LED 的頻率響應

LED 應用在光纖通訊或是 VLC 系統中，通常傳輸距離不長，主要是應用在短 距離的網路系統(Local Area - Network)之中，長度大約是數公尺到 5 公里之內，

如果是在室內用 VLC 系統的話距離可能更短。因此 LED 的亮度並不會是主要的考 量，反而是傳輸的速率才是主要的考量，一般短距離通訊傳輸速率可由數十 Mbps 致數百 Mbps 不等。而以 LED 作為光源的傳輸系統其傳輸的速率跟 LED 的調變有 很大的關係。LED 的調變主要可以分成兩種：數位調變及類比調變。

數位調變的過程如圖(2-5)所示，他是由一個單一的電源去驅動 LED，該單 一電源只會控制 LED 的明暗，輸入的訊號只有開和關兩種，於是 LED 的相對響應 也只有發光和不發光兩種，分別代表 1 和 0 兩種不同的數位訊號。而類比調變的 過程如圖(2-)所示，電路圖中會有兩個電源，一個是固定的直流順向偏壓，將 LED 一直維持在發光的階段，然後另一個電源主要是做調變用的，隨著時間一直 更改電壓大小，讓 LED 可以有不同的發光程度，從亮度的變化的偵測得到一連串 連續的訊號變化。如果我們沒有提供一個固定的直流順向偏壓的話，當訊號電壓 為負的時候，LED 就會熄滅，因此在負半邊的資訊就沒辦法表現出來。

15

圖 2 - 5 LED 數位調變示意圖 [15]

圖 2 - 6 LED 類比調變示意圖 [15]

16

17

的這個區間，就是該 LED 的頻寬。以 Hz 為單位，其 3dB 點的公式為：

3-dB=1/2πτ

圖 2 - 7 LED 頻率與輸出功率曲線 [16]

一般來說 LED 的 3dB 點大約是在 14-15MHz，但是 3dB 點的大小會受到 LED 的材料、構造、供給電源……等因素所影響，導致頻率響應的程度不同，因此實 際在實驗上可能會有些許的誤差。

而在照明用的 LED，通常為了使其亮度增加，因此會將 PN 接面的面積做的 較大，但是當面積變大時，整體的等效電容也會跟著變大。在沒有偏壓的情況下，

原本 LED 中的電容主要由空乏電容(Depletion Capacitance)主宰，當施加了一 順向偏壓後，大部分的電流會從金屬電極接觸的地方注入至主動區，此時電容為 擴散電容(Diffusion Capacitance)所主宰。而因為上述的兩種電容的限制，傳 統大面積的 LED 在頻率響應的速度也就會受到限制，也就是被 RC 所限制了。因 此，為了降低電容對於頻率響應產生的影響及限制，對於空乏電容會採用乾蝕刻 臺座(Mesa Etching)來降低電容，而對於擴散電容則是採用適度的掺雜缺陷

18

一般來說，藍光的-3dB 點大約是 14-15MHz、白光的-3dB 點大約是 3-5MHz。所以 如果以該類型的白光 LED 作為 VLC 傳輸系統的光源的話，跟以三顆三原色 LED 組合在一起的白光 LED 相比，該類型的白光 LED 頻率響應會較差。為了解決這個 問題，我們可以在 VLC 系統接收端的訊號接收器前放置藍色濾光片，讓 detector