開發具有可見光通訊能力之LED智慧照明系統(I)

白光發光二極體(LED)具有節能、反應速度快、使用壽命長等特點，被認為是下一代主流 照明技術，而結合白光LED和光通訊技術所衍生的智慧照明系統，除傳統照明用途外，更可應用於可見光通訊以達到安全、高速且便捷的數位資訊傳遞目的。為了建構智慧照明系統，首先需選擇輸出功率高、光電轉換效率佳以及調變速度快的LED，而本計畫所提出的薄膜型氮化銦鎵共振腔發光二極體(Thin-film InGaN RCLED)預期可以滿足此需求，實驗上，我們將進一步搭配遠離螢光層塗佈技術以研製符合照明需求的LED燈；另一方面，由於RCLED擁有較佳的光指向性，因此相當適合於架構直線視距(line of sight)可見光通訊系統以減少多重路徑效應所引起的符元間干擾問題。實驗上，為了增加傳遞信號在空間中的覆蓋範圍、減緩陰影(光遮蔽)效應以及提高光接收器的視角和有效收光面積，我們將以共振腔發光二極體陣列(RCLED array)以及PIN光電二極體陣列(PIN array)作為信號發送/接收端並搭配適當透鏡組來實現具有方向性視線與角度分集接收的可見光通訊系統；此外，經由改善光接收器電路以及加入適當的信號調變技術等，將可以進一步增加系統的傳輸速率。 本計畫預期完成工作如下： 第一年：磊晶成長具有非對稱位障層結構之氮化銦鎵多重量子井主動層，並在主動層下方加入具有超晶格結構之電子發射層以改善LED的光輸出特性，接著以雷射剝離技術製作Thin-film RCLED (chip size ~ 1 mm2, Po ＞ 400 mW & Vf ＜ 3.5 V @ 350 mA, f3dB ＞ 100 MHz)，最後，我們將開發遠離螢光層塗佈技術以製作白光LED (luminous output ＞ 100 lumens, luminous efficiency ＞ 100 lm/W, Wattage = 1 W, semi-angle at half power ＜ 50o)。 第二年：結合YAG:Ce3+螢光粉(遠離螢光層技術)與Thin-film RCLED array (串聯形式)製作符合能源之星固態照明規範之白光LED燈，此外，我們將開發可個別檢測不同入射光訊號的角度分集接收系統並以時脈與資料回復電路來改善光接收器的性能，最後是結合白光光源、光接收器、光學透鏡與適當的調變技術 (如Quadrature Amplitude Modulation)來完成可應用於室內無線光通訊之LED智慧照明系統(data transmission rate ＞ 250 Mbit/s)。

系統編號:PB10207-1900
原計畫編號:NSC102-2221-E182-058