CN112635512A - 一种可见光通信led器件 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可见光通信LED器件,通过将多个微阵列可单独寻址的LED芯片集成在一起,多个LED芯片分成不同光色的LED芯片区域,利用不同区域的芯片明暗交替,来实现信号识别的。LED器件由R、G、B区和白光区四个部分的芯片组成,R、G、B区分别为红色、绿色、蓝色的N×N微阵列LED阵列芯片,单个芯片尺寸限制在100‑200um之间,具有优越调制特性;白光区为大功率RGB白光LED芯片。利用通断键控制和脉冲宽度调制技术,不同区域的微阵列LED明暗交替变化,耦合出不同的光,经接收端光电探测器识别,可用于实现高速、稳定的可见光系统。本发明具有高调制带宽,同时能满足通信和照明功能。

Description

一种可见光通信LED器件
技术领域
本发明涉及可见光通信技术领域,具体涉及一种可见光通信LED器件。
背景技术
LED作为一种新型的绿色固态光源,相比于传统的白炽灯和节能灯,具有功耗小、寿命长等优异特性,在照明领域拥有强大的竞争力,其影响也已渗透到全球经济、科技的各个领域,给人类生活带来了天翻地覆的变化。
固态照明的普及推动了可见光通信的发展,利用LED响应速度快、易调制的特性,通信、照明两用的LED具有广阔的应用前景。相比于传统的无线电通信,可见光通信以光为传输媒介,安全性好、抗电磁干扰性强、通信速率高、频谱资源丰富,且白光与射频信号互不干扰,可以和无线通信网络共存与兼容。
发明内容
有鉴于此,本发明的目的在于提出一种具有高调制带宽、同时满足通信、照明功能的可见光通信LED器件。
本发明通过以下技术手段实现上述目的:
一种可见光通信LED器件,通过将多个微阵列可单独寻址的LED芯片集成在一起,多个LED芯片分成不同光色的LED芯片区域,利用不同区域的芯片明暗交替,来实现信号识别。
作为优选地,所述可见光通信LED器件包括四块不同的LED芯片区域,分别为红光微阵列LED R区、绿光微阵列LED G区、蓝光微阵列LED B区和白光LED RGB区。
作为优选地,R区所选用的芯片为N×N矩阵寻址阵列的微阵列LED,每两行2N个微型LED单元的p电极进行电极互联,所有微型LED单元共同引出n电极。
作为优选地,R、G、B区所选用的芯片为N×N矩阵寻址阵列的微阵列LED,每两行2N个微型LED单元的n电极进行电极互联,每两列微型LED单元的p电极进行电极互联。
作为优选地,R、G、B区中,微型LED的单一发光单元的直径为100-200um,相邻微型LED单元的间距为50um,其中矩形pad金属层的边长为50um。
作为优选地,蓝光B区与绿光G区选用GaN材料,利用MOCVD技术在蓝宝石衬底上生长LED结构,自下而上分别为蓝宝石衬底、非掺杂的GaN缓冲层、n-GaN层、InGaN/GaN多量子阱层、AlGaN电流阻挡层和p-GaN层;通过调节InGaN/GaN多量子阱的厚度以满足G、B区不同波长发射光的要求;
利用光刻工艺与感应耦合等离子体刻蚀工艺,使阵列中微型LED器件之间相互电学隔离,并在刻蚀选区部分除去p-GaN层、AlGaN电流阻挡层和InGaN/GaN多量子阱层,直至暴露出n-GaN层;外部n-GaN层区域的直径为100um,内部p-GaN层区域的直径为50um;
再次利用光刻暴露出两个环形区域,通过电子束蒸发沉积Cr/Pd/Au金属叠层作为p型和n型电极,并在200℃的N2气氛中快速退火2min,环形p电极与环形n电极的内径差均为5um。
作为优选地,R、G、B区满足不同波长发射光的要求,其中R区红光的波长为600~620nm,G区绿光的波长为520~540nm,B区蓝光的波长为440~460nm。
作为优选地,白光区为大功率RGB型白光LED芯片,满足日常照明需求。
作为优选地,利用MIMO技术,R、G、B区阵列中不同区域的微阵列LED芯片可分别控制,发送不同数据,并由多个光电探测器接收。
作为优选地,利用通断键控制和脉冲宽度调制技术,将不同的信号通过驱动器放大后通过直流偏置器加载到R、G、B这三个区域的芯片上,这三束不同颜色的光束在空间耦合,并在空间传输;在接收端,采用红、绿、蓝三色滤光片将不同波长的信号选择出来,再由接收电路进行信号采集和后端处理,实现信号识别与数据传输。
与现有技术相比,本发明的有益效果至少包括:
1、R、G、B区的微阵列LED调制带宽大,可实现高速的数据传输;
2、利用红、绿、蓝三色波分复用技术,可以提升可见光通信系统的传输容量;
3、白光区的大尺寸LED可以制备成功率器件,适用于LED灯照明领域。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例微阵列LED集成芯片的俯视结构示意图;
图2为本发明实施例R、G、B区微阵列LED的结构示意图;
图3为本发明实施例R区微阵列LED芯片俯视结构示意图;
图4为本发明实施例G、B区微阵列LED芯片的截面示意图;
图5为本发明实施例G、B区单个微阵列LED芯片俯视结构示意图;
图6为本发明实施例G、B区微阵列LED芯片行电极互联俯视结构示意图;
图7为本发明实施例G、B区微阵列LED芯片列电极互联俯视结构示意图;
图8为本发明实施例G、B区微阵列LED芯片列电极互联截面示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面将结合附图和具体的实施例对本发明的技术方案进行详细说明。需要指出的是,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例,基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例
根据图1、图2所示,通过将多个微阵列可单独寻址的LED芯片集成在一起,分别为红光R区1,绿光G区2,蓝光B区3和白光RGB区4。R、G、B区所选用的芯片为8×8矩阵寻址阵列的微阵列LED,白光区为大功率RGB型白光LED芯片。
根据图2、图3所示,红光R区选用典型的AlGaInP红光LED芯片,其中R区红光的波长为600~620nm。利用光刻工艺与感应耦合等离子体刻蚀工艺,使阵列中微型LED器件之间相互电学隔离,形成尺寸为100um的8×8微阵列LED阵列。将2×2微型LED单元所包围的矩形区沉积pad金属层,并与其周围的4个微型LED单元的p电极进行互联,通过p型金属线共同引出一个行pad接触层,使每两行的16个微型LED单元可以共同控制,该行pad接触层用于连接电源正极。阵列中所有微阵列LED共n极,在芯片底面引出一个n pad接触层用于连接电源负极。
根据图4、图5所示,蓝光B区与绿光G区选用GaN材料,利用MOCVD技术在蓝宝石衬底上生长LED结构,自下而上分别为蓝宝石衬底5、非掺杂的GaN缓冲层6、n-GaN层7、InGaN/GaN多量子阱层8、AlGaN电流阻挡层9、p-GaN层10。通过调节InGaN/GaN多量子阱的厚度以满足G、B区不同波长发射光的要求,其中G区绿光的波长为520~540nm,B区蓝光的波长为440~460nm。
利用光刻工艺与感应耦合等离子体刻蚀工艺,使阵列中微型LED器件之间相互电学隔离,并在刻蚀选区部分除去p-GaN层、AlGaN电流阻挡层和InGaN/GaN多量子阱层,直至暴露出n-GaN层。外部n-GaN层区域的直径为100um,内部p-GaN层区域的直径为50um。
再次利用光刻暴露出如图5所示的两个环形区域,通过电子束蒸发沉积Cr/Pd/Au金属叠层作为p型电极12和n型电极11,并在200℃的N2气氛中快速退火2min,环形p电极12与环形n电极11的内径差均为5um。
如图6、图7、图8所示,将2×2微型LED单元所包围的矩形区沉积pad金属层,并与其周围的4个微型LED单元的n电极进行互联,通过n型金属线共同引出一个行pad接触层,使每两行的16个微型LED单元可以共同控制,该行pad接触层用于连接电源负极。
在列方向上的选定区域沉积钝化层后,将每列8个微型LED单片的p电极进行电极互联,并让每两列共同引出一个列pad接触层,使这16个微型LED单元可以共同控制,该列pad接触层用于连接电源正极。
将四种类型的微阵列LED芯片按一定的结构排列,集成在基板上,不局限于四芯。
本发明利用通断键控制技术和脉冲宽度调制技术控制不同区域不同光色的微阵列LED,使之耦合出不同的光,用于信号识别与数据传输。
本发明的可见光通信LED器件运用通断键控制技术和脉冲宽度调制技术控制不同区域不同光色的微阵列LED的发光情况,使之耦合出不同的光,通过光信号可实现高速数据传输。相比于LED芯片,该器件具有更好的调制带宽,更大的信息传输容量,并能够同时满足照明需要。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。因此,本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种可见光通信LED器件,其特征在于,通过将多个微阵列可单独寻址的LED芯片集成在一起,多个LED芯片分成不同光色的LED芯片区域,利用不同区域的芯片明暗交替,来实现信号识别。
2.根据权利要求1所述的可见光通信LED器件,其特征在于,所述可见光通信LED器件包括四块不同的LED芯片区域,分别为红光微阵列LED R区、绿光微阵列LED G区、蓝光微阵列LED B区和白光LED RGB区。
3.根据权利要求2所述的可见光通信LED器件,其特征在于,R区微阵列LED的芯片均为N×N的阵列结构,2×2微型LED单元的p电极与其所包围的pad金属层电极互联,每两行2N个微型LED单元通过p型金属线共同引出一个p pad接触层;阵列中所有微阵列LED共n极,在芯片底面引出一个n pad接触层。
4.根据权利要求2所述的可见光通信LED器件,其特征在于,G、B区微阵列LED的芯片均为N×N的阵列结构,2×2微型LED单元的n电极与其所包围的pad金属层电极互联,每两行2N个微型LED单元通过n型金属线共同引出一个行pad接触层;每两列2N个微型LED单片的p电极进行电极互联,并共同引出一个列pad接触层。
5.根据权利要求2所述的可见光通信LED器件,其特征在于,R、G、B区中,微型LED的单一发光单元的直径为100-200um,相邻微型LED单元的间距为50um,其中矩形pad金属层的边长为50um。
6.根据权利要求2所述的可见光通信LED器件,其特征在于,蓝光B区与绿光G区选用GaN材料,利用MOCVD技术在蓝宝石衬底上生长LED结构,自下而上分别为蓝宝石衬底、非掺杂的GaN缓冲层、n-GaN层、InGaN/GaN多量子阱层、AlGaN电流阻挡层和p-GaN层;通过调节InGaN/GaN多量子阱的厚度以满足G、B区不同波长发射光的要求;
利用光刻工艺与感应耦合等离子体刻蚀工艺,使阵列中微型LED器件之间相互电学隔离,并在刻蚀选区部分除去p-GaN层、AlGaN电流阻挡层和InGaN/GaN多量子阱层,直至暴露出n-GaN层;外部n-GaN层区域的直径为100um,内部p-GaN层区域的直径为50um;
再次利用光刻暴露出两个环形区域,通过电子束蒸发沉积Cr/Pd/Au金属叠层作为p型和n型电极,并在200℃的N2气氛中快速退火2min,环形p电极与环形n电极的内径差均为5um。
7.根据权利要求2所述的可见光通信LED器件,其特征在于,R、G、B区满足不同波长发射光的要求,其中R区红光的波长为600~620nm,G区绿光的波长为520~540nm,B区蓝光的波长为440~460nm。
8.根据权利要求2所述的可见光通信LED器件,其特征在于,白光区的大功率RGB型白光LED芯片,在直流电源的作用下,发出稳定的白光。
9.根据权利要求2所述的可见光通信LED器件,其特征在于,利用MIMO技术,R、G、B区阵列中不同区域的微阵列LED芯片可分别控制,发送不同数据,并由多个光电探测器接收。
10.根据权利要求2所述的可见光通信LED器件,其特征在于,利用通断键控制和脉冲宽度调制技术,将不同的信号通过驱动器放大后通过直流偏置器加载到R、G、B这三个区域的芯片上,这三束不同颜色的光束在空间耦合,并在空间传输;在接收端,采用红、绿、蓝三色滤光片将不同波长的信号选择出来,再由接收电路进行信号采集和后端处理,实现信号识别与数据传输。
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