一种提高LED可见光通讯带宽的方法技术

本发明专利技术公开了一种提高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

【技术实现步骤摘要】
一种提高LED可见光通讯带宽的方法
本专利技术属于可见光通讯
，具体涉及一种提高LED可见光通讯带宽的方法。
技术介绍
可见光通讯(VisibleLightCommunication-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。
技术实现思路
本专利技术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。本专利技术的技术方案如下：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。在本专利技术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。在本专利技术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。在本专利技术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。在本专利技术的一个优选实施方案中，所述发光复合材料的各组分间发生辐射和非辐射的共振能量转移，以调整发光复合材料的色光。在本专利技术的一个优选实施方案中，所述LED芯片包括发射波长在420-480nm的蓝光LED芯片和发射波长小于420nm的紫外光LED芯片。本专利技术的有益效果：本专利技术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。基于荧光分子的发光材料，其发光速率可达稀土材料的100倍以上，其典型的荧光寿命在1-10ns。通过有机合成方法，可以方便地对这类材料的发光色域、响应速率和稳定性、机械性能等进行调控。附图说明图1为图1为本专利技术实施例1中Zr-TCBPE-MOL测试和模拟的粉末X-射线衍射(PXRD)花样。图2为本专利技术实施例1中Zr-TCBPE-MOL热重分析失重曲线。图3为本专利技术实施例1中Zr-TCBPE-MOL透射电镜图(左)及其高分辨透射电镜图和相应选区傅里叶变换(右)。图4为本专利技术实施例1中Zr-TCBPE-MOL透射电镜下的高角环形暗场相图片。图5为本专利技术实施例1中Zr-TCBPE-MOL的AFM图(上左)和其高度分布图(上右)以及其高分辨的AFM图(下左)和其高度分布图(下右)图6为本专利技术实施例1中Zr-TCBPE-MOL和450nmLED以及复合白光LED的发光光谱图。图7为本专利技术实施例1中Zr-TCBPE-MOL和450nmLED以及复合白光LED的色坐标图。图8为本专利技术实施例1中Zr-TCBPE-MOL和商业白光LED的荧光寿命图。图9为本专利技术实施例1中以Zr-TCBPE-MOL作为荧光粉的复合白光LED用于光通讯示意图。图10为本专利技术实施例1中复合白光LED和商业白光LED以及450nm蓝光芯片的测试带宽。图11为本专利技术实施例1中复合白光LED和商业白光LED在光通讯中的误码率的测试。图12为本专利技术实施例2中MOFs-Al-DPA实验和模拟的粉末X-射线衍射(PXRD)花样图。图13为本专利技术实施例2中MOFs-Al-DPA热重分析失重曲线图。图14为本专利技术实施例2中H2DPA的紫外-可见吸收标准曲线和Rh-B@Al-DPA溶解后的紫外吸收光谱；Rh-B的荧光标准曲线和Rh-B@Al-DPA溶解后的荧光光谱。图15为本专利技术实施例2中Al-DPA和Rh-B以及Rh-B@Al-DPA的荧光光谱。图16为本专利技术实施例2中Al-DPA和Rh-B以及Rh-B@Al-DPA的色坐标图。图17为本专利技术实施例2中Rh-B@Al-DPA的荧光寿命图。具体实施方式以下通过具体实施方式结合附图对本专利技术的技术方案进行进一步的说明和描述。实施例1本实施例采用蓝光LED芯片组装黄色荧光材料复合出白光LED，进行可见光通讯的测试。本实施例使用一种具有聚集诱导荧光(aggregationinducedemission-AIE)性质的有机分子1，1，2，2-四(1，1′-联苯)-乙烯-4′，4″，4″′，4″″-四甲酸(4′，4″，4″′，4″″-(ethene-1，1，2，2-tetrayl)tetrakis([1，1′-biphenyl]-4-carboxylicacid))的作为配体(以下简称：H4TCBPE)，以六核金属锆簇(以下简称：Zr6)为金属节点，合成了一种金属有机薄层(metalorganiclayers-MOL)化合物(以下简称：Zr-TCBPE-MOL)。Zr-TCBPE-MOL具有4，4-连接的sql二维拓扑网络结构。Zr-TCBPE-MOL具有黄色荧光，并有和YAG-Ce相似的荧光光谱，以及较短的荧光寿命(t＝2.6ns)和高的荧光量子产率(Q＝50％)。本实施例以Zr-TCBPE-MOL作为荧光粉来取代YAG-Ce涂覆在蓝光LED芯片表面成功复合出白光LED。并且，这种白光LED在VLC系统测试中表现出3倍于以YAG-Ce为荧光粉的商业白光LED的响应速率，其速率已与蓝光LED芯片相等。1.Zr-TCBPE-MOL的合成：H4TCBPE(2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高LED可见光通讯带宽的方法，其特征在于：，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

【技术特征摘要】
1.一种提高LED可见光通讯带宽的方法，其特征在于：，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。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：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。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于：所述金属有机框架包括以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。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：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。5.如...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪骋，胡学福，王子，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：福建,35