科学上没有平坦的大道，真理的长河中有无数礁石险滩。只有不畏攀登的采药者，只有不怕巨浪的弄潮儿，才能登上高峰采得仙草，深入水流觅得骊珠。—华罗庚

        白光发光二极管（LED）是第四代节能环保照明产品，因为它使用寿命长、尺寸小、易驱动、效率高。白光LED的响应灵敏度非常高，具有良好的调制特性，它在照明的同时，可作为无线通信网络的接入点。将室内的通信基站与白光LED照明设备结合到一起，并将其接入其他通信网络，这就是可见光通信。

         在无线光通信领域标准化方面，已经提出了许多版本的数据链路协议，点到点协议有VLCC/IEEE802.15.7（可见光）、IrDA/IEEE802.15.3（红外光）；点到多点协议有IEEE812.15.7/OWMAC（可见光）、OWMAC（红外光）。光无线媒体接入控制（OWMAC）协议规定的数据速率为128~1024Mbit/s，是半双工或者全双工通信，比如，可见光（如波长450nm）系统，数据速率采用100Mbit/s，覆盖范围12m2；红外光（如波长850nm）系统，数据速率采用300Mbit/s，覆盖范围30m2。在可见光通信标准方面，有一个可见光通信协会（VLCC），它是一个使用LED提供可见光通信系统的日本标准联盟。

       日前，中国电子技术标准化研究院和全国信息技术标准化技术委员无线局域网标准工作组联合发布了可见光通信标准化白皮书，其中对国内可见光通信产业化现状进行了深入分析，并就可见光通信技术、应用、芯片、标准化等方面提出了针对性的建议。

一、白光LED发光原理 1.LED工作原理

       从6.1.3节可知，发光二极管（LED）是通过电子从高能级跃迁到低能级，发出频谱宽度在几百纳米以下的光，如图12.4.1所示。可见光光谱的波长范围为380~760nm，人眼感受到的七色光——红、橙、黄、绿、青、蓝、紫，各自都是一种单色光。白光是由多种单色光合成的复合光，早在1666年，就被英国物理学家牛顿发现（见3.3.2节）。

图12.4.1 LED的发光机理及分类

a）LED——光的自发辐射b）面发射LEDc）边发射LED

       LED有面发光型和边发光型两类。面发光LED的出光面与PN结平面平行，如图12.4.1b所示。边发光LED与普通的LD相同，从PN结的一个端面（与结平面垂直）出光，如图12.4.1c所示。

        发光二极管的材料主要是III-V族化合物半导体，如GaP、GaAs、GaN等，半导体材料往往折射率较高（如GaAs，n=3.6），故在材料与空气的界面易发生全反射，使光不能完全辐射出去，如图12.4.2a所示。为了提高面发光LED的耦合效率，通常将LED芯片封装在塑料半透镜的中心，如图12.4.2b和图12.4.2c所示。透明塑料的折射率为1.5，光输出是图12.4.2a的4倍，而且造价也低，因而被大量使用。

图12.4.2  面发光LED的结构［6］

a）面发射LED发散角大，部分光出现全反射b）加微透镜聚光LEDc）半球形塑料封装LED

2.白光是如何实现的

       白光LED实际上是蓝光和黄光的混合光，因为黄色是红色和绿色的混合色，所以将蓝色和黄色混合，相当于将红色、绿色和蓝色三色混合，当然会显示白色。白光LED的出现，主要归功于氮化镓铟（GaInN）高亮度蓝光LED的研制成功。一种典型的白光LED结构如图12.4.3a所示，它是将磷光体半球体覆盖GaInN芯片，该芯片在加上电压后发出蓝光，部分蓝光激发Y3Al5O12:Ce3+磷光体中的发光中心Ce3+，发出黄光，然后蓝光和黄光混合就变成了肉眼看到的白光，其光谱图如图12.4.3b所示。由此可见，这种白光LED综合采用了电致发光和光致发光的原理。电致发光是一种直接把电能转换成光能的物理现象。光致发光是在磷光体中，发光中心（催化剂）首先被高频光激发，高能量光子首先被吸收，然后以低能量光子发射的一种发光现象。彩色阴极射线管（CRT）显示器和等离子体（PDP）平板显示器就是光致发光的例子。

图12.4.3白光LED的结构和光谱形成的过程

a）典型白光LED结构b）白光LED光谱的形成