[发明专利]一种提高LED可见光通讯带宽的方法

说明书

本发明公开了一种提高LED可见光通讯带宽的方法，包括如下步骤：(1)通过超分子组装或孔道负载将一种或多种发光速率大于0.1ns^‑1的荧光分子组装于框架基材，形成发光复合材料；(2)将上述发光复合材料与LED芯片复合以构造形成白光LED用于可见光通讯。本发明通过化学方法合成发光速率快、量子产率高的荧光粉材料，取代商业LED目前所使用的稀土荧光粉，提高LED的响应频率，进而加快基于LED的可见光通讯速率。

技术领域

本发明属于可见光通讯技术领域，具体涉及一种提高LED可见光通讯带宽的方法。

背景技术

可见光通讯(Visible Light Communication-VLC)是21世纪初提出的一种基于LED的通讯技术。VLC通过把数据信号以电压信号的形式加载到LED的工作电路上，控制LED以特定的频率增强或者减弱发光，实现信号传递。

目前商品化的通讯设备广泛使用基于频率在GHz的无线电波的通讯技术(比如WiFi和蓝牙)，其在固定的通讯带宽下所能容纳的互不干扰的子信道数有限。同时GHz无线电波的通讯带宽受其本征频率限制很难进一步提高，越来越不能满足对通讯速率的需求。此外，手术室、飞机和海底等重要场所的通讯应用也因为无线电波技术的强电磁干扰、大功耗和无方向性等缺点而受到限制。

可见光的频率范围在400-800THz，是无线电波频率的10000倍以上。因此可见光通讯技术与现行的无线电波通讯技术相比具有更高的容量，可以允许更宽的带宽，并且数据可以并行传输，效率更高。随着白光LED在照明中的普遍使用，VLC的应用有了为数众多的潜在热点，相比于只能建设基站获取信号的WiFi技术更具低成本和方便快捷的优势。VLC与WiFi技术相比没有电磁波干扰，并且由于可见光覆盖范围局域化的特点，使信息安全能得到更大的保障。但是，目前商品化的白光LED的响应频率被基于稀土发光的荧光粉的发光速率限制，制约了可见光通讯的带宽。比如目前广泛使用的铈掺杂的钇铝石榴石(YAG-Ce)，其发光寿命在200ns，理论上在无附加带宽调制电路的情况下可支持的通信带宽为0.8MHz。如果通过改变荧光粉的化学组成，获得发光速率更快的荧光粉，就可以解除荧光粉对VLC系统中的白光LED响应速率的限制，提高带宽，实现更快的数据传输。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术缺陷，提供一种提高LED可见光通讯带宽的方法。

本发明的技术方案如下：

一种提高LED可见光通讯带宽的方法，包括如下步骤：

(1)通过超分子组装或孔道负载将一种或多种发光速率大于0.1ns^-1的荧光分子组装于框架基材，形成发光复合材料，上述框架基材包括多孔载体材料以及可制备为溶液和悬浊液的一维和二维的高分子材料；

(2)将上述发光复合材料与LED芯片复合以构造形成白光LED用于可见光通讯。

在本发明的一个优选实施方案中，所述多孔载体材料包括分子筛、介孔硅、氧化铝、活性炭和金属有机框架。

进一步优选的，所述金属有机框架为以4，4’-(9，10-二苯蒽)二甲酸为配体，与金属铝离子合成的纳米金属有机框架。

在本发明的一个优选实施方案中，所述高分子材料包括纤维素、可溶性高分子、碳纳米管、石墨烯和金属有机薄层。

进一步优选的，所述金属有机薄层的金属节点为六核金属锆簇。

在本发明的一个优选实施方案中，所述荧光分子包括发光速率快于0.1ns^-1的四苯乙烯及其衍生物、罗丹明及其衍生物、荧光黄及其衍生物、香豆素及其衍生物和聚集诱导发光分子。

进一步优选的，所述聚集诱导发光分子包括1，1，2，2-四(1，1′-联苯)-乙烯-4′，4″，4″′，4″″-四甲酸。