用于可见光高速通信的LED灯具.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 104295969 A (43)申请公布日 2015.01.21 CN 104295969 A (21)申请号 201410588513.9 (22)申请日 2014.10.28 F21S 2/00(2006.01) F21V 19/00(2006.01) F21V 29/506(2015.01) F21V 29/508(2015.01) F21V 29/70(2015.01) H01L 27/15(2006.01) F21Y 101/02(2006.01) (71)申请人 江苏新广联光电股份有限公司 地址 214192 江苏省无锡市锡山经济开发区 团结北路 18 号。

2、 (72)发明人 张琦 黄慧诗 (74)专利代理机构 无锡市大为专利商标事务所 ( 普通合伙 ) 32104 代理人 曹祖良 张涛 (54) 发明名称 用于可见光高速通信的 LED 灯具 (57) 摘要 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。

3、 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。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 6 页 附图 2 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书6页 附图2页 (10)申请公布号 CN 104295969 A CN 104295969 A 1/1 页 2 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。

4、） ， 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。

5、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 。

6、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 。

7、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 LE。

8、D 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。 权 利 要 求 书 CN 104295969 A 2 1/6 页 3 用于可见光高速通信的 LED 灯具 技术领域 0001 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 0002 自2000年可见光通信的概。

9、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 0003 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。

10、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。 0004 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。 0005 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 Ga。

11、N 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。 0006 所述衬底采用蓝宝石衬底， 绝缘层为二氧化硅层。 0007 所述 PN。

12、 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。 0008 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。 0009 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 说 明 书 CN 104295969 A 3 2/6 页 4 作电源， 并能 LED 光源的工作电流进行调制。 00。

13、10 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。 0011 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 0012 图 1 为本发明的立体图。 0013 图 2 为本发明的剖视图。 0014 图 3。

14、 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。 0015 图 4 为本发明高压封装的剖视图。 0016 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 0017 下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。 0018 如。

15、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。 0019 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。

16、行可见光通信的带宽。 0020 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。 0021 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。

17、 10 位于基板 7 的正下方。 0022 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。 0023 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 说 明 书 CN 104295969 A 4 3/6 页 5 设有面罩 1， 所述散热器 4 与面罩 1 间设有导光。

18、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。 0024 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。 0025 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。

19、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。 0026 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。

20、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。 0027 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。

21、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。 0028 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。

22、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。 0029 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。

23、 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。 0030 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 。

24、接。 说 明 书 CN 104295969 A 5 4/6 页 6 0031 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。 。

25、0032 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。 0033 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。

26、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。 0034 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 ： 0035 1)、 二进制编码 (n 1) 0036 序号光源亮度占比对应编码 11001 200 0037 2)、 四进制编码 (n 2) 0038 序号光源亮度占比对应编码 11003 2702 3301 400 0039 3)、 八进制编。

27、码 (n 3) 0040 序号光源亮度占比对应编码 11007 说 明 书 CN 104295969 A 6 5/6 页 7 2856 3705 4554 5403 6252 7101 800 0041 4)、 十六进制编码 (n 4) 0042 序号光源亮度占比对应编码 1100F 295E 385D 480C 570B 665A 7559 8508 9407 10356 11255 12204 13153 14102 说 明 书 CN 104295969 A 7 6/6 页 8 1551 1600 0043 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。

28、应 的多阶电流调制编码。 0044 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。 说 明 书 CN 104295969 A 8 1/2 页 9 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 104295969 A 9 2/2 页 10 图 3 图 4 说 明 书 附 图 CN 104295969 A 10 。