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一、技术背景
LED（light emitting diode）发光二极管，其发光原理与LD (Laser diode)半导体激光器相类似，通过电子与空穴的复合辐射光，其不同之处在于，半导体激光器为受激辐射，而发光二极管为自发辐射，所以其发光的单色性与半导体激光器相比较差。
目前的LED市场主要分为上游的LED芯片，中游的LED封装以及下游的LED应用。其中，LED的应用主要分为LED照明、LED背光和LED光通信，而LED照明和LED背光目前的研发已经趋于成熟阶段。LED照明更多地趋向于健康照明方向发展，而LED背光则主要向背光均匀的方向发展，LED光通信则更多处于研发阶段，其仅在世界先进的几个国家具有相应的实验点，来展示LED光通信与现有市场的结合。
二、LED的应用
1、LED中照明领域的应用
电灯的发展开启了近代照明领域的新篇章，照明光源其根据发光原理的不同分为热辐射光源、气体放电光源和半导体光源，其中热辐射光源以白炽灯为代表，其主要靠内部钨丝的燃烧来实现发光；气体放电光源主要是利用电流流经气体或金属蒸汽时，使气体放电而发光的光源，其中以荧光灯管为代表。半导体光源，即我们现在应用最多的发光二极管（LED），其以绿色、节能的优点而位居目前照明光源之首。但是，随着LED应用的普及，其中照明方面的缺点也显露出来。因为现有的普通LED其发光原理为：蓝光LED芯片激发黄色荧光粉实现白光输出，由此带来白光LED会存在蓝光泄露的问题，而大量的蓝光进入眼睛，将会对人眼的视网膜及晶状体产生不可恢复的损伤。目前的LED照明更多地向健康光照明的方向发展，对光源的照度、亮度、显色指数、频闪、光均匀度等方面都提出了较高的要求。
2、LED在背光显示方面的应用
LED中背光显示方面也具有非常广泛的市场应用。当显示领域的发展进入平板显示后，LED中背光显示方面的重要性也逐渐凸显出来。目前的LED背光主要分为直下式LED背光和侧发光式LED背光。侧发光式LED背光，其主要结构为条状LED发光通过导光板进行均匀后实现背光，导光板利用其底部的网点分布破坏光的干涉，将线光源均匀转换成面光源，其根据实际背光功率的需要，分为双边式、三边式甚至四边式，其最大的优势为侧发光式LED显示屏幕可以实现超薄显示，因为其光源位于显示屏幕的一侧，如此可以大大降低屏幕的厚度，但是侧发光式背光照明的光源利用率与其薄度成反比；侧发光式LED的缺点为中边缘显示位置处容易出现模糊的现象，由于侧发光式背光照明的工作原理，大大限制了其在中大尺寸LCD显示方面；而直下式LED背光却很好地弥补了侧发光LED背光的这一缺陷，直下式LED背光照明的基本原理是LED光源位于显示面板的背部，其发出的部分光经过底部的反射片，再经过上部的扩散板、增亮膜均匀射出，理论上其墙体的高度越大，其出光均匀性越好。
3、LED在可见光通信方面的应用
可见光通信系统（Visible Light Communication），其基本的工作原理是利用发光二极管发出的高频率亮度变化的光线来实现信息的传输，而由于其闪烁频率远远超过了人眼可以识别的频率，所以并不会被察觉或对人眼产生任何坏的影响。与现有技术中的无线局域网相比，可见光通信仅仅利用室内的LED照明设备即可替代无线局域网基站进行信号的发射和传输，其通信速度甚至可能超过光纤的传输速率，达到数十兆到百兆。
日本是可见光通信技术研究的先行者，尤其以KEIO大学的研究者Tanaka、Komine和Sugiyama为代表率先开展了一系列基础性的理论研究。2000年，他们提出了利用LED照明灯作为通信基站进行信息无线传输的室内通信系统的思想，在接下来的几年里展开了多项研究分析。2008年，太阳诱电株式会社在“2008年日本电子高新科技博览会”上现场演示了采用自光LED的高速无线通信系统．但是最大传输距离仅为20cm左右。2008年，美国政府资助成立“智能照明”项目。它是一个投资1．85亿美元为期lO年期的计划，涉及多家学院的30多位大学研究人员，包括伦斯勒理丁学院(RPI)、波士顿大学和新墨西哥大学。国内对基于自光LED的可见光通信研究起步较晚。2006年，暨南大学的陈长缨、胡国永等提出基于白光LED照明光源的室内无线通信技术,设计并实现了点对点的通信系统。该系统通信距离为20cm，能够在10MHz的传输速率下，保证频率调制(FM)信号的正确传输。2008年。该研究组在前期工作的基础上，利用白光LED阵列光源解决了前期系统通信距离短、无法达到照明要求等问题．实现了实用照明的室内可见光通信系统。系统性能得到了很大程度的提高．成功实现4Mb／s带宽的数字视频信号传输．信号传输距离超过了2．5m。
可见光通信系统具有以下信息传输优势：
（1）安全。由于VLC采用白光LED作为传输光源，白光对人眼是安全的，所以VLC的光源功率可以达到数十瓦，大大提高了信号传输过程中的信噪比；
（2）无电磁污染；VLC采用白光LED作为光源，其光源的波长为可见光波段，与现有技术中的射频信号互不干扰，所以其可以无限制地应用中电磁波环境中，如医院、航空和工业控制等领域；
（3）由于频谱位于可见光波段，无需授权即可使用，也可以作为射频无线设备的备份方案；
（4）保密性更强，只要有任何障碍物阻碍了可见光的传播，照明信息网中的传输信息就不会发生泄漏。；
室内VLC系统的一种典型设计如图l所示：由终端、可见光通信适配器、可见光通信集线器、白光LED光源、光电探测器及相应信号处理单元组成。系统分为前向链路和反向链路两部分．每部分都包括了发射和接收部分。发射部分主要由白光LED光源和相应信号处理单元组成．而接收部分主要由光电检测器和相应信号处理单元组成。
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目前LED可见光通信的应用领域包括以下几个方面：
（1）LED可见光通信中交通领域的应用：就像刹车灯“告诉”司机要停车一样，VLC可以向发动机控制单元发送距离信息以避免碰撞
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（2）LED可见光通信中室内局域网中的应用：LED灯同时用于照明和通信有助于实现普适计算，于室内的每个设备都可用独立数据流
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（3）LED可见光通信中机场LED中的应用：在机场使用LED通信可以减少地面冲突，因为LED可以在机场照明基础设施、地面车辆和飞机之间提供信号
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三、结束语
目前，LED在照明的应用已经逐渐向健康照明的领域发展，而LED在背光显示中的应用也向显示屏的边框更窄和厚度更薄的方向发展，LED可见光通信在国内的发展还更多处于实验室的研发阶段，其走向实际应用还需要克服码间串扰、阴影效应等弊端。
参考文献
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论文作者:张丽
论文发表刊物:《中国电业》2019年第09期
论文发表时间:2019/9/5
标签：光源论文; 可见光论文; 通信论文; 通信系统论文; 室内论文; 长缨论文; 半导体论文; 《中国电业》2019年第09期论文;