเป็นคนแรกที่สามารถสร้างเลเซอร์สีน้ำเงินทั้งแบบเป็นห้วง (pulse) และแบบต่อเนื่องจากสาร InGaN ที่อุณหภูมิห้องได้สำเร็จ ทั้งๆที่คนอื่นๆเคยเชื่อกันว่าเป็นไปไม่ได้ บริษัท Nichia ผลิตทั้งเลเซอร์สีน้ำเงินและสีม่วงออกขายในปีเดียวกัน ผลิตภัณฑ์ไดโอดเลเซอร์สีน้ำเงินและม่วงจากสาร InGaN ของบริษัท Nichia นี้ถูกนำไปประยุกต์ใช้อย่างรวดเร็วในอุตสาหกรรม DVD-ROM และเครื่องเล่น Blu-ray เพราะแสงเลเซอร์สีม่วงมีความยาวคลื่นเพียง 405 นาโนเมตร ในขณะที่เครื่องเล่น DVD ที่เกิดก่อนใช้แสงเลเซอร์สีแดงที่มีความยาวคลื่นมากกว่าคือ 650 นาโนเมตร ทำให้เครื่องเล่น Blu-ray สามารถอ่านข้อมูลที่มีความหนาแน่นมากกว่าถึง 5-10 เท่า เมื่อเทียบกับเครื่องเล่น DVD

 

          ในปีพ.ศ. 2539 เช่นกัน บริษัท Nichia ได้ปล่อยสินค้าตัวใหม่ออกมาอีก คือ LED แสงสีขาว ที่ใช้วิธีหุ้ม LED สีน้ำเงินด้วยสารเรืองแสงอิตเตรียมอลูมินัมการ์เน็ต (YAG) ที่จะเรืองแสงสีเหลืองเมื่อถูกกระตุ้นด้วยแสงสีน้ำเงินจาก LED   เมื่อแสงสีน้ำเงินผสมกับแสงสีเหลืองจะได้เป็นแสงสีขาว (ดูรูปที่ 6) นวัตกรรมนี้เป็นความชาญฉลาดที่น่าชื่นชมของนักวิจัยของบริษัท Nichia เพราะอันที่จริงแล้วธุรกิจหลักที่บริษัทเชี่ยวชาญมาแต่เดิมก็คือการผลิตสารเรืองแสงต่างๆเพื่อจำหน่ายให้กับอุตสาหกรรมผลิตโทรทัศน์และอุตสาหกรรมอื่นๆที่ต้องใช้สารเรืองแสง  การผนวกธุรกิจดั้งเดิมเข้ากับธุรกิจใหม่อย่างนี้จึงเป็นการบูรณาการที่ลงตัวมากสำหรับบริษัท Nichia ข้อดีของ LED สีขาวแบบนี้ก็คือไม่จำเป็นต้องมีวงจรอิเล็กทรอนิกส์คอยทำหน้าที่ควบคุมความเข้มของแม่สีแสงทั้งสามให้เหมาะสมและไม่เปลี่ยนแปลง แต่เฉดของสีจะขึ้นอยู่กับความหนาของสารเรืองแสง และจะคงที่อยู่อย่างนั้นตลอดอายุการใช้งาน  ทำให้สะดวกต่อการใช้งานและมีราคาถูก ตลาดจึงกว้างขวางอย่างมาก

 

 

รูปที่ 10  ผลิตภัณฑ์ LED สีขาว (white LED) ของบริษัท Nichia   จอภาพของเครื่อง iPad และ iPhone ของบริษัท Apple ใช้ LED สีขาวของบริษัท Nichia เป็นไฟ backlight : http://www.ledsmagazine.com/articles/2011/01/nichia-appoints-lumitronix-as-its-first-ever-led-distributor.html

 

          นอกจากนั้น Nakamura ยังประสบความสำเร็จอีกในการสร้าง LED ที่ให้แสงสีเขียวโดยตรงจากสาร InGaN โดยไม่ต้องอาศัยสารเรืองแสงใดๆ ซึ่งมีความเข้มแสงสูงกว่าที่เคยได้จาก LED ชนิด GaP:N มาก ดังนั้นเมื่อมาถึงตอนนี้ก็ได้เกิดมีต้นกำเนิดแม่สีแสงคือ แดง-เขียว-น้ำเงิน ที่มีความเข้มสูงครบแล้ว ทั้งในแบบที่ต้องใช้ร่วมกับสารเรืองแสงและแบบที่เปล่งแสงจากลำพังตัวเอง ด้วยเหตุนี้จึงสามารถสร้างแสงสีอะไรก็ได้ตามใจชอบ อุตสาหกรรมการให้แสงสว่างและจอแสดงภาพจึงถูกเปลี่ยนโฉมหน้าจากยุคเก่าของหลอดไส้และหลอดฟลูออเรสเซนต์ไปเป็นยุคใหม่ของ LED นับตั้งแต่นั้นมา

 

          ปัจจุบัน LED รุกคืบเข้ายึดครองตลาดเฉพาะกลุ่มมากประเภทขึ้น และในแต่ละประเภทก็มีส่วนแบ่งการตลาดเพิ่มมากขึ้นเรื่อยๆ จากตอนเริ่มต้นที่เป็น niche market ของไฟชี้บอกเท่านั้น ซึ่งอาจดูเหมือนว่าเป็นตลาดเล็ก แต่เพียงเวลาไม่นานก็ได้รุกคืบเข้าสู่ตลาดของกลุ่มอื่นๆอีกมากมายเช่นกลุ่มไฟแฟลช ไฟตู้เย็น ไฟรถยนต์ (ทั้งภายในและภายนอก) ไฟจราจร ไฟฉุกเฉิน ไฟถนน ไฟสนาม ไฟประดับตกแต่งอาคาร สมาร์ทโฟน และโทรทัศน์  โดยในบางอุตสาหกรรม LED ได้เข้าไปแย่งที่เทคโนโลยีดั้งเดิมเกือบครบ 100%  เช่นอุตสาหกรรมไฟบอกทางออกฉุกเฉิน และไฟแฟลช แต่บางอุตสาหกรรมก็ยังอยู่ในช่วงเริ่มต้น เช่นไฟถนนที่ใช้คู่กับแผงเซลล์แสงอาทิตย์ ส่วนในวงการโทรทัศน์และไฟประดับอาคาร เทคโนโลยี LED สามารถแย่งตลาดมาได้ประมาณ 50 % แล้ว (ข้อมูลของปีพ.ศ. 2553 จาก [2])

 

6.สงครามสิทธิบัตรและการแข่งขัน

          ในวงการธุรกิจนั้น ถ้ามีนวัตกรรมใหม่เกิดขึ้นมาจากการพัฒนาเทคโนโลยี (technology-driven innovation) มักจะมีการแข่งขันที่ดุเดือดตามมา การที่ผลงานการค้นคว้าวิจัยของ Nakamura ทำให้เกิดผลิตภัณฑ์ที่มีแนวโน้มสูงมากที่จะทำเงินมหาศาลให้กับบริษัทเล็กๆอย่างบริษัท Nichia มีหรือที่บริษัทใหญ่ๆจะนิ่งดูดายปล่อยให้บริษัท Nichia หยิบชิ้นปลามันกินอร่อยอยู่คนเดียว  หลายบริษัทจึงติดต่อขอร่วมใช้สิทธิในเทคโนโลยีใหม่ที่มีอนาคตน่าสนใจมากของบริษัท Nichia แต่เพื่อเป็นการป้องกันตัวเองจากการที่ต้องไปแข่งขันกับบริษัทที่ใหญ่กว่า ซึ่งมีศักยภาพและประสบการณ์ในการทำตลาดมากกว่า  บริษัท Nichia จึงได้ปฏิเสธที่จะอนุญาตให้บริษัทอื่นได้ใช้สิทธิทางเทคโนโลยี (technology licensing) ที่เกี่ยวข้องกับ LED สีน้ำเงินของตน แต่กลับทุ่มทุนพัฒนากระบวนการผลิตของตัวเองขนานใหญ่เช่นการจัดหาเครื่อง MOCVD มาใช้ในการผลิต LED หลายเครื่องเป็นต้น

 

          บริษัท Nichia ได้เปรียบคู่แข่งมากเพราะได้เป็นผู้เก็บเกี่ยวผลประโยชน์ก่อนใคร แถมยังเหมือนได้โชคสองชั้นเพราะในช่วงเวลานั้นโทรศัพท์มือถือเริ่มได้รับความนิยมขึ้นมาพอดี จอ LCD สีของโทรศัพท์มือถือจำเป็นต้องมีแสงสีขาวส่องทางด้านหลังของจอ เรียกว่า backlight ดังนั้น LED สีขาวจึงทำกำไรให้กับบริษัท Nichia อย่างมโหฬาร จนแทบถือได้ว่าเป็นผู้ครองตลาดทางด้าน LED สีขาวแต่เพียงเจ้าเดียว  บริษัทอื่นๆย่อมอยากมีส่วนแบ่งบ้าง จึงคิดว่าพวกเขาก็น่าที่จะมีสิทธิ์ผลิต LED สีน้ำเงินออกขายเหมือนกัน ถ้าเกิดจากผลการวิจัยของตนเอง

 

          บริษัท Toyoda Gosei  เริ่มผลิต LED สีน้ำเงินจาก GaN ในเชิงอุตสาหกรรมได้สำเร็จในปีพ.ศ. 2538 แต่บริษัท Nichia ถือว่าเป็นการล่วงละเมิดสิทธิบัตร LED สีน้ำเงินของตน จึงให้ทนายฟ้องร้องบริษัท Toyoda Gosei ในปีพ.ศ. 2539 หนึ่งคดี และอีก 5 คดีในปีพ.ศ. 2541 ศาลกรุงโตเกียวพิพากษาให้บริษัท Nichia ชนะคดี มีคำสั่งให้บริษัท Toyoda Gosei ต้องหยุดการผลิตและการขายผลิตภัณฑ์ LED ของตน และต้องจ่ายค่าเสียหายให้บริษัท Nichia เป็นจำนวนเงิน 104.86 ล้านเยน  แต่การขออุทธรณ์และการฟ้องกลับของบริษัท Toyoda Gosei ทำให้บริษัท Nichia ไม่ได้รับชัยชนะอย่างที่คิด  บริษัท Nichia ยังต้องไล่ตามฟ้องร้องบริษัทอื่นๆอีกด้วย เช่นบริษัท Cree, Epistar, Everlight และ Seoul Semiconductor ซึ่งทุกการฟ้องร้องจะถูกแก้ลำโดยการฟ้องกลับ  ในวงการนี้การฟ้องกลับเป็นเรื่องปกติ เพราะในความเป็นจริงนั้นไม่ใช่มีอยู่แต่เพียงเทคโนโลยีเดียวเท่านั้นที่จะใช้ผลิต LED ได้ อย่างเช่นการฟ้องกลับของบริษัท Cree ก็อ้างถึงสิทธิบัตรเรื่อง GaN ของมหาวิทยาลัยบอสตันที่ได้จดทะเบียนไว้ก่อนแล้วเป็นต้น  การฟ้องร้องเรื่องสิทธิบัตรเป็นเรื่องธรรมดาของนักพัฒนาเทคโนโลยี ไม่ใช่มีแต่การฟ้องร้องของบริษัท Nichia กับบริษัทอื่นๆเท่านั้น  แต่บริษัทอื่นๆก็ฟ้องร้องกันเองด้วย (บริษัท Cree ก่อตั้งขึ้นในปีพ.ศ. 2530  โดยลูกศิษย์ 3 คนกับผู้ช่วยวิจัยอีก 1 คนจากห้องแล็บของศาสตราจารย์ Robert Davis แห่ง North Carolina State University ซึ่งเป็นนักวิจัยทางด้าน LED ชนิดสารอนินทรีย์ที่ผลงานวิจัยได้รับการอ้างถึงมากที่สุดในช่วงปีพ.ศ. 2525-2534)

 

          แต่ในที่สุดทุกคนคงเห็นตรงกันว่า “ถ้าจะค้าความ กินขี้หมายังดีกว่า” จึงมีการเจรจาหย่าศึก หันมาใช้วิธีแลกเปลี่ยนการใช้สิทธิบัตรกับคู่สัญญา (cross-licensing) เช่นบริษัท Nichia กับ Toyoda Gosei ตกลงกันในเดือนกันยายน พ.ศ. 2545 ว่าจะยินยอมให้แต่ละฝ่ายมีสิทธิ์ใช้ประโยชน์ทรัพย์สินทางปัญญาของอีกฝ่าย แต่บริษัท Toyoda Gosei ต้องจ่ายค่าตอบแทน ( loyalty fee) ให้กับบริษัท Nichia สำหรับการผลิต LED สีขาวที่ใช้สารเรืองแสง YAG  ส่วนบริษัท Nichia กับ Cree ก็ตกลงกันได้ในเดือนพฤศจิกายน พ.ศ. 2545 นอกจากนั้นก็ยังมีระหว่างบริษัท Nichia กับ บริษัท Lumileds (Philips) และ บริษัท Nichia กับ บริษัท Osram  เป็นอาทิ (มีข้อมูลว่าบริษัทไมโครซอฟต์ต้องสิ้นเปลืองงบประมาณเป็นค่าที่ปรึกษากฎหมายเพื่อสู้คดีสิทธิบัตรเป็นเงินมากถึงปีละประมาณ 100 ล้านเหรียญสหรัฐ [5])

 

7.ผู้นำในการพัฒนาเทคโนโลยี LED

          การจดสิทธิบัตร (patent) ก็คือการพยายามปกป้องคุ้มครองสิทธิในทรัพย์สินทางปัญญาของตน องค์กรใดที่มีความเชื่อมั่นในศักยภาพเชิงพาณิชย์ของนวัตกรรมของตนจึงต้องยื่นขอจดสิทธิบัตรนานาชาติในนวัตกรรมนั้นๆ ในวงการอุตสาหกรรมนั้น ความได้เปรียบในการแข่งขันในเทคโนโลยีหนึ่งจะขึ้นอยู่กับจำนวนสิทธิบัตรนานาชาติที่เกี่ยวกับเทคโนโลยีนั้นที่ตนถือครองอยู่เพราะนอกจากจะการันตีการได้เป็นผู้เริ่มเล่นก่อน ยังสามารถใช้เป็นข้อต่อรอง / ยื่นหมูยื่นแมวเมื่อยามมีการฟ้องร้องเรื่องละเมิดสิทธิบัตร หรือการเจรจาตกลงเรื่อง cross-licensing  ตารางที่ 1 ได้รวบรวมข้อมูลดังกล่าวไว้ตั้งแต่ปีพ.ศ. 2488-2553 แต่ในทางวิชาการแล้ว ความเข้มแข็งทางวิชาการของแต่ละองค์กรจะดูจากจำนวนและคุณค่า (คือจำนวนครั้งที่ถูกนำไปอ้างอิงหรือ cited) ของผลงานวิจัยที่ได้รับการตีพิมพ์เผยแพร่ในวารสารทางวิชาการและใน Proceeding ต่างๆ ซึ่ง ตารางที่ 2 ได้รวบรวมข้อมูลทั้งสองประการนี้ของผลงานวิจัยที่เกี่ยวกับ LED ชนิดสารอนินทรีย์ไว้ในช่วงเวลาเดียวกับ ตารางที่ 1 จะเห็นได้ว่าในช่วงสามทศวรรษแรก องค์กรอเมริกันมีความคึกคักเข้มแข็งทางวิชาการมากที่สุด ห้องปฏิบัติการวิจัย Bell Labs มีผลงานวิจัยทางด้าน LED มากที่สุด ซึ่งไม่ใช่เรื่องแปลกเพราะ Bell Labs มีชื่อเสียงเป็นที่รู้จักกันดีว่าเป็นผู้นำและผู้บุกเบิกงานวิจัยทางด้านสารกึ่งตัวนำของโลก [จากการที่ผู้บริหารมีวิสัยทัศน์และได้กำหนดเป้าหมายที่ท้าทายขององค์กรขึ้น คือการค้นหาวัสดุใหม่ (new materials) เพื่อเอามาทำอุปกรณ์แบบใหม่ที่มีประสิทธิภาพดีกว่าเพื่อนำมาใช้แทนหลอดสุญญากาศ (vacuum tube) ที่ทั้งกินไฟและใหญ่เทอะทะ ซึ่งต้องใช้ในเครื่องแอมปลิฟายเออร์สำหรับขยายสัญญาณโทรศัพท์] ความเข้มแข็งทางวิชาการดังกล่าวย่อมส่งผลให้บริษัทอเมริกันได้เปรียบบริษัทของประเทศอื่น ดังจะเห็นได้ว่าสอดคล้องกับสิ่งที่ปรากฏในช่วง 30 ปีแรกของตารางที่ 1 ที่มีหลายบริษัทอเมริกันติดอันดับอยู่ในช่วงเวลานั้น แต่หลังจากที่ Akasaki และคณะที่มหาวิทยาลัยนาโกย่าแสดงให้เห็นในประมาณปีพ.ศ. 2532 ว่าสามารถสังเคราะห์ผลึกสารกึ่งตัวนำ GaN ชนิดพี (p-type) ที่มีความสมบูรณ์ได้ และต่อมาประมาณในปีพ.ศ. 2535 ได้เกิดการเจาะทะลุ (breakthrough) ในการผลิต LED สีน้ำเงินเชิงอุตสาหกรรมจากความมานะบากบั่นของ Nakamura ที่บริษัท Nichia บริษัทต่างๆของญี่ปุ่นสามารถแซงขึ้นมาเป็นผู้นำและเบียดบริษัทอเมริกันหลุดรายชื่อ10 อันดับแรกไปในที่สุด ดังปรากฏในตารางที่ 1   

 

8.สรุปบทเรียนที่ได้รับ

          ก) การจะเกิดนวัตกรรมได้ต้องเริ่มมาจากการวิจัย

          จากที่กล่าวมาข้างต้นจะเห็นได้ว่านวัตกรรมจะเกิดขึ้นได้ก็จากการวิจัยเท่านั้น เช่นทรานส์ซิสเตอร์เกิดขึ้นที่ Bell Labs จากผลงานการวิจัยของ Schockley, Brattain และ Bardeen  LED สีแดงเกิดขึ้นที่ห้องปฏิบัติการวิจัยของบริษัท GE จากผลงานการวิจัยของ Holonyak และ Bevacqua  LED สีน้ำเงินเกิดขึ้นที่ห้องปฏิบัติการวิจัยของมหาวิทยาลัยนาโกย่าจากผลงานการวิจัยของ Akasaki และคณะ และเกิดขึ้นที่ห้องปฏิบัติการวิจัยของบริษัท Nichia จากผลงานการวิจัยของ Nakamura เฉพาะกรณีหลังมีข้อมูลเพิ่มเติมที่แสดงให้เห็นว่าพฤติกรรมส่วนตัวของนักวิจัยก็มีความสำคัญมากด้วยต่อการพัฒนานวัตกรรมและเทคโนโลยี กล่าวคือในตอนแรก Nakamura ได้รับการสนับสนุนงานวิจัย LED สีน้ำเงินเป็นอย่างดีจากประธานบริษัท Nichia แต่ต่อมาบริษัทกลับบอกให้ยุติโครงการเสีย เพราะเห็นว่าสิ้นเปลืองเวลาและงบประมาณ แต่ Nakamura ไม่ยอมถึงแม้ว่าจะต้องใช้เงินทุนส่วนตัวในการทำวิจัยต่อก็ตาม และในที่สุดก็ประสบความสำเร็จ บริษัท Nichia ได้นวัตกรรมเด่นระดับเพชรยอดมงกุฎที่เคยคิดจะโยนทิ้งไปแล้ว ซึ่งทำกำไรมหาศาลให้กับบริษัท

 

          นักอุตสาหกรรมไทยบางคนมีความคิดว่าหน่วยควบคุมคุณภาพ (quality control, QC) ในโรงงานของตนเช่นหน่วยตรวจสอบคุณภาพน้ำมัน หรือวัตถุดิบที่ต้องใช้ในกระบวนการผลิต หรือตรวจสอบคุณภาพของผลผลิตแต่ละคราว (batch) คือหน่วยวิจัย  เรื่องราวที่นำมาถ่ายทอดสู่กันฟังนี้คงชี้ให้เห็นชัดแล้วว่าหน่วยใดหรือแผนกใดที่ไม่มีศักยภาพที่จะสร้างนวัตกรรมได้ คือไม่สามารถสร้างผลิตภัณฑ์ใหม่ หรือกระบวนการใหม่ ที่จะเอาไปขายได้ ไม่เรียกว่าฝ่ายวิจัย ในปัจจุบันนี้ด้วยสภาวการณ์แข่งขันที่เข้มข้นมาก อาจมีหลายบริษัทพยายามลดต้นทุนด้วยการไม่ตั้งแผนกวิจัยที่ครบครันขึ้นมาเองในโรงงานของตนอีกแล้ว แต่ก็ยังต้องใช้วิธีไปร่วมวิจัยกับมหาวิทยาลัยอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ เช่นบริษัท IBM ก่อตั้งศูนย์วิจัยทางด้านเทคโนโลยีนาโนที่มหาวิทยาลัย Swiss Federal Institute of Technology (ETH Zurich) หรือบริษัท BP (British Petroleum) จับมือกับมหาวิทยาลัย UC Berkeley และ University of Illinois at Urbana-Champaign ในสหรัฐอเมริกา ร่วมวิจัยและพัฒนาเรื่องเชื้อเพลิงชีวภาพ (biofuels) เป็นต้น

 

          นอกจากนั้นการมีนักวิจัยและห้องปฏิบัติการวิจัยที่ถึงพร้อมยังจะทำให้องค์กรสามารถเปลี่ยนผ่าน (transition) จากเทคโนโลยีหนึ่งไปสู่อีกเทคโนโลยีหนึ่งที่อาจแตกต่างกันอย่างมากได้โดยไม่เพลี่ยงพล้ำต่อคู่แข่ง  อย่างเช่นในปัจจุบันนี้ที่ถึงแม้กระแส LED สารอนินทรีย์ยังคงแรงดีอยู่ ก็ได้เริ่มมี LED ที่ทำจากสารอินทรีย์เกิดขึ้นมาแล้ว เรียกกันว่า OLED (organic LED) ซึ่งฝ่ายวิจัยของบริษัทต่างๆกำลังแข่งขันกันอยู่อย่างขะมักเขม้น เพราะเป็นเทคโนโลยีการให้แสงสว่างและเป็นจอภาพอีกแบบที่ปัจจุบันอาจยังมีราคาแพงอยู่ แต่มีคุณสมบัติเฉพาะตัวที่เป็นจุดเด่นหลายประการเช่น สามารถทำเป็นพื้นที่ขนาดใหญ่ได้โดยวิธีที่ไม่ซับซ้อนนั่นคือโดยการพิมพ์ด้วยเครื่องพรินเตอร์สีคล้ายการทำป้ายโฆษณาในปัจจุบัน จอภาพ OLED มีข้อดีกว่าจอภาพ LCD ที่ใช้กันอยู่ในปัจจุบันหลายประการเช่นกินไฟน้อยกว่า แต่ความเข้มแสงสูงกว่า ไม่ต้องใช้ไฟ backlight บางและเบากว่า สามารถงอได้ และโปร่งแสงเป็นต้น  ปัจจุบันบริษัท LG และ Samsung ได้ทำเป็นโทรทัศน์ออกวางขายแล้วในประเทศเกาหลีใต้ ถ้าไม่มีฝ่ายวิจัยที่มีศักยภาพ เมื่อเทคโนโลยีเปลี่ยนไป บริษัทที่เคยเป็นผู้นำในเทคโนโลยีเดิม อาจถูกคู่แข่งเบียดตกเวทีได้ ดังกรณีของบริษัท Kodak เป็นตัวอย่าง

 

 

รูปที่ 11 โทรทัศน์ OLED จอโค้ง ขนาด 55 นิ้วของบริษัท Samsung ราคาเครื่องละประมาณ 2000,000 บาท : http://hdguru.com/samsung-debuts-its-curved-55-inch-oled-hdtv-for-8999/

 

          ปัจจุบันคณะรัฐมนตรีของรัฐบาลพลเอกประยุทธ์  จันทร์โอชา ได้อนุมัติให้นักวิจัยและนักเรียนทุน ซึ่งส่วนใหญ่ทำงานอยู่ในภาครัฐและสถาบันการศึกษา สามารถเข้าไปทำงานในภาคเอกชนได้แล้ว เพื่อช่วยเพิ่มขีดความสามารถในการแข่งขันให้แก่ภาคเอกชนและภาคอุตสาหกรรมของไทย ทำให้เกิดโครงการ Talent Mobility ผู้ประกอบการที่ต้องการยกระดับธุรกิจจากการที่เคยแต่รับจ้างผลิตสินค้าให้กับบริษัทอื่น (original equipment manufacturer หรือ OEM) ขึ้นไปสู่ระดับที่สามารถออกแบบได้ด้วย(Original Design Manufacturer หรือ ODM) หรือไปสู่ระดับที่มีแบรนด์เป็นของตัวเอง (original brand manufacturer หรือ OBM) ควรฉวยโอกาสนี้ไว้ เป็นโอกาสที่ดีที่ภาคเอกชนจะได้มีนักวิจัยไว้ใช้งานโดยไม่ต้องลงทุนสร้างขึ้นมาด้วยตัวเอง ดังที่กล่าวมา ภาคอุตสาหกรรมไม่สามารถมีนวัตกรรมของตัวเองได้หรอก ถ้าไม่ได้มีฝ่ายวิจัยที่แท้จริงของตัวเองก่อนเพราะเทคโนโลยีเป็นตัวขับเคลื่อนนวัตกรรม แต่เทคโนโลยีเป็นผลพวงของการวิจัย

 

          ข) การพัฒนาเทคโนโลยีต้องใช้เวลา

          LED สีน้ำเงินที่เกิดขึ้นมาในปีพ.ศ. 2535 ไม่ใช่อยู่ๆก็เกิดออกมาจากกระบอกไม้ไผ่ แต่ต้องใช้เวลาอุ้มท้องยาวนานกว่าครึ่งศตวรรษ  เริ่มจากการวิจัยค้นคว้าของนักฟิสิกส์ในสายวิชา Solid State Physics (วิชาฟิสิกส์ของของแข็ง) หลังจากนั้นจึงเกิดมีองค์ความรู้เรื่องสารกึ่งตัวนำ ต่อจากนั้นจึงเกิดมีทรานซิสเตอร์  ไดโอด  และ LED ที่ทำจากสารกึ่งตัวนำออกมา หรือถ้าดูกันใกล้ๆจากที่เล่ามาจะเห็นได้ว่ากว่าจะเกิด LED สีน้ำเงินได้ เฉพาะที่บริษัท Nichia ก็ต้องใช้เวลาวิจัยและพัฒนาต่อเนื่องประมาณ 5 ปี และถ้าย้อนกลับไปยังจุดแรกเริ่มของการพัฒนา GaN เฉพาะในประเทศญี่ปุ่นซึ่งบุกเบิกโดย Akasaki แห่งมหาวิทยาลัยนาโกย่า จนถึงวันที่สามารถผลิต LED สีน้ำเงินในเชิงอุตสาหกรรมได้โดยบริษัท Nichia จากผลงานของ Nakamura ก็ต้องใช้เวลากว่า 20 ปี  โดยที่มีทั้งนักวิทยาศาสตร์และวิศวกรจำนวนไม่น้อยทั้งในบริษัทและในมหาวิทยาลัยกุมขมับเค้นสมองขบคิดกันแต่เรื่องนี้อย่างต่อเนื่อง

 

          ค) การพัฒนาเทคโนโลยีมีได้หลายเส้นทางและวกวน ซึ่งยากแท้หยั่งถึง

          การพัฒนา LED สารอนินทรีย์เริ่มที่การพยายามทำจากสารประกอบของธาตุในหมู่ II-VI  แต่ต่อมาต้องเปลี่ยนเป็นสารกึ่งตัวนำที่เป็นสารประกอบของธาตุในหมู่ III-V ที่มี GaAs เป็นแกน แล้วมีการนำ GaP มาทดลอง จนในที่สุดก็มาลงเอยกับ GaN โดยนักวิจัยของบริษัท RCA เป็นประเดิม  แต่ก็เกิดการชะงักงันไปช่วงหนึ่งเป็นเวลาประมาณสิบปี แล้วจึงกลับฟื้นคืนชีพขึ้นมาใหม่และรุ่งเรืองมาตราบจนถึงปัจจุบันนี้  ใครเลยจะสามารถรู้ล่วงหน้าเส้นทางที่วกวนเยี่ยงนี้ได้

 

          ง)ความสำเร็จย่อยๆแต่ละส่วนเกิดจากความวิริยะอุตสาหะที่ผสมผสานด้วย ทักษะ กลวิธี และโชค

          โซ่เหล็กที่ดีเส้นหนึ่ง ต้องเกิดมาจากห่วงเหล็กที่ดีแต่ละข้อ ฉันใดก็ฉันนั้น ความสำเร็จของอุตสาหกรรม SSL อย่างปัจจุบันนี้ก็เป็นหนี้บุญคุณความสำเร็จย่อยๆในหลายๆเรื่องที่เกี่ยวข้องที่ทยอยเกิดขึ้นตามกันมา โดยแต่ละความสำเร็จย่อยนั้นกว่าจะเกิดขึ้นได้แสนยากเย็น ไม่สามารถรู้ล่วงหน้า และบางทีก็มีเรื่องของโชคเข้ามาเกี่ยวข้อง โดยทั่วไปนั้นแต่ละความสำเร็จย่อยมักต้องอาศัยการเรียนรู้ทักษะใหม่ๆเช่นเกี่ยวกับการรู้จักใช้และรู้จักดัดแปลง / พัฒนาเครื่อง MOCVD หรือวิธีการทำงานกับวัสดุใหม่ๆที่มีลักษณะพิเศษแตกต่างกันไป กลวิธีในการทำการค้นคว้าวิจัยก็มีความสำคัญด้วยเพราะการจะเกิดความคิดใหม่ๆขึ้นมาต้องใช้ทั้งความรู้ทางวิทยาศาสตร์และสัญชาตญาณการหยั่งรู้ ส่วนการดำเนินการให้เกิดความสำเร็จก็ต้องรู้จักการทำงานอย่างเป็นระบบ ทำการทดลอง- การวิเคราะห์-การแก้ปัญหาอย่างมีเหตุมีผล และในบางครั้งก็ต้องรู้จักปรับเปลี่ยนโชคที่เกิดขึ้นให้กลายเป็นโชคดีแทนที่จะเป็นโชคร้าย ดังเช่นเบื้องหลังความสำเร็จของ Akasaki และคณะในการสังเคราะห์สารกึ่งตัวนำ GaN ชนิดพีที่แท้จริงแล้วเกิดจากความบังเอิญด้วย กล่าวคือ Amano และ Akasaki สังเกตุเห็นว่าทุกครั้งที่นำสารตัวอย่างที่สังเคราะห์ขั้นมาได้ไปส่องดูด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน สารกึ่งตัวนำชิ้นนั้นจะเปล่งแสงเข้มขึ้นกว่าตอนก่อนใส่เข้าไปในกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน จึงเป็นที่มาของ ”ซิกเนเจอร์ (signature)” ของห้องแล็บของ Akasaki ที่จะใช้ลำอิเล็กตรอนกระตุ้นการปลูกผลึก GaN ชนิดพีในกระบวนการผลิต LED สีน้ำเงินของตน แต่ไม่ว่าจะมีโชคดีช่วยผสมโรงหรือไม่ก็ตาม สิ่งที่ทุกความสำเร็จต้องมีเสมอก็คือความมุ่งมั่นที่จะทำงานให้สำเร็จโดยไม่ย่อท้อต่ออุปสรรคขวากหนามใดๆ  ข่าวเบื้องลึกบอกว่า Nakamura เป็นคนที่ทำงานหนักมากๆ

 

          จ) การพัฒนาเทคโนโลยีหนึ่งๆต้องพึ่งพาทรัพยากรจากหลายองค์กร

          ในการพัฒนาอุตสาหกรรม SSL งานด้านการพัฒนาองค์ความรู้พื้นฐานจะเกิดจากนักวิจัยทั้งในมหาวิทยาลัย  ในศูนย์วิจัยของรัฐบาลและในห้องปฏิบัติการวิจัยของบริษัทต่างๆ  แต่งานด้านการพัฒนาผลิตภัณฑ์และกระบวนการผลิตจะเกิดจากห้องปฏิบัติการวิจัยของบริษัทเป็นส่วนใหญ่  นอกจากนั้นนักวิจัยยังมีการเคลื่อนย้ายระหว่างมหาวิทยาลัยกับบริษัทเอกชน เช่นในกรณีของ Holonyak กับ Akasaki เป็นต้น

 

          ฉ) วิสัยทัศน์ ความทุ่มเทและอดทนของเจ้าของกิจการมีความสำคัญมาก

          ในตารางที่ 1 จะเห็นได้ว่าในช่วงปีพ.ศ. 2545-2553 บริษัทซัมซุงของเกาหลีใต้แซงขึ้นมามีสิทธิบัตรนานาชาติเกี่ยวกับ LED สารอนินทรีย์จำนวนมากที่สุด  ทั้งนี้เบื้องหลังความสำเร็จนี้ก็คือการทุ่มเทลงทุนอย่างหนักของบริษัทซัมซุงในเรื่องเทคโนโลยี LED ในช่วงเวลาเดียวกันนั้น  แต่ผลลัพธ์จะกลายเป็นอีกอย่าง ถ้าเจ้าของกิจการกระทำการในแบบตรงกันข้าม ดังเช่นกรณีบริษัท RCA ที่เป็นผู้นำของวงการในช่วงแรกเพราะบริษัทเอาจริงเอาจังจากการที่มีวิสัยทัศน์เรื่องโทรทัศน์จอแบน แต่ต่อมาเมื่อบริษัทยกเลิกการสนับสนุน บทบาทของบริษัทในเรื่องนี้ก็พลอยยุติลงไปด้วย การพัฒนา LED ของบริษัท Texas Instruments ก็มีชะตากรรมเช่นเดียวกัน

ส่วนที่บริษัท Nichia นั้น โครงการวิจัยและพัฒนา LED สีน้ำเงินเริ่มต้นขึ้นได้ก็เพราะได้แรงหนุนจากท่านประธาน Nobuo Okawa ซึ่งเป็นผู้ก่อตั้งบริษัท ซึ่งต้องถือเป็นคุณูปการต่อวงการที่สำคัญมากเช่นกัน เพราะในตอนที่ Nakamura ไปขออนุญาตทำโครงการ LED สีน้ำเงินนั้น Nakamura ยังเป็นนักวิจัยที่มีวุฒิการศึกษาเพียงระดับปริญญาโทเท่านั้น แถมก็ไม่ได้เคยมีผลงานโดดเด่นมาก่อน ถึงแม้จะเคยทำ LED สีแดงได้มาแล้ว แต่ก็ไม่ได้เป็นผลิตภัณฑ์ที่ทำให้บริษัทประสบความสำเร็จเชิงธุรกิจแต่อย่างใด ถ้าอยู่ในระบบของสถาบันวิจัยของรัฐบาลหรือมหาวิทยาลัย  Nakamura จะไม่ได้รับการอนุมัติโครงการอย่างแน่นอน (ตอนก่อนปีพ.ศ. 2522 ที่ Nakamura ยังเรียนระดับปริญญาตรีและโทอยู่ที่ University of Tokushima นั้น  ที่มหาวิทยาลัยนี้ยังไม่มีภาควิชาฟิสิกส์ Nakamura จึงไม่ได้รับการศึกษาด้านฟิสิกส์ที่สมบูรณ์  แต่งานวิจัยของ Nakamura ต้องใช้ความรู้ในวิชาฟิสิกส์แทบทั้งสิ้น  คนที่รู้จัก Nakamura ดีเปิดเผยว่า Nakamura มีความรู้ในวิชาฟิสิกส์ที่ลึกซึ้งมาก  โดยเกิดจากการศึกษาด้วยตนเองทั้งสิ้น  Nakamura มาได้รับปริญญาเอกจาก University of Tokushima ในปีพ.ศ. 2537 นั่นคือหลังจากได้รับปริญญาโท 15 ปี)

 

          ช) การสนับสนุนจากรัฐบาลมีความสำคัญมาก

          ในช่วงปีพ.ศ. 2550-เดือนมีนาคม พ.ศ. 2555 ของตารางที่ 2 จะเห็นได้ว่าสถาบัน Chinese Academy of Science  ก้าวขึ้นมาเป็นรั้งตำแหน่งผู้นำในเรื่องจำนวนผลงานตีพิมพ์และจำนวนครั้งของการถูกอ้างอิงสำหรับงานวิจัยด้าน LED สารอนินทรีย์ โดยในกรณีนี้ผู้ที่อยู่เบื้องหลังความสำเร็จคือรัฐบาลจีนที่ทุ่มงบประมาณนับพันล้านเหรียญสหรัฐสนับสนุนส่งเสริมทั้งงานวิจัยผ่านทางสถาบัน Chinese Academy of Science และอุตสาหกรรม LED ของประเทศในหลายรูปแบบเช่นการช่วยปรับปรุงโรงงานและการช่วยแบ่งเบาภาระการจัดหาเครื่อง MOCVD เป็นต้น นอกจากนั้นยังช่วยอุดหนุนผลผลิตที่เกิดขึ้นด้วยเช่นเอาไปใช้ทำไฟถนนและอื่นๆ

 

          บทเรียนข้อนี้สอดคล้องกับสิ่งที่รัฐบาลไทยในปัจจุบันกำลังดำเนินการอยู่ในเรื่องของยางพารา การสนับสนุนการวิจัยและการสนับสนุนการพัฒนาเทคโนโลยีเรื่องยางควบคู่กับการช่วยอุดหนุนเช่นเอาไปใช้ทำถนน และอื่นๆ ซึ่งถ้าทำอย่างต่อเนื่อง พ้อมทั้งกวดขันให้มีการวิจัยและพัฒนาเพิ่มคุณภาพผลิตภัณฑ์ขึ้นเรื่อยๆ จะเป็นการแก้ปัญหาราคายางพาราตกต่ำอย่างแท้จริงและยั่งยืน  กลัวแต่ว่าพอเปลี่ยนรัฐบาลใหม่ นโยบายดีๆอย่างนี้จะถูกละเลยล้มเลิก(อีก) การพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีในประเทศนี้ต้องพบเจอกับปัญหานี้ตลอดเวลาที่ผ่านมา คือการขาดเป้าหมายที่ท้าทายของประเทศและการไม่มีโอกาสได้ดำเนินโครงการอย่างต่อเนื่องนานกว่าอายุขัยของหนึ่งรัฐบาล (ที่มักอยู่ไม่ครบเทอม)

 

เอกสารอ้างอิง / อ่านประกอบ

  1. อ่านเพิ่มเติมในบทความชื่อ “รางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ประจำปี 2014” ในคอลัมน์ “ข่าวพิเศษ –วันที่ 14 ตุลาคม 2557” ใน website นี้
  2. S. W. Sanderson and K. L. Simons, “Light Emitting Diodes and the Lighting Revolution : The Emergence of a Solid-State Lighting Industry” : http://homepages.rpi.edu/~simonk/pdf/industryEmergenceSSL.pdf
  3. อ่านเพิ่มเติมในบทความชื่อ “แอลอีดีความเข้มสูง (High Brightness LED)” ในคอลัมน์ “ฟิสิกส์ในชีวิตประจำวัน –วันที่ 22 พฤศจิกายน 2556” ใน website นี้
  4. Shuji  Nakamura, “GaN Growth Using GaN Buffer Layer”, Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 30, No. 10A, 1991, pp. L 1705-L 1707.
  5. ยุทธศักดิ์  คณาสวัสดิ์, สิทธิบัตรกับกลยุทธการแข่งขันในโลกธุรกิจ : http://www2.manager.co.th/Daily/ViewNews.aspx?NewsID=9500000042480

 

ตารางที่ 1 รายชื่อองค์กรที่ถือครองสิทธิบัตรนานาชาติเกี่ยวกับ LED ชนิดสารอนินทรีย์สูงที่สุด 10 อันดับแรกในแต่ละช่วง 10 ปี ระหว่างพ.ศ. 2488 – 2553 [2]

องค์กร

ประเทศ

จำนวนคำขอรับสิทธิบัตรนานาชาติ

จำนวนสิทธิบัตรที่ได้รับการขึ้นทะเบียน

ระหว่างพ.ศ. 2488-2524

 

 

 

Philips

เนเธอร์แลนด์

99.5

94.1

IBM

สหรัฐอเมริกา

70.9

61.6

Siemens

เยอรมนี

69.1

54.7

AT&T

สหรัฐอเมริกา

58.4

49.5

Panasonic

ญี่ปุ่น

38.8

35.5

GE

สหรัฐอเมริกา

37.8

33.3

RCA

สหรัฐอเมริกา

33.4

32.1

Westinghouse

สหรัฐอเมริกา

27.5

23.1

Sharp

ญี่ปุ่น

22.4

21.0

Hitachi

ญี่ปุ่น

35.8

20.3

 

 

 

 

ระหว่างพ.ศ. 2525-2534

 

 

 

Sharp

ญี่ปุ่น

86.1

68.3

Toshiba

ญี่ปุ่น

54.7

47.3

AT&T

สหรัฐอเมริกา

53.6

46.7

Mitsubishi

ญี่ปุ่น

41.0

28.3

NEC

ญี่ปุ่น

30.2

26.3

Hitachi

ญี่ปุ่น

33.6

23.9

Panasonic

ญี่ปุ่น

30.4

20.5

Siemens

เยอรมนี

45.8

20.3

Philips

เนเธอร์แลนด์

24.4

18.7

Fujitsu

ญี่ปุ่น

15.5

15.0

 

 

 

 

ระหว่างพ.ศ. 2535-2544

 

 

 

Philips

เนเธอร์แลนด์

160.7

144.4

Sharp

ญี่ปุ่น

130.2

102.9

Semiconductor Energy Lab

ญี่ปุ่น

123.7

80.4

Sony

ญี่ปุ่น

128.8

79.0

NEC

ญี่ปุ่น

101.2

78.7

Siemens

เยอรมนี

107.5

76.8

Seiko

ญี่ปุ่น

84.1

71.1

Toshiba

ญี่ปุ่น

92.7

68.4

Panasonic

ญี่ปุ่น

82.9

65.8

Sanyo

ญี่ปุ่น

73.3

60.1

 

 

 

 

ระหว่างพ.ศ. 2545-2553

 

 

 

Samsung

เกาหลีใต้

1044.0

483.4

Seiko

ญี่ปุ่น

610.3

401.5

Semiconductor Energy Lab

ญี่ปุ่น

641.0

256.4

Philips

เนเธอร์แลนด์

618.3

218.8

Sanyo

ญี่ปุ่น

220.5

145.0

Sharp

ญี่ปุ่น

262.8

127.7

Sony

ญี่ปุ่น

463.1

124.6

LG

เกาหลีใต้

316.2

109.2

Panasonic

ญี่ปุ่น

235.3

108.0

Siemens

เยอรมนี

334.3

98.9

หมายเหตุ : รวบรวมจากฐานข้อมูลของ European Patent Office

 

ตารางที่ 2 รายชื่อองค์กรที่ผลงานการวิจัยเกี่ยวกับ LED ชนิดสารอนินทรีย์ที่มีการตีพิมพ์เผยแพร่ได้รับการอ้างถึงสูงที่สุด (most cited)  10 อันดับแรกในแต่ละช่วง 10 ปี  ระหว่างพ.ศ. 2488-2555 [2]

องค์กร

ประเทศ

จำนวนผลงานตีพิมพ์

จำนวนครั้งที่ถูกอ้างอิง

ระหว่างพ.ศ. 2488-2524

 

 

 

Bell Labs

สหรัฐอเมริกา

131.0

3226.0

RCA Corp

สหรัฐอเมริกา

76.1

1425.0

IBM

สหรัฐอเมริกา

58.0

1277.0

GE Co

สหรัฐอเมริกา

31.5

878.5

Westinghouse Electric Corp

สหรัฐอเมริกา

59.2

858.5

GTE Sylvania Inc.

สหรัฐอเมริกา

35.0

513.0

Monsanto Co

สหรัฐอเมริกา

13.3

428.0

Fujitsu

ญี่ปุ่น

12.5

310.5

Univ. Illinois Urbana-Champaign

สหรัฐอเมริกา

3.9

265.0

Kyoto Univ.

ญี่ปุ่น

15.0

264.0

 

 

 

 

ระหว่างพ.ศ. 2525-2534

 

 

 

Osaka Univ.

ญี่ปุ่น

23.5

1562.0

Fraunhofer Inst. Appl. S-S Physics

เยอรมนี

3.2

829.4

Bell Labs

สหรัฐอเมริกา

41.2

598.9

Nichia Corp

ญี่ปุ่น

1.0

430.0

MIT

สหรัฐอเมริกา

7.0

403.0

NTT Corp

ญี่ปุ่น

34.0

354.0

Univ. Joseph Fourier

ฝรั่งเศส

1.0

349.0

Univ. Texas at Austin

สหรัฐอเมริกา

9.0

346.0

Univ. of Toronto

แคนาดา

2.0

325.0

North Carolina State Univ.

สหรัฐอเมริกา

3.0

323.0

 

 

 

 

ระหว่างพ.ศ. 2535-2544

 

 

 

Nichia Corp

ญี่ปุ่น

71.4

7589.1

Univ. Illinois Urbana-Champaign

สหรัฐอเมริกา

66.1

6565.3

Bell Labs

สหรัฐอเมริกา

72.1

4630.6

MIT

สหรัฐอเมริกา

68.9

4583.1

Univ. of Calif. Santa Barbara

สหรัฐอเมริกา

58.0

4057.9

Univ. of Calif. Berkeley

สหรัฐอเมริกา

36.0

3958.9

Harvard Univ.

สหรัฐอเมริกา

14.6

3186.0

Tohoku Univ.

ญี่ปุ่น

61.2

3041.6

Xerox Corp

สหรัฐอเมริกา

33.3

2516.4

Univ. of Cambridge

อังกฤษ

47.9

2257.6

 

 

 

 

ระหว่างพ.ศ. 2545-2549

 

 

 

Univ. of Calif. Santa Barbara

สหรัฐอเมริกา

78.5

3534.0

Rensselaer Polytechnic Inst.

สหรัฐอเมริกา

82.9

1988.1

Univ. of South Carolina

สหรัฐอเมริกา

59.7

1542.9

Chinese Academy of Sciences

จีน

211.9

3114.2

National Cheng Kung Univ.

ไต้หวัน

100.3

2029.6

National Chiao Tung Univ.

ไต้หวัน

88.9

1346.3

Nichia Corp

ญี่ปุ่น

33.6

1394.4

National Tsing Hua Univ.

ไต้หวัน

42.2

1057.4

National Central Univ.

ไต้หวัน

55.0

839.0

Yonsei Univ.

เกาหลีใต้

27.2

1031.5

 

 

 

 

ระหว่าง พ.ศ. 2550-ต้นเดือนมีนาคม พ.ศ. 2555

 

 

 

Chinese Academy of Sciences

จีน

540.3

3340.2

National Taiwan Univ.

ไต้หวัน

263.7

1480.2

Univ. of Calif. Santa Barbara

สหรัฐอเมริกา

149.7

1909.2

National Chiao Tung Univ.

ไต้หวัน

239.7

1079.9

Lehigh Univ.

สหรัฐอเมริกา

79.9

921.7

Sun Yat  Sen Univ.

จีน

120.3

930.9

Samsung

เกาหลีใต้

128.0

905.8

National Inst. For Materials Sci.

ญี่ปุ่น

89.5

1033.5

National Cheng Kung Univ.

ไต้หวัน

249.1

948.5

Rensselaer Polytechnic Inst.

สหรัฐอเมริกา

102.6

645.6

 

หมายเหตุ : บทความที่ผู้ร่วมเขียนมาจากต่างองค์กร จะแบ่งผลงานให้เท่าๆ กันโดยการหารด้วยจำนวนองค์กรที่เกี่ยวข้อง

 

บทความย้อนหลัง

โควิด-19 กับบทบาทของฟิสิกส์


Geant4-DNA simulation of radiation effects in DNA on strand breaks from ultra-low-energy particles


เทคโนโลยีไฮโดรเจนและเซลล์เชื้อเพลิง: เทคโนโลยีพลังงานสะอาดและยั่งยืน


คอมพิวเตอร์ควอนตัม: นวัตกรรมสุดล้ำที่จะพลิกโฉมธุรกิจและสังคมทศวรรษหน้า


Transportation Revolution: The transition from fossil fuels to electricity for powering vehicles-advantages, issues, and other transportation options


S&T กับปาฏิหาริย์บนฝั่งแม่น้ำฮัน


การใช้ S&T พัฒนาเศรษฐกิจของชาติ: ตัวอย่างจากสิงคโปร์


มาถึงจุดนี้ได้อย่างไร?


การเป็นผู้นำตลาดของกระจกกอริลลา


เนเธอร์แลนด์กับเทคโนโลยีระดับโมเลกุลและนาโน


เบื้องหลังรางวัลจากการ R&D ผลึกเหลว


รถยนต์ไฟฟ้ากับระบบทำความเย็นแบบใหม่


เทคโนโลยีไมโครเวฟเพื่อชุมชนและ SME


ไมโครฟลูอิดิกส์...จากฟิสิกส์ของของไหลในท่อขนาดเล็กจิ๋วสู่นวัตกรรมการวินิจฉัยโรค


รางวัลนวัตกรรมยอดเยี่ยมประจำปี 2015 ของ IOP


บทเรียนจากการปฏิวัติอุตสาหกรรมการให้แสงสว่าง


รางวัลการประยุกต์ด้านฟิสิกส์เพื่ออุตสาหกรรม ประจำปี 2015


การทำงานด้านฟิสิกส์ : ทำไมไม่เลือกทั้งคู่


นักฟิสิกส์ที่ภาคอุตสาหกรรมต้องการ


รางวัล การประยุกต์ด้านฟิสิกส์เพื่ออุตสาหกรรม ประจำปี 2012 (Price for Industrial Applications of Physics)


รางวัล การประยุกต์ด้านฟิสิกส์เพื่ออุตสาหกรรม ประจำปี 2010 (Price for Industrial Applications of Physics)


บทความทั้งหมด