可見光通訊（Visible light communication, VLC）是一種新興的無線通訊技術(shù)，可成為室內(nèi)無線通訊如Wi-Fi的替代方案，由于許多無線通訊頻譜已被占用，可見光通訊能有效地利用空白的頻譜資源，以緩解5G及物聯(lián)網(wǎng)（IoT）所使用擁擠的通訊頻譜。
在能源損耗的問題上，使用生活中用來照明的燈光作為VLC系統(tǒng)中傳輸資料工具，必能減少不必要的能源消耗，由此可見VLC在未來肯定也是節(jié)能的一大關(guān)鍵。VLC的潛在應(yīng)用還包括了汽車和航空航太、室內(nèi)網(wǎng)路以及行動定位服務(wù)等。舉例像是在室內(nèi)的商業(yè)辦公室中，使用VLC可以得到比現(xiàn)今更快速的資料傳輸速度；或是支持IoT的連接設(shè)備日益增多，需要VLC所提供的高速連接來發(fā)送和接收即時更新。
因此，Li-Fi的重要性已非常顯著，未來若達(dá)到Li-Fi的普及，不管是路燈、大型看板、紅綠燈及室內(nèi)照明等與LED相關(guān)的應(yīng)用皆可成為網(wǎng)路傳輸?shù)陌l(fā)射源，如圖一（a）為可見光通訊在未來5G世代的實際應(yīng)用場景。并通過植入芯片網(wǎng)路接入點，控制光源發(fā)出高速訊號，來控制終端接收器的網(wǎng)路傳輸，如圖一（b）VLC之工作原理。
可見光通訊可由雷射或LED作為系統(tǒng)的光源及發(fā)射端，扮演著傳輸與照明的角色，其中LED具有對人眼較安全、無須頻譜使用許可等優(yōu)點，更適合作為VLC系統(tǒng)的光源。
在常見的紅、藍(lán)、綠三色LED中，綠光LED因受限于材料特性的影響，在頻寬的表現(xiàn)上仍有很大的進(jìn)步空間，但綠光LED在塑膠光纖通訊和水下無線光通訊具有較大的優(yōu)勢，因為綠光在塑膠光纖和海水中的損耗較小。
一般而言，傳統(tǒng)大尺寸的LED（40 mil）僅能達(dá)到數(shù)10 MHz的頻寬，無法達(dá)到較高速率的傳輸。因此，可以通過縮小芯片尺寸的方式即Micro LED來提高傳輸速率與通訊品質(zhì)。
陽明交通大學(xué)（簡稱“陽明交大”）的郭浩中講座教授、鄒志偉教授與美國耶魯大學(xué)的韓仲教授團(tuán)隊共同合作，由韓教授的團(tuán)隊開發(fā)適合高速半極化LED的磊晶片，并由郭教授的研究團(tuán)隊進(jìn)行Micro LED芯片的設(shè)計與制作，最后由鄒教授的研究團(tuán)隊完成通訊性能的開發(fā)與驗證。
為了解決芯片縮小因表面缺陷造成LED光電特性不佳的問題，郭浩中教授研究團(tuán)隊導(dǎo)入原子層鈍化沉積技術(shù)（Atomic layer deposition, ALD）來提升元件輻射復(fù)合的效率，減少漏電流的產(chǎn)生，開發(fā)出高性能的高速綠光Micro LED元件。相關(guān)研究成果發(fā)表于2020年被頂尖光電期刊《ACS Photonics, vol. 7, no. 8, pp. 2228-2235, 2020》。
郭教授提及：“過去本研究團(tuán)隊在半極化綠光Micro LED研究成果實現(xiàn)高達(dá)756 MHz頻寬，是綠光LED中已知最 好的成果。今年我們更是通過元件設(shè)計與制程上的改良來提升頻寬，最終實現(xiàn)大于1 GHz的頻寬。”
此外，負(fù)責(zé)光通訊系統(tǒng)架設(shè)的鄒教授研究團(tuán)隊開發(fā)適合用于綠光Micro LED元件的正交分頻多工（Orthogonal-frequency-division-multiplexing, OFDM）調(diào)變技術(shù)，初步地在距離25公分的空氣中進(jìn)行訊號的傳輸與接收，16-QAM和8-QAM的星座圖如圖三（a）所示，達(dá)到大于3 Gbit/s的傳輸速率且符合前向錯誤更正的標(biāo)準(zhǔn)，上述研究成果也在光通訊領(lǐng)域權(quán)威的光纖與通訊研討會上公開發(fā)表《2021 Optical Fiber Communications Conference and Exhibition （OFC）, IEEE, 2021》。
為了更進(jìn)一步提高傳輸速率，鄒教授的研究團(tuán)隊導(dǎo)入了更高級別的位元和功率負(fù)載正交分頻多工調(diào)變技術(shù)，同樣在滿足前向錯誤更正的標(biāo)準(zhǔn)下實現(xiàn)大于4.3 Gbit/s的傳輸速率，是目前已知的綠光LED中最 高速的傳輸速率，如圖三（b）所示。相關(guān)研究近期也被期刊《IEEE Photonics Journal》接受。
圖二、（a） 在VLC系統(tǒng)中使用正交分頻多工調(diào)變技術(shù)之架設(shè)圖；（b） 半極化綠光Micro LED陣列在不同電流下的頻率響應(yīng)。
圖三、（a）功率負(fù)載的量測圖及16-QAM和8-QAM的星座圖；（b）經(jīng)由調(diào)變技術(shù)后綠光LED傳輸速率之比較圖。
該團(tuán)隊在綠光Micro LED的研究成果展示藉由磊晶制程改善材料特性、Micro LED芯片設(shè)計與鈍化制程的開發(fā)及通訊調(diào)變技術(shù)，突破了綠光LED因材料特性而無法實現(xiàn)高頻寬的困境，這些成果也受到國際學(xué)術(shù)界的肯定，意味著可見光通訊的來臨指日可待。
