一种可见光通信系统及应用
【专利摘要】本发明涉及可见光通信领域，具体涉及一种可见光通信系统，包括若干光信号发射组件以及与之一一对应的光信号接受组件；所述光信号发射组件为电致发光组件，所述光信号接受组件为有机光敏组件。电致发光组件可以通过不同波长的光搭载不同的调制信号；有机光敏组件不但具有对某一波段的光特异性响应的特点，能够准确接受不同波段光通道中传递的调制数据；而且，体积小、质量轻，符合电器元件微型化的发展趋势，具有较大的应用空间。
【专利说明】
一种可见光通信系统及应用
技术领域
[0001]本发明涉及光电子与可见光通信领域，具体涉及一种可见光通信系统及应用。
【背景技术】
[0002]可见光通信技术(Visible Light Communicat1n，VLC)是指利用可见光波段的光作为信息载体，不使用光纤等有线信道的传输介质，而在空气中直接传输光信号的通信方式。具有信息安全性高、频谱资源丰富、传输速度高等优势，被视为是未来无线通信技术的有力候补。
[0003]在可见光通信研究中，可以供给多用户同时使用的通信系统是研究热点与难点。现有技术中，多用户可见光通信技术通常采用波分复用技术，通过在发射端以不同波长的光搭载不同信号，而接收端以对不同光响应的接收器分别进行接收来达到多用户使用的目的。
[0004]然而，采用波分复用技术需要在可见光通信系统的接收端采用全波谱无机光敏器件加滤镜的组合来达到对不同光波长响应的目的。上述设置不但器件体积大，不符合电气元件微型化的发展趋势，而且机械性能差，无法满足未来智能穿戴的需求。
【发明内容】
[0005]为此，本发明所要解决的现有可见光通信系统接收端结构复杂、机械性能差，无法满足未来智能穿戴的需求的问题。
[0006]为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下:
[0007]本发明所述的一种可见光通信系统，包括若干光信号发射组件以及与之一一对应的光信号接受组件;所述光信号发射组件为电致发光组件，所述光信号接受组件为有机光敏组件。
[0008]可选地，各所述有机光敏组件的吸收响应波段主峰互不重叠，所述电致发光组件的发光波长在与之对应的所述有机光敏组件的响应波段范围内。
[0009]可选地，所述电致发光组件呈阵列分布，所述电致发光组件与所述有机光敏组件均为薄膜器件。
[0010]可选地，所述电致发光组件为有机发光二极管(OLED)、有机电化学池(LEC)、发光二极管(LED)、冷阴极荧光灯(CCFL)中的至少一种。
[0011]可选地，所述电致发光组件为有机发光二极管。
[0012]可选地，所述有机光敏组件包括在特定波段具有光吸收的有机光电导效应半导体材料和/或在特定波段具有光吸收有机光敏性半导体材料。
[0013]可选地，所述半导体材料为方酸菁和/或多环芳烃簇类材料。
[0014]可选地，所述有机光敏组件为有机光敏电阻、有机光敏二极管、有机光敏三极管或有机光敏晶体管中的一种。
[0015]本发明所述的可见光通信系统在照明装置、显示装置、计算机、无线通讯设备中的应用。
[0016]本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点:
[0017]1、本发明所述的一种可见光通信系统，包括若干光信号发射组件以及与之一一对应的光信号接受组件;所述光信号发射组件为电致发光组件，所述光信号接受组件为有机光敏组件。电致发光组件可以通过不同波长的光搭载不同的调制信号;有机光敏组件不但具有对某一波段的光特异性响应的特点，能够准确接受不同光通道中传递的调制数据;而且，体积小、质量轻，符合电器元件微型化的发展趋势，具有较大的应用空间。
[0018]2、本发明所述的一种可见光通信系统，各所述有机光敏组件的吸收响应波段主峰互不重叠，所述电致发光组件的发光波长在与之对应的所述有机光敏组件的响应波段范围内。所述有机光敏组件之间的响应波段主峰互不重叠，同时所述电致发光组件的发光波长与所述有机光敏组件的响应波段一一对应。因此，将不同的调制电流信号分别通过不同的电致发光装置转化为光信号，再通过有机光敏组件对不同波段的光信号分别响应，不同信号之间不会互相串扰，能够实现多个用户同时使用的通信功能。
[0019]3、本发明所述的一种可见光通信系统，所述电致发光组件与所述有机光敏组件均为薄膜器件，轻、薄、体积小，满足电气装置集成度越来越高的需求。
[0020]3、本发明所述的一种可见光通信系统，所述有机光敏组件优选为有机光敏二极管，所述有机光敏二极管中的光敏功能层包括有机方酸菁和/或多环芳烃簇类材料。一方面，该类材料电子迀移率高，制成的器件响应速度快，保证了可见光通信系统的通信技术；另一方面，该材料吸收峰狭窄，针对特定波长的光线进行吸收，不同材料间的吸收波长不互相重叠，使得可见光通信的信号不互相干扰。
[0021]4、本发明所述的一种可见光通信系统，所述电致发光组件优选为有机发光二极管，符合未来的照明和显示技术的发展趋势，而且，有机发光二极管具有柔性，能适配并优化智能可穿戴设备。
【附图说明】
[0022]为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
[0023]图1是本发明实施例1中可见光通信系统的工作原理示意图；
[0024]图2是本发明实施例2中可见光通信系统的工作原理示意图；
[0025]图3是本发明实施例2可见光通信系统的中光信号发射组件与光信号接受组件的发射、响应关系图；
[0026]图4是本发明实施例3中可见光通信系统的的通信速率与误码率示意图；
[0027]图5是本发明实施例4中可见光通信系统的的通信速率与误码率示意图；
[0028]图6是本发明实施例2中可见光通信系统的的通信速率与误码率示意图；
[0029]附图标记为:1_调制电流信号、2-光信号发射组件、21-第一电致发光组件、22-电致发光组件、23-第三电致发光组件、3-光信号接受组件、31-第一有机光敏组件、32-第二有机光敏组件、33-第三有机光敏组件、4-输出信号。
【具体实施方式】
[0030]为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。
[0031]本发明可以以许多不同的形式实施，而不应该被理解为限于在此阐述的实施例。相反，提供这些实施例，使得本公开将是彻底和完整的，并且将把本发明的构思充分传达给本领域技术人员，本发明将仅由权利要求来限定。在附图中，为了清晰起见，会夸大层和区域的尺寸和相对尺寸。应当理解的是，当元件例如层、区域或基板被称作“形成在”或“设置在”另一元件“上”时，该元件可以直接设置在所述另一元件上，或者也可以存在中间元件。
[0032]实施例1
[0033]本实施例提供一种可见光通信系统，包括光信号发射组件2以及与之对应的光信号接受组件3。如图1所示，光信号发射组件2包括第一电致发光组件21、第二电致发光组件22、第三电致发光组件23，光信号接受组件3包括第一有机光敏组件31、第二有机光敏组件32、第三有机光敏组件33。
[0034]光信号发射组件2为均为电致发光组件，电致发光组件为有机发光二极管(OLED)、有机电化学池(LEC)、发光二极管(LED)、冷阴极荧光灯(CCFL)中的至少一种。作为本发明的一个实施例，本实施例中，光信号发射组件2为有机发光二极管，符合未来的照明和显示技术的发展趋势，而且，有机发光二极管具有柔性，能适配并优化智能可穿戴设备。有机发光二极管集成在照明或显示设备中，且呈阵列分布。
[0035]光信号接受组件3为有机光敏组件，不但具有特异性吸收性能，响应波段范围丰富，能够准确接受不同光通道中传递的调制数据;而且，体积小、质量轻，符合电器元件微型化的发展趋势，具有较大的应用空间。
[0036]有机光敏组件31、32、33包括在特定波段具有光吸收的有机光电导效应半导体材料和/或在特定波段具有光吸收有机光敏性半导体材料;选自但不限于有机光敏电阻、有机光敏二极管、有机光敏三极管或有机光敏晶体管中的一种，本实施例为有机光敏二极管。
[0037]有机光敏组件31、32、33之间的响应波段主峰互不重叠，同时所述电致发光组件的发光波长与所述有机光敏组件的响应波段一一对应。因此，将不同的调制电流信号分别通过不同的电致发光装置转化为光信号，再通过有机光敏组件对不同波段的光信号分别响应，不同信号之间不会互相串扰，能够实现多个用户同时使用的通信功能。
[0038]作为本发明的一个实施例，本实施例中，如图1所示，将具有η个子载波的不同调制电流信号I分为3个通道，分别通过第一电致发光组件21、第二电致发光组件22、第三电致发光组件23转化为光信号，再通过与之一一对应的第一有机光敏组件31、第二有机光敏组件32、第三有机光敏组件33对不同通道的光信号分别响应，得到输出信号4。不同信号不会互相串扰，达到使3η个用户同时使用的通信功能。
[0039]作为本发明的可变换实施例，光信号发射组件2中电致发光组件、光信号接受组件3中的有机光敏组件的数量不限于此，电致发光组件、有机光敏组件两者均至少为一个，且一一对应即可实现本发明的目的，属于本发明的保护范围。
[0040]有机发光二极管至少包括依次层叠设置的第一电极、发光层和第二电极，作为本发明的可变换实施例，所述有机发光二极管还可以包括空穴注入层、空穴传输层、电子注入层、电子传输层中的一种或多种的组合。
[0041]第一电极可以为氧化铟锡(简称ΙΤ0)、氧化锌、氧化锡锌等金属氧化物或金、铜、银，镍铝合金等功函数较高的金属，或聚噻吩/聚乙烯基苯磺酸钠(简称PEDOT:PSS)、聚苯胺(简称PANI)、碳纳米管、石墨烯中至少一种，均可以实现本发明的目的，属于本发明的保护范围。
[0042]所述空穴注入层、所述空穴传输层、所述电子传输层等功能层以及发光层所用材料和制备方法同现有技术，本实施例中所述空穴注入层优选为铜酞菁(CuPc);空穴传输层可以采用芳胺类和枝聚物族类低分子材料，优选为N，N’_二-(1-萘基)-N，N’_二苯基-1，1-联苯基-4，4-二胺(NPB);发光层可以为荧光材料或磷光材料。
[0043]所述第二电极一般采用锂、镁、钙、锶、铝、铟等功函数较低的金属或它们与铜、金、银的合金，或上述金属与其氟化物交替形成的电极层。
[0044]所述第一电极与所述第二电极中的至少一个为透光电极，以便光线输出。
[0045]本实施例中，第一电致发光组件21为红光器件，购自昆山维信诺科技有限公司，其器件型号为维信诺P14257;第二电致发光组件22为绿光器件，购自昆山维信诺科技有限公司，其器件型号为维信诺P14078;第三电致发光组件23为蓝光器件，购自昆山维信诺科技有限公司，其器件型号为维信诺P14211。
[0046]作为本发明的一个实施例，有机光敏二极管，包括层叠设置的第三电极、光敏层以及第四电极。
[0047 ]有机光敏二极管的制备材料与方法同现有技术，其中，光敏层可以为并苯类、酞菁类、偶氮苯类、富勒烯类、钙钛矿类等一种或多种具有光电导效应半导体材料或光敏性半导体材料的组合，本实施例优选方酸菁类材料和多环芳烃簇类材料。一方面，该类材料电子迀移率高，制成的器件响应速度快，保证了可见光通信系统的通信技术；另一方面，该材料吸收峰狭窄，针对特定波长的光线进行吸收，不同材料间的吸收波长不互相重叠，使得可见光通信的信号不互相干扰。
[0048]第三电极应为透明感应电极，可以为锂、镁、钙、锶、铝、铟、铜、金、银中的一种或多种的合金，或锂、镁、钙、锶、铝、铟、铜、金、银中的一种或多种与其氟化物交替形成的电极层，或氧化铟锡、聚噻吩/聚乙烯基苯磺酸钠、聚苯胺、碳纳米管、石墨烯中的一种，本实施例优选ITO电极;第四电极可以为不透明的金属电极，优选Al电极。
[0049]电致发光组件与有机光敏组件均为薄膜器件，轻、薄、体积小，满足电气装置集成度越来越高的需求。
[0050]实施例2
[0051]本实施例提供一种可见光通信系统，如图2所示，其结构同实施例1，不同的是:仅含有2个数据通道，通道I对应第一电致发光组件21和第一有机光敏组件31;通道2对应第三电致发光组件23和第三有机光敏组件33。
[0052]图3为本实施例可见光通信系统中，电致发光组件21、23发光图谱、外量子效率图谱，以及有机光敏组件31、33的吸收响应图谱。
[0053]从图中可以看出，第一电致发光组件21的发射峰为640nm，与之对应的第一有机光敏组件31的响应波段在530-700nm;第三电致发光组件23的发射峰为460nm，与之对应的第三有机光敏组件33的响应波段在400-520nm。即可说明，本实施例提供的一种可见光通信系统中，不同波段的光信号分别响应，不同信号之间不会互相串扰，能够实现多个用户同时使用的通信功能。
[0054]对本实施例中的可见光通信系统进行测试，在第一电致发光组件21和第三电致发光组件23端同时输入调制信号I，对应第一有机光敏组件31、第三有机光敏组件33分别接受输出信号4，传输速率与误码率关系如图6所示，定义误码率低于纠错前误码率(pre-FEC，3.8X10—3)时的通信速率为该通道所能达到的极限通信速率，则表明在该通道1、通道2同时工作时，所述可见光通信系统通道2通道速率达到90kb/s，通道I速率达到88kb/s，表明该可见光通信系统能够同时承受两个用户使用。
[0055]实施例3
[0056]本实施例提供一种可见光通信系统，其结构同实施例1，不同的是:仅含有I个数据通道，通道I对应第一电致发光组件和第一有机光敏组件。
[0057]对本实施例中的可见光通信系统进行测试，在第一电致发光组件端输入调制信号，在第一有机光敏组件端接收数据，传输速率与误码率关系如图4所示，定义误码率低于纠错前误码率(pre-FEC，3.8X10—3)时的通信速率为该通道所能达到的极限通信速率，则表明在该通道单独工作时，所述可见光通信系统可以达到190kb/s。
[0058]实施例4
[0059]本实施例提供一种可见光通信系统，其结构同实施例1，不同的是:仅含有I个数据通道，通道I对应第三电致发光组件和第三有机光敏组件。
[0060]对本实施例中的可见光通信系统进行测试，在第三电致发光组件端输入调制信号，在第三有机光敏组件端接收数据，传输速率与误码率关系如图5所示，定义误码率低于纠错前误码率(pre-FEC，3.8X10—3)时的通信速率为该通道所能达到的极限通信速率，则表明在该通道单独工作时，所述可见光通信系统可以达到530kb/s。
[0061 ] 测试例2
[0062]以实施例中所述的可见光通信系统做测试，在红光OLED端输入调制信号，在红光OPD端接收数据，传输速率与误码率关系如图5所示，定义误码率低于纠错前误码率(pre-FEC，3.8X 10—3)时的通信速率为该通道所能达到的极限通信速率，则表明在红光通道单独工作时，所述可见光通信系统可以达到190kb/s。
[0063]显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
【主权项】
1.一种可见光通信系统，包括光信号发射组件以及与之对应的光信号接受组件;其特征在于，所述光信号发射组件包括电致发光组件，所述光信号接受组件包括有机光敏组件。2.根据权利要求1所述的可见光通信系统，其特征在于，各所述有机光敏组件的吸收响应波段主峰互不重叠，所述电致发光组件的发光波长在与之对应的所述有机光敏组件的响应波段范围内。3.根据权利要求1或2所述的可见光通信系统，其特征在于:所述电致发光组件呈阵列分布，所述电致发光组件与所述有机光敏组件均为薄膜器件。4.根据权利要求1-3任一项所述的可见光通信系统，其特征在于:所述电致发光组件为有机发光二极管(OLED)、有机电化学池(LEC)、发光二极管(LED)、冷阴极荧光灯(CCFL)中的至少一种。5.根据权利要求4所述的可见光通信系统，其特征在于:所述电致发光组件为有机发光二极管。6.根据权利要求1-5任一项所述的可见光通信系统，其特征在于:所述光敏组件包括在特定波段具有光吸收的有机光电导效应半导体材料和/或在特定波段具有光吸收有机光敏性半导体材料。7.根据权利要求6所述的可见光通信系统，其特征在于:所述半导体材料为方酸菁和/或多环芳烃簇类材料。8.根据权利要求1-7任一项所述的可见光通信系统，其特征在于:所述有机光敏组件为有机光敏电阻、有机光敏二极管、有机光敏三极管或有机光敏晶体管中的一种。9.一种权利要求1-8任一项所述的可见光通信系统在照明装置、显示装置、计算机、无线通讯设备中的应用。
【文档编号】H04B10/116GK105827317SQ201610390714
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年6月3日
【发明人】董桂芳, 李文海
【申请人】清华大学