—— 從 LED 聊到 Super AMOLED

萬物基于 MIUI LED

LED 是一項非常古老的技術捞慌，如果我們追溯其起源，可以到達五十多年前的 1961 年柬批。今天已經(jīng)是世界第三大半導體制造商德州儀器（Texas Instruments）的兩位研究員 Robert Biard 和 Gary Pittman 首次發(fā)現(xiàn)了基于砷化鎵的半導體材料能夠放射出紅外線啸澡。次年袖订，通用電氣公司的（General Electiric Company）的 Nick Holonyak 制造出了首個可以發(fā)出可見光的 LED。

LED嗅虏，Light-Emitting Diode 即「發(fā)光二極管」究其本質(zhì)當然是一種?能發(fā)光的半導體洛姑。二極管的基本特性簡單來理解是說當電流從一個方向流過時，能夠很正常的導通皮服。但從反方向流過時楞艾，會受到較大的電阻，只能產(chǎn)生微弱的電流龄广。然而這樣的特性對于發(fā)光特性并沒有什么直接的聯(lián)系硫眯。那 LED 為什么會成為一項主流的發(fā)光技術呢？那我們應該和另一項我們常見的發(fā)光技術來比較發(fā)光原理择同，那就是鎢絲燈泡或鹵素燈泡（鎢鹵燈泡）两入。

電燈泡的基本原理是根據(jù)了黑體輻射理論（非常有意思的是黑體輻射理論作為量子力學的一部分提出在燈泡發(fā)明后的一百余年），物體在不同溫度下能發(fā)出不同頻率的光奠衔，當溫度小的時候通常是肉眼不可見的紅外線谆刨，而溫度高了之后就能發(fā)出可見光了（比如我們看到打鐵的時候鐵塊會發(fā)出紅光）。這樣的燈泡首先首先體積不小归斤，其次溫度很高痊夭，更糟糕的是，白熾燈只有少于 10% 的能量會成為光脏里，發(fā)光效率非常低下她我。

而 LED 由半導體材料組成，當電流從陽極（p極）流向陰極（n極）的時候迫横，電子會跌落到較低能階的軌道上番舆，多出的能量會以電磁波（光子）的形式被釋出。這樣從理論上是發(fā)光效率極高的矾踱，因為少掉的能量幾乎都變成了放出的電磁波恨狈。而我們只需要讓放出的電磁波是可見光波段我們即可實現(xiàn)發(fā)光的作用了。體積呛讲、工作溫度禾怠、發(fā)光效率都能遠超電燈泡。

對于 LED 的發(fā)展事實上只有一個問題需要考慮贝搁，那就是半導體的材料吗氏。材料決定了發(fā)出了光的頻率即顏色。如今人們發(fā)現(xiàn)的 LED 無機材料已經(jīng)超過了 20 多種雷逆。

把不要顯示的東西遮住弦讽，液晶顯示器（LCD）的基本原理

LED 的最經(jīng)典的應用當然不是各種信號燈之類，而是是現(xiàn)在普遍使用的液晶顯示器（LCD）了膀哲。LED 技術的出現(xiàn)意味著我們可以做出比起 CRT（陰極射線管）那樣要遠距離開槍發(fā)光的屏幕更薄更小的屏幕了往产。然而要利用 LED 做屏幕我們有幾個非常關鍵的問題要解決被碗。首先，LED 的成本并不低仿村，如果我們?yōu)槊總€像素都配上紅綠藍三個 LED 這將變得非常昂貴蛮放。但如果我們不這么做的話是無法發(fā)出任何合成光的，至少奠宜，LED 發(fā)的光都是單色光包颁，而像白色這樣的光都是合成光，是無法實現(xiàn)的压真。

讀到這里的有些同學可能就要產(chǎn)生疑問了娩嚼，既然如此，那我們平時看到商場里賣的白色 LED 燈泡又是怎么做的呢滴肿？事實上岳悟，現(xiàn)在我們看到的白光 LED 是藍色或者紫外 LED，然后在燈泡內(nèi)壁上涂上能吸收藍光或紫外線發(fā)出紅光綠光藍光的熒光劑泼差，從而發(fā)出紅綠藍的混合光贵少，即白光。這時候我們就有個很大的消耗堆缘，就是熒光劑轉(zhuǎn)換光的顏色的過程中會浪費一部分能量滔灶，所以我們看到白色 LED 的發(fā)熱相比其他顏色還是要高一點的。

除了利用熒光發(fā)出白光的 LED 的技術的發(fā)明吼肥，另一項重要的技術也是 LCD 發(fā)明的重要步驟录平，那就是液晶（Liquid Crystal）。液晶存在一個特殊的性質(zhì)就是它的液晶相能改變偏光性缀皱。

簡單的你可以認為斗这，一束光含有非常多的小的光子，每個光子在向前運動過程中啤斗，自身還會沿著某個隨機的方向發(fā)生小的振動表箭。而透過一片液晶后，橫向振動的正常通過了钮莲；垂直振動的撞在了液晶上免钻，能量被液晶吸收放出了熱能，無法通過臂痕；斜著振動的伯襟，垂直部分的能量被吸收猿涨，而橫向的能量保持握童，繼續(xù)通過了液晶。從宏觀的角度來看叛赚，亮度減少了一半澡绩。而如果連續(xù)通過兩個液晶稽揭，而他們能通過的方向是正好垂直的，那么 100% 的光都可以被吸收肥卡，完全不發(fā)光溪掀。

而液晶本身對電信號敏感，意味著我們能通過通電來改變液晶的方向步鉴，從而很容易地控制哪些光應該被遮住哪些應該被通過揪胃。屏幕上其實是有兩塊液晶構(gòu)成的，第一塊就是單純只讓一個方向的光通過氛琢，而第二層由電信號控制喊递，來決定透過多少光，顯示一個多亮的東西阳似。

LCD 顯示器是由一塊白色的 LED 背光骚勘，一片液晶和一片被電信號控制的液晶組成的。彩色的 LCD 顯示器就是在背光上再貼上紅色綠色藍色的貼紙撮奏，來精確控制每個顏色的亮度而已俏讹。然而事實上，這種能量損耗是驚人的畜吊。首先 LED 由藍色變成白色需要損失一部分能量泽疆，再貼上三色的貼紙又要損失 66% 的能量，通過一片液晶又會損失 50% 的能量玲献。所以最下面的 LED 背光需要非常亮才行于微。

盡管如此，這項技術隨著時間的發(fā)展已經(jīng)變得非常成熟青自，顯示效果非常地好株依。直到智能手機發(fā)明后的好一段時間大家發(fā)現(xiàn)，手機的主要耗電都放在了屏幕上延窜，而手機的電池又不那么夠用恋腕。我們急需一項新技術來改進我們顯示的功耗。

OLED —— 更低的成本逆瑞，更大的應用可能

我們之前說到 LED 決定顏色的主要關鍵在于材料荠藤，但我之前也說我們發(fā)現(xiàn)了超過 20 種無機材料，無機材料簡單來說就是一些合金获高，組合的數(shù)量其實很少哈肖，可供選擇的改進很少，已有的選項生產(chǎn)成本都不低念秧。然而這時候我們需要談到一個人淤井，他叫做鄧青云，他出生于英屬香港，后在英屬哥倫比亞大學得到化學理學士學位币狠，后進入康奈爾大學獲得物理化學博士學位游两，之后于 1975 年進入柯達公司 Rochester 實驗室工作。在實驗中意外發(fā)現(xiàn)了一些有機材料也可以成為這樣的材料漩绵。OLED 使用了有機化合物作為半導體材料贱案，工藝簡單、成本低廉甚至還能用印刷方式制造止吐。這意味著我們可以用 OLED 印刷出一個大面積的發(fā)光面宝踪。

這些特性都是傳統(tǒng) LED 沒有的。我們用紅色碍扔、綠色肴沫、藍色的 OLED 通過印刷方法就能得到一個很大的屏幕，通過電信號單獨控制每個燈蕴忆，我們就能精確發(fā)出光的亮度颤芬。在顯示黑色的時候耗能幾乎是 0，發(fā)光不透過彩色貼紙套鹅、不透過液晶站蝠、沒有熒光粉，簡直就是我們繼續(xù)要找的這么一款用來做手機顯示器的卓越材料卓鹿。

下篇預告

• AMOLED 與 PMOLED 的區(qū)別在于有沒有 TFT（我并沒有在開玩笑）
• Super AMOLED 與 OGS菱魔、InCell、OnCell
• 拜耳陣列與 Pentile 排列的發(fā)展