—— 從 LED 聊到 Super AMOLED
萬物基于 MIUI LED
LED 是一項非常古老的技術，如果我們追溯其起源，可以到達五十多年前的 1961 年。今天已經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 首次發現了基于砷化鎵的半導體材料能夠放射出紅外線。次年，通用電氣公司的（General Electiric Company）的 Nick Holonyak 制造出了首個可以發出可見光的 LED。
LED，Light-Emitting Diode 即「發光二極管」究其本質當然是一種?能發光的半導體。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。但從反方向流過時，會受到較大的電阻，只能產生微弱的電流。然而這樣的特性對于發光特性并沒有什么直接的聯系。那 LED 為什么會成為一項主流的發光技術呢？那我們應該和另一項我們常見的發光技術來比較發光原理，那就是鎢絲燈泡或鹵素燈泡（鎢鹵燈泡）。
電燈泡的基本原理是根據了黑體輻射理論（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明后的一百余年），物體在不同溫度下能發出不同頻率的光，當溫度小的時候通常是肉眼不可見的紅外線，而溫度高了之后就能發出可見光了（比如我們看到打鐵的時候鐵塊會發出紅光）。這樣的燈泡首先首先體積不小，其次溫度很高，更糟糕的是，白熾燈只有少于 10% 的能量會成為光，發光效率非常低下。
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，電子會跌落到較低能階的軌道上，多出的能量會以電磁波（光子）的形式被釋出。這樣從理論上是發光效率極高的，因為少掉的能量幾乎都變成了放出的電磁波。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發光的作用了。體積、工作溫度、發光效率都能遠超電燈泡。
對于 LED 的發展事實上只有一個問題需要考慮，那就是半導體的材料。材料決定了發出了光的頻率即顏色。如今人們發現的 LED 無機材料已經超過了 20 多種。
把不要顯示的東西遮住，液晶顯示器（LCD）的基本原理
LED 的最經典的應用當然不是各種信號燈之類，而是是現在普遍使用的液晶顯示器（LCD）了。LED 技術的出現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光的屏幕更薄更小的屏幕了。然而要利用 LED 做屏幕我們有幾個非常關鍵的問題要解決。首先，LED 的成本并不低，如果我們為每個像素都配上紅綠藍三個 LED 這將變得非常昂貴。但如果我們不這么做的話是無法發出任何合成光的，至少，LED 發的光都是單色光，而像白色這樣的光都是合成光，是無法實現的。
讀到這里的有些同學可能就要產生疑問了，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？事實上，現在我們看到的白光 LED 是藍色或者紫外 LED，然后在燈泡內壁上涂上能吸收藍光或紫外線發出紅光綠光藍光的熒光劑，從而發出紅綠藍的混合光，即白光。這時候我們就有個很大的消耗，就是熒光劑轉換光的顏色的過程中會浪費一部分能量，所以我們看到白色 LED 的發熱相比其他顏色還是要高一點的。
除了利用熒光發出白光的 LED 的技術的發明，另一項重要的技術也是 LCD 發明的重要步驟，那就是液晶（Liquid Crystal）。液晶存在一個特殊的性質就是它的液晶相能改變偏光性。
簡單的你可以認為，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，自身還會沿著某個隨機的方向發生小的振動。而透過一片液晶后，橫向振動的正常通過了；垂直振動的撞在了液晶上，能量被液晶吸收放出了熱能，無法通過；斜著振動的，垂直部分的能量被吸收，而橫向的能量保持，繼續通過了液晶。從宏觀的角度來看，亮度減少了一半。而如果連續通過兩個液晶，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，完全不發光。
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，從而很容易地控制哪些光應該被遮住哪些應該被通過。屏幕上其實是有兩塊液晶構成的，第一塊就是單純只讓一個方向的光通過，而第二層由電信號控制，來決定透過多少光，顯示一個多亮的東西。
LCD 顯示器是由一塊白色的 LED 背光，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，來精確控制每個顏色的亮度而已。然而事實上，這種能量損耗是驚人的。首先 LED 由藍色變成白色需要損失一部分能量，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。所以最下面的 LED 背光需要非常亮才行。
盡管如此，這項技術隨著時間的發展已經變得非常成熟，顯示效果非常地好。直到智能手機發明后的好一段時間大家發現，手機的主要耗電都放在了屏幕上，而手機的電池又不那么夠用。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，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，但我之前也說我們發現了超過 20 種無機材料，無機材料簡單來說就是一些合金，組合的數量其實很少，可供選擇的改進很少，已有的選項生產成本都不低。然而這時候我們需要談到一個人，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，后進入康奈爾大學獲得物理化學博士學位，之后于 1975 年進入柯達公司 Rochester 實驗室工作。在實驗中意外發現了一些有機材料也可以成為這樣的材料。OLED 使用了有機化合物作為半導體材料，工藝簡單、成本低廉甚至還能用印刷方式制造。這意味著我們可以用 OLED 印刷出一個大面積的發光面。
這些特性都是傳統 LED 沒有的。我們用紅色、綠色、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，我們就能精確發出光的亮度。在顯示黑色的時候耗能幾乎是 0，發光不透過彩色貼紙、不透過液晶、沒有熒光粉，簡直就是我們繼續要找的這么一款用來做手機顯示器的卓越材料。
下篇預告
- AMOLED 與 PMOLED 的區別在于有沒有 TFT（我并沒有在開玩笑）
- Super AMOLED 與 OGS、InCell、OnCell
- 拜耳陣列與 Pentile 排列的發展
