CN104295969A - 用于可见光高速通信的led灯具 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种LED灯具，尤其是一种用于可见光高速通信的LED灯具，属于LED可见光通信的技术领域。按照本发明提供的技术方案，所述用于可见光高速通信的LED灯具，包括灯罩以及位于所述灯罩内的基板，所述基板上设置若干用于可见光通信的LED光源，所述LED光源采用RGB-LED光源，LED光源内的红光LED芯片、蓝光LED芯片以及绿光LED芯片均采用高压芯片封装结构。本发明结构紧凑，提升了LED灯的光效，提高了通信带宽，能满足高速通信的要求，适应范围广，安全可靠。
Description
技术领域
本发明涉及一种LED灯具，尤其是一种用于可见光高速通信的LED灯具，属于LED可见光通信的技术领域。
背景技术
自2000年可见光通信的概念出现至今，实验室已经实现利用白光LED作为光源同时满足照明与通信的要求。与其他光源相比，白光LED具有更高的调制带宽，更有利于实现高速通信。目前，用于可见光通信灯具的LED白光光源是PC-LED(蓝光LED芯片表面涂覆黄色荧光粉产生白光)，通过对电源电流调制使LED灯具产生明暗变化，产生可用于通讯的二进制0、1信号。采用此方法的LED灯具通讯速度一般只能达到几个Mb/S，难以满足高速通信的要求。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种用于可见光高速通信的LED灯具，其结构紧凑，提升了LED灯的光效，提高了通信带宽，能满足高速通信的要求，适应范围广，安全可靠。
按照本发明提供的技术方案，所述用于可见光高速通信的LED灯具，包括灯罩以及位于所述灯罩内的基板，所述基板上设置若干用于可见光通信的LED光源，所述LED光源采用RGB-LED光源，LED光源内的红光LED芯片、蓝光LED芯片以及绿光LED芯片均采用高压芯片封装结构。
所述采用高压芯片封装结构的蓝光LED芯片或绿光LED芯片包括衬底以及位于所述衬底上的若干N型GaN层，衬底上的相邻N型GaN层通过隔离槽相隔离，所述N型GaN层上设置有多层量子阱，所述多层量子阱上设置P型GaN层，在P型GaN层上设置电流扩展层，所述电流扩展层上覆盖有绝缘层，所述绝缘层填充在隔离槽内；在衬底的上方设置P打线电极与N打线电极，所述P打线电极与N打线电极分别位于外侧的N型GaN层上方，P打线电极与下方对应的电流扩展层电连接，N打线电极与下方对应的N型GaN层电连接；填充有绝缘层的隔离槽内设置有PN互连电极层，以通过PN互连电极层将衬底上的多个芯片串接成高压芯片。
所述衬底采用蓝宝石衬底，绝缘层为二氧化硅层。
所述PN互连电极层支撑在绝缘层上，PN互连电极层的一端与隔离槽一侧的N型GaN层电连接，PN互连电极层的另一端与隔离槽另一侧的N型GaN层上方的电流扩展层电连接。
所述灯罩采用散热器，所述散热器的底端设有面罩，所述散热器与面罩间设有导光板，所述导光板位于基板的正下方。
所述散热器外的顶端设置驱动调制电源，所述驱动调制电源通过电源支架安装在散热器外的顶端，散热器的外壁具有若干散热翅片；所述驱动调制电源提供LED光源的工作电源，并能LED光源的工作电流进行调制。
所述驱动调制电源对LED光源的电流进行2n(n为大于1的整数)阶的调制，以得到在可见光通信中的多阶信号。
本发明的优点：灯罩内的LED光源采用RGB-LED光源，且RGB-LED光源中，红光LED芯片、蓝光LED芯片以及绿光LED芯片采用高压芯片的封装结构，从而能够有效提高可见光通信中的带宽，提高可见光通信的响应速率，对LED光源采用多阶电流调制，提高可见光通信中的传输信息容量以及通信速率，结构紧凑，适应范围广，安全可靠。
附图说明
图1为本发明的立体图。
图2为本发明的剖视图。
图3为本发明蓝光LED芯片或绿光LED芯片的高压封装的结构示意图。
图4为本发明高压封装的剖视图。
附图标记说明：1-面罩、2-弹簧卡扣、3-驱动调制电源、4-散热器、5-定位圈、6-电源支架、7-基板、8-导热胶、9-LED光源、10-导光板、11-衬底、12-N型GaN层、13-多层量子阱、14-P型GaN层、15-电流扩展层、16-绝缘层、17-P打线电极、18-PN互连电极层以及19-N打线电极。
具体实施方式
下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1和图2所示：为了提升了LED灯的光效，提高了通信带宽，能满足高速通信的要求，本发明包括灯罩以及位于所述灯罩内的基板7，所述基板7上设置若干用于可见光通信的LED光源9，所述LED光源9采用RGB-LED光源，LED光源9内的红光LED芯片、蓝光LED芯片以及绿光LED芯片均采用高压芯片封装结构。
具体地，采用RGB-LED(红、绿、蓝三色LED芯片进行混色形成白光)作为灯具的光源，克服了现有PC-LED(蓝色芯片需要激发黄色荧光粉产生白光)响应速率慢的问题，提升了LED灯具进行可见光通信的带宽。
本发明实施例中，RGB-LED光源中包含红光LED芯片、蓝光LED芯片以及绿光LED芯片，其中，红光LED芯片、蓝光LED芯片以及绿光LED芯片可以分别由更小单元的微芯片串联而成，采用集成封装的方式形成高压芯片。高压芯片与普通电压的芯片相比，可降低流过每颗微芯片的电流，电流可均匀扩撒致每个微芯片，降低了寄生电容，提升芯片的光效，进一步提升了LED灯具在可见光通信中的带宽。
所述灯罩采用散热器4，所述散热器4的底端设有面罩1，所述散热器4与面罩1间设有导光板10，所述导光板10位于基板7的正下方。
所述散热器4外的顶端设置驱动调制电源3，所述驱动调制电源3通过电源支架6安装在散热器4外的顶端，散热器4的外壁具有若干散热翅片；所述驱动调制电源3提供LED光源9的工作电源，并能LED光源9的工作电流进行调制。
本发明实施例中，通过驱动调制电源3能与外部交流电连接，当驱动调制电源3与外部交流电连接后，能为基板7上的LED光源9提供工作所需的电压。所述散热器4的底端设有面罩1，所述散热器4与面罩1间设有导光板10。散热器4呈罩状，面罩1呈平板状，以散热器4构成的筒灯为例进行说明，当然，形成的灯具结构还可以采用形式的，具体不再列举。
所述面罩1上设置竖直向上分布的定位圈5，散热器4位于定位圈5内，散热器4利用定位圈5与面罩1安装固定。导光板10能对LED光源9发出的光线进行导光输出，避免产生炫目等，导光板10位于散热器4的端部，且位于散热器4与面罩1之间，导光板10也位于定位圈5内。
所述散热器4上设置对称分布的弹簧卡扣2。通过弹簧卡扣2能够将整个灯具安装固定在所需的位置，利用弹簧卡扣2进行安装固定，为本技术领域常用的技术手段，弹簧卡扣2的具体结构为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。
所述驱动调制电源3通过电源支架6安装在散热器4外的顶端，散热器4的外壁具有若干散热翅片。通过散热翅片能提高散热器4的散热面积，提高散热效率，确保对LED光源9的散热效果。所述基板7采用铝基板，基板7与散热器4内的底壁间设置有导热胶8。基板7采用铝基板，使得具有较好的散热效果，此外，基板7还可以采用常用的其他材料。导热胶8能将基板7上的热量及时有效地传导到散热器4上，通过散热器4上的翅片结构进行散热，确保LED光源9的工作稳定性与可靠性。
如图3和图4所示，所述采用高压芯片封装结构的蓝光LED芯片或绿光LED芯片包括衬底11以及位于所述衬底11上的若干N型GaN层12，衬底11上的相邻N型GaN层12通过隔离槽相隔离，所述N型GaN层12上设置有多层量子阱13，所述多层量子阱13上设置P型GaN层14，在P型GaN层14上设置电流扩展层15，所述电流扩展层15上覆盖有绝缘层16，所述绝缘层16填充在隔离槽内；在衬底11的上方设置P打线电极17与N打线电极19，所述P打线电极17与N打线电极19分别位于外侧的N型GaN层12上方，P打线电极17与下方对应的电流扩展层15电连接，N打线电极19与下方对应的N型GaN层12电连接；填充有绝缘层16的隔离槽内设置有PN互连电极层18，以通过PN互连电极层18将衬底11上的多个芯片串接成高压芯片。
本发明实施例中，蓝光LED芯片或绿光LED芯片的结构相同，仅仅是多层量子阱13的不同，可以设置多层量子阱13来得到蓝光ED芯片或绿光LED芯片，具体为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。此外，红光LED芯片的结构与蓝光LED芯片以及绿光LED芯片的结构不同，但只要能将多个红光LED芯片串接成高压芯片封装即可，此处不再一一列举。
图3和图4中示出了，三个蓝光LED芯片或三个绿光LED芯片的串接封装结构，当采用多个蓝光LED芯片或绿光LED芯片的结构时，进行上述扩展即可。在衬底11上每个LED芯片的结构通过隔离槽进行隔离，绝缘层16填充在隔离槽内，并将每个LED芯片的结构进行覆盖，即绝缘层16将电流保护层15、P型GaN层14、多层量子阱13以及N型GaN层12的外圈进行覆盖。此外，相邻的N型GaN层12还通过绝缘层16进行绝缘隔离。
本发明实施例中，无论采用多少个LED芯片的串接形成高压芯片，在衬底11上只需要设置一个P打线电极17以及一个N打线电极19。在设置P打线电极17的下方设置贯通绝缘层16的开口，P打线电极17通过开口与电流扩展层15电连接；同时，在设置N打线电极19的下方设置贯通绝缘层16的开口，N打线电极19通过开口与N型GaN层12电连接。
一般地，P打线电极17与N打线电极19分别位于衬底11上方的外侧，图3和图4中，P打线电极17位于衬底11上最左侧的N型GaN层12上方，N打线电极19位于衬底11上最右侧的N型GaN层上；PN互连电极层18位于P打线电极17与N打线电极19之间，相邻的LED芯片间通过PN互连电极层18电连接，以将衬底11上形成的多个蓝光LED芯片或绿光LED芯片相互串接成一体，形成所需的高压芯片。
进一步地，所述衬底11采用蓝宝石衬底，绝缘层16为二氧化硅层。所述PN互连电极层18支撑在绝缘层16上，PN互连电极层18的一端与隔离槽一侧的N型GaN层12电连接，PN互连电极层18的另一端与隔离槽另一侧的N型GaN层12上方的电流扩展层15电连接。
所述驱动调制电源3对LED光源9的电流进行2n(n为大于1的整数)阶的调制，以得到在可见光通信中的多阶信号。本发明实施例中，驱动调制电源3使LED光源9的工作电流进行调制，以使得LED光源9发出不同亮度的光线，将不同的亮度进行分阶，与传统的二进制信号调制相比，多阶信号调制在单位时间传输的信息容量更大。采用此方法，可以提高LED灯具的带宽，极大提高LED灯具的通讯速率，可以达到500Mb/S以上。
对LED光源9进行调流调制的不同，即n取不同值时，相应的编码情况，可以参考下述表格，具体地：
1)、二进制编码(n＝1)
| 序号 | 光源亮度占比 | 对应编码 |
| 1 | 100 | 1 |
| 2 | 0 | 0 |
2)、四进制编码(n＝2)
| 序号 | 光源亮度占比 | 对应编码 |
| 1 | 100 | 3 |
| 2 | 70 | 2 |
| 3 | 30 | 1 |
| 4 | 0 | 0 |
3)、八进制编码(n＝3)
| 序号 | 光源亮度占比 | 对应编码 |
| 1 | 100 | 7 |
| 2 | 85 | 6 |
| 3 | 70 | 5 |
| 4 | 55 | 4 |
| 5 | 40 | 3 |
| 6 | 25 | 2 |
| 7 | 10 | 1 |
| 8 | 0 | 0 |
4)、十六进制编码(n＝4)
| 序号 | 光源亮度占比 | 对应编码 |
| 1 | 100 | F |
| 2 | 95 | E |
| 3 | 85 | D |
| 4 | 80 | C |
| 5 | 70 | B |
| 6 | 65 | A |
| 7 | 55 | 9 |
| 8 | 50 | 8 |
| 9 | 40 | 7 |
| 10 | 35 | 6 |
| 11 | 25 | 5 |
| 12 | 20 | 4 |
| 13 | 15 | 3 |
| 14 | 10 | 2 |
| 15 | 5 | 1 |
| 16 | 0 | 0 |
对于n取其他值时，可以根据上述的情况进行类推，以此类推可得到2n进制对应的多阶电流调制编码。
本发明灯罩内的LED光源9采用RGB-LED光源，且RGB-LED光源中，红光LED芯片、蓝光LED芯片以及绿光LED芯片采用高压芯片的封装结构，从而能够有效提高可见光通信中的带宽，提高可见光通信的响应速率，对LED光源9采用多阶电流调制，提高可见光通信中的传输信息容量以及通信速率，结构紧凑，适应范围广，安全可靠。
Claims (7)
1.一种用于可见光高速通信的LED灯具，其特征是：包括灯罩以及位于所述灯罩内的基板（7），所述基板（7）上设置若干用于可见光通信的LED光源（9），所述LED光源（9）采用RGB-LED光源，LED光源（9）内的红光LED芯片、蓝光LED芯片以及绿光LED芯片均采用高压芯片封装结构。
2.根据权利要求1所述的用于可见光高速通信的LED灯具，其特征是：所述采用高压芯片封装结构的蓝光LED芯片或绿光LED芯片包括衬底（11）以及位于所述衬底（11）上的若干N型GaN层（12），衬底（11）上的相邻N型GaN层（12）通过隔离槽相隔离，所述N型GaN层（12）上设置有多层量子阱（13），所述多层量子阱（13）上设置P型GaN层（14），在P型GaN层（14）上设置电流扩展层（15），所述电流扩展层（15）上覆盖有绝缘层（16），所述绝缘层（16）填充在隔离槽内；在衬底（11）的上方设置P打线电极（17）与N打线电极（19），所述P打线电极（17）与N打线电极（19）分别位于外侧的N型GaN层（12）上方，P打线电极（17）与下方对应的电流扩展层（15）电连接，N打线电极（19）与下方对应的N型GaN层（12）电连接；填充有绝缘层（16）的隔离槽内设置有PN互连电极层（18），以通过PN互连电极层（18）将衬底（11）上的多个芯片串接成高压芯片。
3.根据权利要求2所述的用于可见光高速通信的LED灯具，其特征是：所述衬底（11）采用蓝宝石衬底，绝缘层（16）为二氧化硅层。
4.根据权利要求2所述的用于可见光高速通信的LED灯具，其特征是：所述PN互连电极层（18）支撑在绝缘层（16）上，PN互连电极层（18）的一端与隔离槽一侧的N型GaN层（12）电连接，PN互连电极层（18）的另一端与隔离槽另一侧的N型GaN层（12）上方的电流扩展层（15）电连接。
5.根据权利要求1所述的用于可见光高速通信的LED灯具，其特征是：所述灯罩采用散热器（4），所述散热器（4）的底端设有面罩（1），所述散热器（4）与面罩（1）间设有导光板（10），所述导光板（10）位于基板（7）的正下方。
6.根据权利要求5所述的用于可见光高速通信的LED灯具，其特征是：所述散热器（4）外的顶端设置驱动调制电源（3），所述驱动调制电源（3）通过电源支架（6）安装在散热器（4）外的顶端，散热器（4）的外壁具有若干散热翅片；所述驱动调制电源（3）提供LED光源（9）的工作电源，并能LED光源（9）的工作电流进行调制。
7.根据权利要求6所述的用于可见光高速通信的LED灯具，其特征是：所述驱动调制电源（3）对LED光源（9）的电流进行2n（n为大于1的整数）阶的调制，以得到在可见光通信中的多阶信号。
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- 2014-10-28 CN CN201410588513.9A patent/CN104295969A/zh active Pending
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20150121 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |