主讲人：许毅钦

日期：2019.5.7 星期二晚上8点

地点：广东省光电技术协会会员群

主讲人简介：

许毅钦，博士，广东省半导体产业技术研究院封装应用部主任。一直从事光学设计、高品质白光LED照明、光谱运算、高品质光源制备等研究工作，积累了丰富的技术开发、工艺制造及项目管理的经验。先后承担和参与了多个国家省、市级科研项目，项目总经费超过7000万元。近期发表期刊论文17篇，其中SCI 10篇，EI论文3篇。申请了25项专利，获得1件软件著作权，开发了40mm直径下实现2°发射角的单光学透镜，K值大于250，成果转化孵化企业一家。

本报告主要分三部分，第一部分为引言，第二部分为基于固态照明的创新应用研究，包括激光照明、探照灯、微LED显示、农业照明、健康照明灯，第三部分为基于图像传感器的可见光通信技术研究。该报告篇幅较广，由于时间限制，第二部分简单带过，今晚将详细汇报第三部分。

首先看第一部分。跨界合作是种新的发展，新的需求，在经济高速发展的态势下，各行各业都面临着洗牌。照明行业也开始进入到深度调整期，创新跨界合作是新的经济和技术增长点。如今LED不再只是一盏灯，通过LED与其他应用联合，可实现LED技术的革新。

近期，micro-LED、农业照明、汽车照明、可见光通信、激光照明、医疗照明、航空航海用LED光源等新兴应用快速成长， 成为应用市场热点。

这里简单列出了车用LED、植物照明、紫外LED、红外LED等应用的发展情况，可见基于固态照明的创新应用，市场巨大且有待开发。

接下来将简单介绍下现有固态照明的创新应用。首先看激光照明应用。

激光照明的应用场景多，领域广，包括车大灯、探照灯、亮化灯、显示等。

激光照明是新一代照明技术，影响带动的产业预计将达万亿级规模。如下表所示：

当前激光照明存在以下问题：

1）用蓝光激光激发单色荧光粉得到的白光的显色指数较低；

2）荧光粉的激发效率不高， 需要进一步改进；

3）激光光束过于集中， 而且光斑不均匀， 为了与荧光粉更好的匹配， 需要对激光进行光斑整形、扩束、准直、光斑均匀化；

4）激光器件的封装结构需要进一步升级。

主要技术难点有：

（1）光学设计

（2）光转换材料

（3）激光器件的封装技术和封装结构

接下来，我们看第二种固态照明的创新应用——海洋用探照灯。

随着固态照明技术的发展，其发光功率密度越来越高、能耗越来越低、光学设计能力越来越强，以LED和LD的固态照明技术将掀起海洋照明领域新一轮产业技术革命。 

海洋用探照灯按光源分类如下图所示：

其技术对比如下表所示：

基于固态照明的海洋用探照灯，存在以下技术难点：

（1）高功率密度光源（LED/LD）

（2）窄角度光学设计（＜2°）

（3）功率、散热、结构、重量等系统性制约问题

我们看第三种固态照明的创新应用——micro-led。相信大家对Micro-LED都很熟悉，因为近期micro-LED非常火。

先看看micro-LED的定义。micro-led拥有众多优点，详细见下页PPT：

微LED应用场景广泛

随着技术和成本瓶颈的逐渐突破， Micro-LED 显示器市场有望从 2018 年开始快速成长， 据yole预测，在 2025年达到 3.3 亿台的出货量。潜在市场规模可达30亿美金。

当前micro-LED实现全彩的方法有：

现有Micro-LED的技术难点：

1）波长均匀性

2）芯片工艺

3）巨量转移

4）量子点荧光粉均匀喷涂

等等

接下来看另一个创新应用——健康照明

网膜里有三种感光细胞，分别是视杆细胞和视锥细胞和视网膜特化感光神经节细胞（ipRGC）。ipRGC及其非视觉通道的发现，彻底革新了人们对照明科学的认识和评价，从此，照明科学不仅需要考虑视觉效果，还应考虑非视觉生物效应。

这个是视觉效应和光生物效应过程的示意图，上面红色连线为视觉通道、下面黄线为非视觉通道，时间问题，这里不展开，有兴趣的朋友可以百度或文献查看详细资料。

关于光照对人体生物效应的影响，当前已经证实至少在光谱、光强、光照模式、光照历史、照射时刻对人体的生物效应产生影响。

当前健康照明的难点：

当前健康照明评价标准方面，国内应该是蔡建奇老师团队，他们做了比较全面的研究。

在光谱实现方面，各个LED公司都推出所谓的全光谱灯珠，但现在市场上所谓的“全光谱”就是真正的健康照明光谱吗？

我想这个问题，还需要更详细更深入的研究，尤其是在生物相应和科学照明标准方面。这里也不详细展开。

现在将本报告第三部分，也是主要的部分——基于图像传感器的可见光通信技术研究。

可见光通信的背景，大家看下面ppt即可。

这张ppt要说一下，当前可见光通信系统中，主要有两种接收设备，分别为光电检测器（Photo Detector, PD）和图像传感器（Image  Sensor,  IS）。

本报告主要讲IS-VLC，也就是业界常说的OCC，optic camera communication 光学摄像通信。

其应用前景有：

我们知道，VLC炒了这么久，真正的应用场景也比较上。但基于图像传感器的VLC则有不同之处。

首先，IS-VLC独特应用价值。当前，全球拥有智能手机数量达到数十亿台，这些智能手机配备的光学摄像机可以进行可见光通信。可以为客户提供低成本，有益的增强现实用户体验。其次，IS-VLC市场规模巨大。可应用高分辨率汽车定位、可穿戴设备增强现实、盲人语音导航、隐形广告、指示灯传输设备状态等。具有巨大的潜在市场规模。

关于该方面的研究，我们主要集中于解决两个关键问题：1.提升IS-VLC通信速率，2.兼容高品质照明

首先看我们的第一个研究内容：兼容高品质照明IS-VLC

系统模型

我们采用了RGBA-LED作为通信光源，实现颜色MIMO通信，同时保持高显色指数。同时兼容色温、亮度调节。

这是我们研究的星座图设计：

在调制技术方面，我们采用以下调制模式，采用一些颜色用于加载有效数据，另一些颜色用于调节RGBA-LED光源的颜色和亮度稳定。

如何同时满足高品质照明和高速IS-VLC通信，主要关键如下表所示：

这里主要是应用了人眼存在视觉暂留效应，在快速多颜色变化的LED灯前，通过一定的设定，人眼分辨不出颜色变化。

只能看到颜色和亮度的叠加。我们通过编码，可以使得LED保持叠加后的颜色和亮度是我们的目标颜色和目标亮度。

这是我们实际试验，在满足CRI>83同时，实现色温稳定可调，同时实现了13.7K/s的稳定速度。

接下来将我们在IS-VLC的另一个研究。上述研究采用了一个手机摄像头，而随着人们对照片质量的要求越来越高，手机摄像机的数量越来越多，目前市场一出现双摄和四摄手机。

接下来，我们探讨基于双摄像头（RGB摄像机和单色摄像机）的IS-VLC系统。

我们建立以下信道模型，公式居多，这里不详细展开。

和第一个技术方案相似，我们采用了一下数据结构设计：

这是我们搭建的试验系统：

最后实现的通信速率达到17.1k/s. 对比其他模式的通信速率如下表所示：

该研究发表于Opt. Express 26, 34609-34621, (2018)，有兴趣的可以下来查看。