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 早在70年代中期，用发光二极管作为光源制成的防爆指示灯已经被应用于化工和其他危险区域。当时根据光线颜色的不同，二极管的发光强度只有30—50mcd，但是把7个发光二极管排列在安装尺寸为30D的环形内，才得以使防爆指示灯通常能察觉到的发光亮度达到4—5W常用白炽灯或辉光灯的亮度（如图1所示）。当时可用的二极管仅有单色的，而且只能被制成红色、黄色和绿色。除了这个限制之外，对于用户来说有个至关重要的好处：这些二极管的使用寿命可能达到50000h甚至更长。和一个使用寿命是1 000—2000h的白炽灯相比，这就意味着在一个设备的常规服务期内就不需要更换灯具。在危险区域，为了更换灯具，一些相关联的电路必须被断开，这就需要在昂贵的专门灯座设计或者关闭一个系统单元这两个方案中任选其一。

图1  1976年用7个发光二极管制成的8017型防爆指示灯

1  光电转换 

目前关于常规的灯具类型，光的产生通常基于三个不同的物理效应：

1）以热平衡方式的固体光辐射（白炽灯的热辐射）

2）在气体状态下原子、离子、分子的碰撞激发（放电管的放射光谱）

3）固体中正负电荷载体的重新结合（发光二极管的电致发光）

发光二极管属于电致发光辐射光源。和太阳能电池一样，发光二极管是以半导体晶体为基础的。简单的说，发光二极管与太阳能电池相反。对后者来说，光转换成电流；对于发光二极管来说，由流过的电流产生光。半导体由两层组成，其中一层用杂质原子填充以便产生剩余的电子，另一层中的附加的原子产生额外的正电荷空穴。如果我们把电源电压正向连接到这个pn结上，电荷朝着正极移动并在pn结处与空穴碰撞。在这个过程中电荷载体重新结合并释放出电磁射线。射线的波长取决于传导频带和价电子带之间的能量差距。（如图2所示）

图2  在正向导通工作的二极管内部的电极和空穴的重新结合

2  从发现到应用

早在1907年，H．J．Round当用硅树脂晶体进行无线电波探测传导研究时，就观察到了光现象。因为晶体没有被加热，因此光被怀疑是“冷光”。但是，这个结果没有被深入研究。几十年过去了，直到1951年，当进行固态物理特性传导研究时，这些光现象被解释为：这是当电流流过一个pn结时电子和空穴的重新结合而产生的光。

商业用途开始于60年代早期。在1962年，通用电器公司出售了*个红色的镓—砷—铂发光二极管，并且至今为止，其光输出一直很稳定。

3  蓝色发光二极管

二极管的功效得到了不断的提高，到90年代，已经达到了现代荧光灯的水平（如图3所示）。但是，由于可用的半导体材料是铝镓砷或者铝铟镓铂，因此辐射光谱受到限制，只有红色、黄色和绿色。另外由于很小的带宽差距（能量差距），这些材料在蓝色和紫外线辐射波段中不能达到高能光辐射。

图3  电光源的发光效率

这对用于电力装置发送信号来说是个缺陷。在1992年（EN 60204，第1部分，1992[2]制定用于指示灯的新的颜色规则规定了蓝色和白色信号颜色新的意义，意味着必须采用这些指示颜色（如表1所示）。同时，白色可以通过黄绿色二极管和一个白色偏光透镜来模拟，但这项技术不能用于蓝色。

表1  指示灯的颜色和它们的性能

直到1994年，日本的ShujiNakamura才设法用蓝宝石衬底的铟镓氮混合材料制成了一种有效的放射明亮的蓝色光线的发光二极管。

4  发光二极管的白光

用足够亮度的蓝色发光二极管改进的方法可能产生白光。但是仍有个别的发光二极管只能在狭窄的光谱范围内放射光线。但是如果正确分配颜色组成成分，把蓝色，绿色和红色混合可产生白色光。

但是，难题是这种混合颜色涉及到一个事实：不同的发光二极管老化程度不同，而且它们的原始光谱在这个过程中不断漂移。虽然这种影响无可否认地会被*的电子控制系统所消除，但是这种解决方案的花费远远超过利润所得。

因此我们只能用光线转换的方式：一个紫外线或深蓝色光的单色发光二极管被添加发光材料吸收该光线，然后发出可见光频谱内的较宽的光谱（见图4和图5）。这种技术已经被成功的应用很多年，例如，在荧光放电灯具上的应用。

图4  白色发光二极管的光转换

图5  在铟镓氮碎片和发光材料YAC基础上的白色发光二极管的

光谱：Ce（蓝色的曲线）或者SrGaS：Eu和SrS：Eu（橙色曲线）

5  白色光发光二极管防爆指示灯

指示灯的换代产品8010和8013采用隔爆型“d”和增安型“e”防爆型式设计，可以用于1区和2区危险场所，它们采用Exe外壳（如图6所示）。

图6  8010和8013型指示灯

这些指示灯晃基于白色光发二极管的光转换。

低能耗特殊电子电路可提供一个直流和交流电压达到12—270V的宽泛电压范围。低能耗的优点是产生的热量少，因而，这种指示灯的使用寿命非常长，达到100000h。

位于观察位置的透明插入装置指示光信号。这样一来，即使在不同的照明情况下，指示灯信号也能很好的被识别。

红色、黄色、绿色、蓝色和白色的信号通过一个彩色的插入装置的颜色过滤来实现，加上大的电压范围，这意味着只用一种类型信号指示灯就能覆盖整个应用要求。因此，在生产和进货中的如果那些指示灯被关掉，特殊电子电路基于容性和/或感应性、馈电性感应干扰保证发光抑制。如果指示灯被使用在受干扰的主系统里，例如，如果出现因有电源电缆而控制电缆未被充分的屏蔽防护那些情况，这方面的主要优点会体现出来。

6  展望

目前用于市场的白色光发光二极管的光视效能大约有20 lm/w，功率消费量大概有70mW。符合1．4 lm/w的光通量。这意味着工业部门的应用于指示和信号装置。但是，为了适合照明用途，光通量水平必须提高到30—50 1m/w_o比如，应用在手提灯上。由于淀积技术的发展进步、量子功效和外部设计方面的提高，新开发的白色光发光二极管的光输出可以达到30lm/w_o功耗量通过增加芯片表面积和更好的散热可以充分的提高，从而实现瓦特数量级的要求。如果这些发光二极管的价格切实可行，在防爆照明装置上运用他们有很多的优点。除了发光效效高和使用寿命长之外，主要是它的发热量很低，zui适宜满足防爆的要求。