專利名稱：具有螺旋狀纖維燈絲的led照明系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有螺旋狀纖維"燈絲"的發(fā)光二極管(LED) 照明系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
重量輕、耐損耗、高強(qiáng)度的LED已經(jīng)向關(guān)注替代傳統(tǒng)鎢燈絲光源 的人們顯示出很大的希望。然而，使用這種LED的問(wèn)題在于可用的可 見(jiàn)彩色光譜受到LED顏色的有限可用性的限制。因此，在共同受讓的 US專利號(hào)No.7,011,421中以及在共同未審US專利申請(qǐng)序號(hào) No.ll/025，019中，在此也結(jié)合其中公開的全部?jī)?nèi)容作為參考，描述了 使用熒光和磷光染料的照明裝置，由此允許發(fā)射出單獨(dú)使用LED而通 常不能獲得的彩色光，而該照明裝置的成本和復(fù)雜性并沒(méi)有顯著增加。 然而，還希望能夠容易調(diào)節(jié)由這種LED/染料系統(tǒng)發(fā)射出的光的顏色。此外，在不均勻的照明區(qū)域熒光染料會(huì)遷移。不均勻的照明區(qū)域 會(huì)使暴露在較高密度中的染料振動(dòng)和變"熱"，這接著會(huì)使染料遷移 離開該較高密度位置。當(dāng)染料遷移時(shí)，LED/染料系統(tǒng)發(fā)射得到的顏色 會(huì)發(fā)生變化。因此，還希望降低或者排除LED/染料系統(tǒng)中的染料遷移。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明將滿足這些及其他需求?？偟膩?lái)說(shuō)，本發(fā)明是一種照明系統(tǒng)，包括第一螺旋狀透光纖維和LED。該第一螺旋狀透光纖維摻雜有第一波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料并且限定螺旋軸 線。該LED具有用于發(fā)射第一顏色的光的發(fā)光部分。該LED與第一螺 旋纖維軸向?qū)R，使得LED發(fā)射的任何光的一部分通過(guò)第一螺旋纖維 的圈之間的開放空間并且LED發(fā)射的任何光的一部分將被第一螺旋纖 維接收并且被轉(zhuǎn)換成第二顏色的光。根據(jù)本發(fā)明的方面，第一螺旋狀纖維限定圓柱形內(nèi)部空間并且 LED是定位成發(fā)光部分在第一螺旋狀纖維內(nèi)部空間的內(nèi)部的側(cè)面發(fā)光 型LED。該系統(tǒng)還具有杯形光收集和混合部件，該光收集和混合部件 具有側(cè)壁、封閉端、開口端和內(nèi)部區(qū)域。該光收集和混合部件在第一 螺旋狀纖維內(nèi)部軸向?qū)R，使得以光收集混合部件的內(nèi)部區(qū)域容納 LED的發(fā)光部分和第一螺旋狀纖維。光收集和混合部件收集和混合第 一顏色的光和第二顏色的光，并且將混合后的光導(dǎo)出到開口端外部。 該系統(tǒng)還包括調(diào)節(jié)第一螺旋狀纖維的壓縮的裝置，用于調(diào)節(jié)第一螺旋 狀纖維的圈之間的開放空間的量，由此改變照明系統(tǒng)發(fā)射的第一顏色 的光和第二顏色的光的百分比。更具體而言，調(diào)節(jié)壓縮的裝置包括第一隔離部件和第一柱塞組件。 該隔離部件可以是透光管。該柱塞組件可以包括螺紋軸和螺紋軸接收 螺母。該LED可以具有與透光管的一端連接的基座部分。該螺紋螺母 可以與透光管的另一端連接。第一螺旋狀纖維位于透光管的內(nèi)部。該 螺紋軸被可旋轉(zhuǎn)地容納在螺紋螺母中，螺紋軸的一端鄰近第一螺旋狀 纖維的一端，使得螺紋軸的旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)第一螺旋狀纖維的壓縮以及第一 螺旋狀纖維的圈之間的開放空間。照明系統(tǒng)還可以具有位于透光管的外部周圍的透光部件，或者位 于光收集和混合部件的一部分內(nèi)部表面周圍的反光部件。透光部件和 反光部件都包括第二波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料，用于將LED發(fā)射的一部分光轉(zhuǎn)換 成第三顏色。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，該照明系統(tǒng)進(jìn)一步具有第二螺旋狀纖維， 第二螺旋狀纖維的直徑比第一螺旋狀纖維的直徑大，并且位于第一螺 旋狀纖維的周圍與第一螺旋狀纖維軸向?qū)R。第二螺旋狀纖維摻雜有 第二波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料。該照明系統(tǒng)進(jìn)一步可以具有調(diào)節(jié)第二螺旋狀纖維 的壓縮的裝置，包括第二透光管和可滑動(dòng)地容納在第二透光管內(nèi)部的 管狀柱塞。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，該照明系統(tǒng)具有環(huán)形透光部件和導(dǎo)光外 殼，該環(huán)形透光部件具有光學(xué)波導(dǎo)和光散射性質(zhì)，該導(dǎo)光外殼用于將來(lái)自LED和第一螺旋狀纖維的光導(dǎo)入環(huán)形透光部件中。該導(dǎo)光外殼可以具有盤形頂部反射部件，該盤形頂部反射部件覆蓋環(huán)形透光部件限 定的開口的頂部。頂部發(fā)射部件還可以是柔性的，用于調(diào)節(jié)第一螺旋 狀纖維的壓縮。根據(jù)本發(fā)明的再一方面，該照明系統(tǒng)可以具有透光桿，該透光桿的位置使得該透光桿的至少一部分在第一螺旋狀纖維的內(nèi)部。該LED 是頂部發(fā)射型LED并且定位以將光發(fā)射到透光桿的近端。反射器蓋在 該透光桿的遠(yuǎn)端上。該透光桿可以是燈泡形狀。根據(jù)本發(fā)明的又一方面，該照明系統(tǒng)可以具有透光管，該透光管 被定位使得透光管的至少一部分在第一螺旋狀纖維的內(nèi)部。反射器可 以形成在透光管的內(nèi)部，將光導(dǎo)出到透光管的外部。該照明系統(tǒng)進(jìn)一 步可以具有調(diào)節(jié)第一螺旋狀纖維的壓縮的裝置，例如螺線管。更進(jìn)一步，該系統(tǒng)可以具有摻雜有不同波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料并且平行地或者分成幾 部分地巻繞在透光管周圍的多種纖維。本發(fā)明的另一方面利用具有蝠蝙翅狀輻射圖形的LED和基本上以 圓頂形形成并且具有與LED的均勻中心輻射區(qū)域相對(duì)應(yīng)的開口頂部的 纖維。大小合適的頂蓋被置于圓頂形螺旋狀纖維的開口頂部上。在一個(gè)實(shí)施例中，透光桿包住第一螺旋狀纖維。透光桿和第一螺旋狀纖維同軸對(duì)齊，并且頂部發(fā)射型LED被定位成將光發(fā)射到透光桿的末端中。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的具有螺旋狀纖維"燈絲"的LED照明系統(tǒng)的 第一示例性實(shí)施例的剖面透視圖；圖2是LED照明系統(tǒng)的第一示例性實(shí)施例的側(cè)視圖，切掉了一部 分光收集和混合部件；圖3是根據(jù)本發(fā)明的LED照明系統(tǒng)的第二示例性實(shí)施例的剖面透視圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的LED照明系統(tǒng)的第三示例性實(shí)施例的側(cè)視 圖，切掉了一部分光收集和混合部件；圖5是根據(jù)本發(fā)明的L E D照明系統(tǒng)的第四示例性實(shí)施例的剖面透視圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明的LED照明系統(tǒng)的第五示例性實(shí)施例的透視圖；圖7A和圖7B是圖6的LED照明系統(tǒng)的側(cè)面視圖；圖8是根據(jù)本發(fā)明的LED照明系統(tǒng)的第六示例性實(shí)施例的剖面?zhèn)纫晥D；圖9是圖8的LED照明系統(tǒng)的非剖面?zhèn)纫晥D； 圖10A和圖10B是根據(jù)本發(fā)明的LED照明系統(tǒng)的第七示例性實(shí) 施例的側(cè)視圖；圖11A和圖11B是根據(jù)本發(fā)明的LED照明系統(tǒng)的第八示例性實(shí) 施例的側(cè)視圖；圖12A和圖12B是根據(jù)本發(fā)明的LED照明系統(tǒng)的第九示例性實(shí) 施例的側(cè)視圖；圖13是根據(jù)本發(fā)明的LED照明系統(tǒng)的第十示例性實(shí)施例的側(cè)視圖；圖14是示例性LED產(chǎn)生的輻射圖形的圖；圖15是根據(jù)本發(fā)明的LED照明系統(tǒng)的第十一示例性實(shí)施例的側(cè)視圖；圖16是根據(jù)本發(fā)明的LED照明系統(tǒng)的第十二示例性實(shí)施例的側(cè)視圖；圖17是圖16的LED照明系統(tǒng)的示例性實(shí)施例的變型的側(cè)視圖。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明是具有螺旋狀纖維"燈絲"的LED照明系統(tǒng)。A.第一示例性實(shí)施例單個(gè)螺旋狀纖維如圖1和圖2中所示，LED照明系統(tǒng)的第一示例性實(shí)施例10具有 螺旋狀纖維12、 LED 14、調(diào)節(jié)螺旋狀纖維12的壓縮的裝置16和光收 集和混合部件18。第一示例性實(shí)施例的螺旋狀纖維12是形成為圓柱形線圈、螺線或 螺旋狀物的透光纖維。螺旋狀纖維12摻雜有波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料，例如熒光 或者磷光染料或顏料。螺旋狀纖維12的螺旋軸線限定LED照明系統(tǒng) 10的中心軸線20。螺旋纖維12可以由透明或者磨砂透光材料，例如 丙烯酸等制成。第一示例性實(shí)施例的LED 14是側(cè)面發(fā)光型LED。 LED 14與螺旋 狀纖維12的螺旋軸線和LED照明系統(tǒng)的中心軸線20軸向?qū)R。而且， LED 14定位在螺旋狀纖維12限定的圓柱形內(nèi)部空間中。LED 14具有 發(fā)光部分21和基座部分22。 LED基座部分22提供LED 14的機(jī)械和 電連接。雖未示出操作LED 14的部件，包括用于向LED 14供電的電 線以及用于從LED 14中散熱的任何所必需的散熱部件，但這是本領(lǐng)域 技術(shù)人員已知的。調(diào)節(jié)第一示例性實(shí)施例的螺旋狀纖維12的壓縮的裝置16包括隔離部件24、柱塞組件26以及基座部分22。螺旋狀纖維12位于柱塞組 件26和LED基座部分22之間，隔離部件24將柱塞組件26與LED基 座部分22分隔開。更具體而言，第一示例性實(shí)施例的隔離部件24是 透光管28，并且柱塞組件26包括螺紋軸30和螺紋軸接收螺母32，基 座部分22與透光管28的一端連接，使LED發(fā)光部分21位于透光管 28的內(nèi)部。螺紋軸接收螺母32與透光管28的另一端連接。螺旋狀纖 維12位于透光管28的內(nèi)部，并且位于LED發(fā)光部分21的周圍并鄰近 LED基座部分22。螺紋軸30被容納在螺紋軸接收螺母32中，使得螺 紋軸30的一端鄰近螺旋狀纖維12。此外，調(diào)節(jié)螺旋狀纖維的壓縮的裝 置16還可以具有位于螺旋軸30和螺旋狀纖維12之間的盤形部件34。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解可以使用其他機(jī)械以及電動(dòng)機(jī)械調(diào)節(jié)裝 置，例如螺線管等調(diào)節(jié)此處描述的示例性實(shí)施例的螺旋狀纖維的壓縮， 而不脫離此處描述和要求保護(hù)的本發(fā)明的精神和范圍。光收集和混合部件18是杯形的并且定位成與LED照明系統(tǒng)10的 中心軸線20同軸且在LED發(fā)光部分21、螺旋狀纖維12和部分透光管 28的周圍。光收集和混合部件18具有封閉端36和開口端38。如圖l 和圖2中所示，螺紋軸接收螺母32可以被附加于封閉端36的外側(cè)， 并且封閉端36可以具有允許螺紋軸30突出通過(guò)封閉端36并且進(jìn)入到 光收集和混合部件18內(nèi)部的開口尺寸。在工作過(guò)程中，LED發(fā)光部分21發(fā)射第一波長(zhǎng)或者顏色的光。一 部分發(fā)射的光通過(guò)螺旋狀纖維12的圈之間的開放空間，并且一部分發(fā) 射的光被螺旋狀纖維12接收并且被轉(zhuǎn)換成第二波長(zhǎng)或者顏色的光。光 收集和混合部件18收集和混合第一顏色的光和第二顏色的光，并且將 混合后的光導(dǎo)出到開口端38夕卜。優(yōu)選地，LED 14發(fā)射具有色譜中藍(lán)色 區(qū)域(相對(duì)高能量和短波長(zhǎng))波長(zhǎng)的光，以及螺旋狀纖維12中的波長(zhǎng) 轉(zhuǎn)換材料將一部分發(fā)射的光轉(zhuǎn)換成第二顏色，使得混合后的光接近現(xiàn) 有的鉤絲光源的顏色和強(qiáng)度。有利地，柱塞組件26可以通過(guò)壓縮或解壓縮螺旋狀纖維12調(diào)節(jié) 螺旋狀纖維12的圈之間的開放空間，由此改變混合后的光中存在的第 一顏色的光和第二顏色的光的百分比以及混合后的光的視覺(jué)顏色。螺 紋軸30關(guān)于螺紋軸接收螺母32的旋轉(zhuǎn)將引起螺旋纖維12的壓縮或解 壓縮。盤形部件34防止螺旋纖維12被螺紋軸30擊中并扭曲。還有利地，螺旋狀纖維12相對(duì)小的纖維橫截面積起到降低或者排 除沿著纖維的任何一個(gè)點(diǎn)上的照明區(qū)域的任何不均勻，并且由此降低 或者排除因?yàn)檎彰鲄^(qū)域不均勻而發(fā)生的染料遷移。B. 第二示例性實(shí)施例透光部件在透光管的周圍 圖3示出第二示例性實(shí)施例40，與前面描述的系統(tǒng)相似，但是進(jìn)一步具有位于透光管28的外部周圍的摻雜有不同波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料的小型 透光部件42，例如半透明帶、第二纖維或者透光環(huán)形形狀部件(如所 示出的)。使用時(shí)，透光管部件42增加了導(dǎo)出光收集和混合部件18 的開口端38的混合光的顏色的另一調(diào)節(jié)度。C. 第三示例性實(shí)施例反光部件在光收集和混合部件的內(nèi)部表面 的周圍相似地，圖4中示出第三示例性實(shí)施例50，與結(jié)合圖1和圖2描 述的系統(tǒng)相似，但是進(jìn)一步具有光反射部件52，例如環(huán)形反射帶、涂 料涂層等，其包含位于光收集和混合部件18的部分內(nèi)部表面周圍的不 同波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料。使用時(shí)，反光部件52也增加了導(dǎo)出光收集和混合部 件18的開口端38的混合光的顏色的另一調(diào)節(jié)度。D. 第四示例性實(shí)施例兩根燈絲圖5示出了 LED照明系統(tǒng)的又一示例性實(shí)施例60。如圖所示，與 結(jié)合圖1和圖2描述的系統(tǒng)相似，示例性LED照明系統(tǒng)具有第一螺旋 狀纖維12、 LED 14、調(diào)節(jié)第一螺旋狀纖維12的壓縮的裝置16以及光收集和混合部件18。然而，圖5的示例性實(shí)施例還具有第二螺旋狀纖維62和調(diào)節(jié)第二螺旋狀纖維62的壓縮的裝置66。第一螺旋狀纖維12和第二螺旋狀纖維62都是形成為圓柱形線圈、 螺線或螺旋狀物的透光纖維。然而，第二螺旋狀纖維62的直徑比第一 螺旋狀纖維12的直徑大。第二螺旋狀纖維62位于第一螺旋狀纖維的 周圍并且與第一螺旋狀纖維12同軸對(duì)齊。第一螺旋狀纖維12摻雜有 第一波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料，并且第二螺旋狀纖維62摻雜有第二波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料。LED 14也是具有發(fā)光部分21和基座部分22的側(cè)面發(fā)光型LED。 LED 14定位使得其發(fā)光部分21位于第一螺旋狀纖維12限定的圓柱形 內(nèi)部空間的內(nèi)部。由于第二螺旋狀纖維62位于第一螺旋狀纖維12的 周圍，所以LED 14也位于第二螺旋狀纖維62限定的圓柱形內(nèi)部空間 的內(nèi)部。而且已經(jīng)示出用于向LED 14供電的電線68和起到用于從LED 14中散熱的散熱器作用的背襯板70。調(diào)節(jié)第一螺旋狀纖維12的壓縮的裝置16包括第一透光管28和圓 柱形柱塞72。第一透光管28的內(nèi)徑比第一螺旋狀纖維12的直徑大， 并且第一透光管28的外徑比第二螺旋狀纖維62的直徑小。第一透光 管28位于第一螺旋狀纖維12和第二螺旋狀纖維62之間。圓柱形柱塞 72的直徑略微小于第一透光管28的內(nèi)徑。圓柱形柱塞72被滑動(dòng)地容 納在第一透光管28的內(nèi)部，圓柱形柱塞72的一端鄰近第一螺旋狀纖 維12的一端。第一螺旋狀纖維12位于第一透光管28的內(nèi)部、在LED 發(fā)光部分21的周圍并且位于LED基座部分22和圓柱形柱塞72之間。調(diào)節(jié)第二螺旋狀纖維62的壓縮的裝置66包括第二透光管74和管 狀柱塞76。第二透光管74的內(nèi)徑略微大于第二螺旋狀纖維62的直徑。 第二透光管74位于第二螺旋狀纖維62的周圍。管狀柱塞76的直徑與 第二螺旋狀纖維62的直徑基本上相等。管狀柱塞76滑動(dòng)地容納在第 二透光管74和第一透光管28之間，并且管狀柱塞76的一端鄰近第二螺旋狀纖維62的一端。第二螺旋狀纖維62位于第一透光管28和第二 透光管74之間、在LED發(fā)光部分21的周圍并且位于LED基座部分 22和管狀柱塞76之間。光收集和混合部件18是杯形的并且在其杯形空腔中至少容納 LED發(fā)光部分21、第一螺旋狀纖維12和第二螺旋狀纖維62。光收集 和混合部件18用于收集和混合來(lái)自LED發(fā)光部分21、第一螺旋狀纖 維12和第二螺旋狀纖維62的光。光收集和混合部件18具有封閉端36 和開口端38。封閉端可以由具有反射內(nèi)表面的反射板80形成。封閉端 36還可以具有允許第二透光管74突出通過(guò)封閉端36并且進(jìn)入到光收 集混合部件18內(nèi)部并且用于保持第二透光管74在固定位置的開口尺 寸。優(yōu)選地，管狀柱塞76還具有縱向狹縫78，用于允許支撐結(jié)構(gòu)(未 示出)在第二透光管74和第一透光管28之間延伸，以便于保持第一 透光管28在固定位置。使用時(shí)，LED發(fā)光部分21發(fā)射第一波長(zhǎng)或者顏色的光。 一部分發(fā) 射的光通過(guò)第一螺旋狀纖維12和第二螺旋狀纖維62的圈之間的開放 空間。 一部分發(fā)射的光被第一螺旋狀纖維12接收并且被轉(zhuǎn)換成第二波 長(zhǎng)或者顏色的光。 一部分發(fā)射的光被第二螺旋狀纖維62接收并且被轉(zhuǎn) 換成第三波長(zhǎng)或者顏色的光。此外， 一部分第二波長(zhǎng)的光還可以被第 二螺旋狀纖維62接收并且被轉(zhuǎn)換成第三波長(zhǎng)的光。光收集和混合部件 18收集和混合第一顏色的光、第二顏色的光和第三顏色的光，然后將 混合后的光導(dǎo)出光收集和混合部件18的開口端38。有利地，圓柱形柱塞72和管狀柱塞76可以允許通過(guò)壓縮或解壓 縮第一螺旋狀纖維12和第二螺旋狀纖維62，分別調(diào)節(jié)第一螺旋狀纖維 12和第二螺旋狀纖維62的圈之間的開放空間，由此改變混合后的光中 存在的第一顏色的光、第二顏色的光和第三顏色的光的百分比以及混合后的光的視覺(jué)顏色。E.第五示例性實(shí)施例用于模擬五級(jí)管或者類似環(huán)形形狀照明的 照明裝置圖6是具有螺旋狀纖維燈絲的LED照明系統(tǒng)的第五示例性實(shí)施例 90的透視圖。第五示例性實(shí)施例90是用于模擬環(huán)形形狀的氖或者類似 照明的照明裝置，例如共同未審且共同受讓的申請(qǐng)?zhí)?1//421,502中描 述的，在此結(jié)合其整個(gè)公開內(nèi)容作為參考。第五示例性實(shí)施例90具有由透光介質(zhì)形成的環(huán)形形狀的透光部 件92。透光部件92具有發(fā)光表面94。使用時(shí)，透光部件92發(fā)射沿著 發(fā)光表面94具有基本上均勻強(qiáng)度或者亮度的光，模擬環(huán)形形狀的氖或 者類似照明。圖7A是圖6中第五示例性實(shí)施例90的側(cè)面視圖。如所示的，示 例性實(shí)施例90具有環(huán)形透光部件92、螺旋狀纖維12、 LED14、用于調(diào) 節(jié)螺旋狀纖維12的壓縮的裝置16和導(dǎo)光外殼96。透光部件92是"開槽"波導(dǎo)，具有光學(xué)波導(dǎo)和光散射特性。結(jié)果， 透光部件92沿著發(fā)光表面94發(fā)射具有作為氖或者類似照明的特性的 均勻性和亮度的光。LED 16沿著環(huán)形透光部件92的中心軸線定位。螺旋狀纖維12與透光部件92和LED 16同軸地定位。在所說(shuō)明的實(shí)施例中的導(dǎo)光外殼96具有頂部反射部件98和底部 反射部件IOO，用于將來(lái)在LED14的光導(dǎo)向透光部件92。頂部反射部 件98是盤形的并且覆蓋由環(huán)形透光部件92限定的開口的頂部。底部 發(fā)射部件100為環(huán)形并且覆蓋環(huán)形透光部件92限定的開口的底部。LED14被容納在環(huán)形底部反射部件100限定的開口中。因此，導(dǎo)光外殼96 將來(lái)自LED 14的光導(dǎo)入到透光部件92中，使得光僅僅通過(guò)透光部件 92發(fā)射。如圖7B中所示，頂部反射部件98是柔性的，使其還起到調(diào)節(jié)螺 旋狀纖維12的壓縮的裝置16的作用。通過(guò)調(diào)節(jié)螺旋狀纖維12的壓縮， 調(diào)節(jié)達(dá)到透光部件92的來(lái)自LED 14的光和來(lái)自螺旋狀纖維12的光的 混合光，改變通過(guò)透光部件92發(fā)射的光的視覺(jué)顏色。F.第六示例性實(shí)施例透光桿圖8示出LED照明系統(tǒng)的第六示例性實(shí)施例110，具有螺旋狀纖 維12、 LED 14、透光桿112、反射器114、基本透明的外套116和反射 性環(huán)/LED保持器/散熱器118。 LED 14位于反射性環(huán)/LED保持器/散熱 器118中以將光發(fā)射到桿112的近端中。優(yōu)選地，LED14是頂部發(fā)射 型LED。螺旋狀纖維12位于桿112的周圍，包圍至少一部分桿112。 反射器114蓋住桿112的遠(yuǎn)端122 (與LED14相反)?；就该鞯耐?套116包住桿112和螺旋狀纖維12。圖9示出組裝后的LED照明系統(tǒng)的第六示例性實(shí)施例110。此外， 光源包括位于LED 14和透光桿112之間的罐封化合物(未示出)。而 且，LED照明系統(tǒng)在LED 14和反射性環(huán)/LED保持器/散熱器118之間 包括導(dǎo)電性潤(rùn)滑脂(未示出)。此外，桿112的近端20可以是平滑的 或者粗糙的(lambertian)或者是曲面的。套116保持用于將桿112光 耦合到螺旋狀纖維12的折射率匹配流體(未示出)?？商鎿Q地，如果 桿112由散射性材料，例如DR丙烯酸制成，那么不需要用于將桿112 與螺旋狀纖維12連接的套116和折射率匹配流體。使用時(shí)，光通常沿著桿112的軸線傳導(dǎo)，桿112用作波導(dǎo)。折射 率匹配流體破壞螺旋狀纖維12和桿112之間的界面，并且使得螺旋狀 纖維12接收桿112發(fā)射的一部分光。螺旋狀纖維12的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料使通過(guò)螺旋狀纖維12的光具有與LED 14的顏色不同的顏色。反射器 114也將光導(dǎo)入到螺旋狀纖維12中。此外，另一反射器或者鏡子(未 示出)可以位于桿112的近端120處將光導(dǎo)入到螺旋狀纖維12中。因 此，螺旋狀纖維12起到"燈絲"的作用。根據(jù)下述六個(gè)變量可以控制發(fā)射的光的顏色(或者色調(diào))(a) LED 14發(fā)和的光的波長(zhǎng)或者顏色；(b)螺旋狀纖維12的巻繞密度；(c)螺旋狀纖維12的橫截面形狀；(d)螺旋狀纖維12的厚度；(e) 螺旋狀纖維12中染料的顏色和密度；以及(f)桿112和套116中任何 染料的顏色和密度。雖然必須預(yù)先建立許多變量，但是可以容易改變 螺旋狀纖維12的巻繞密度。G.第七示例性實(shí)施例具有螺線管調(diào)節(jié)器的透光管 在如圖IOA和10B中所示的第七示例性實(shí)施例130中，使用螺線 管132壓縮螺旋狀纖維12。第七示例性實(shí)施例130具有透光管131， 該透光管131具有形成在中間的反射器134以將光導(dǎo)出到桿112的側(cè) 面。應(yīng)當(dāng)注意可以使用除了螺線管132之外的壓縮裝置。此外，使用 其他反射器布置也不脫離本發(fā)明的教導(dǎo)。例如，形成的反射器134可 以沿著桿112的長(zhǎng)度移動(dòng)以獲得所需效果。通過(guò)以這種方式改變螺旋狀纖維12的巻繞密度，需要時(shí)可以改變 發(fā)射的光的顏色(或者色調(diào))。值得注目地，圖10A中允許逃逸的未 改變的光的量大于圖10B中的。在圖10B中，色調(diào)遠(yuǎn)離從LED 14發(fā) 射的光的未改變顏色并且朝向螺旋狀纖維12的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料發(fā)射的光 的色調(diào)偏移。如果使用磷光染料，即使在LED 14關(guān)閉之后螺旋狀纖維12也將 繼續(xù)發(fā)光。如果LED光源被放置在反射器或者收集器系統(tǒng)的焦點(diǎn)處， 將投射這種"余輝"。通過(guò)在管131中添加染料可以獲得其他好處。H. 第八示例性實(shí)施例具有多種平行巻繞的螺旋狀纖維的透光管圖IIA和IIB示出具有多種螺旋狀纖維12， 62， 142的第八示例 性實(shí)施例，每個(gè)螺旋狀纖維均摻雜有不同波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料。該多種螺旋 狀纖維12， 62， 142平行巻繞。I. 第九示例性實(shí)施例具有分成幾部分巻繞的多種螺旋狀纖維的透光管圖12A和12B示出具有多種螺旋狀纖維12， 62， 142的第八示例 性實(shí)施例，每個(gè)螺旋狀纖維均摻雜有不同波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料。該多種螺旋 狀纖維12， 62， 142分成幾部分巻繞。J.第十示例性實(shí)施例燈泡形桿圖13示出LED照明系統(tǒng)的第十示例性實(shí)施例160。第十實(shí)施例 160具有燈泡形桿162，其中燈泡形桿162具有近端164和遠(yuǎn)端166、 和位于遠(yuǎn)端166上的反射器168。 LED (未示出)可以被定位以將光發(fā) 射到燈泡形桿162的近端164中。在一種變型中，燈泡36摻雜有染料。 螺旋狀纖維12位于燈泡形桿162的周圍。螺旋狀纖維12摻雜有波長(zhǎng) 轉(zhuǎn)換材料。K.第十一示例性實(shí)施例圓頂形螺線狀纖維選擇抗染料遷移的幾何形狀和材料將提供具有降低或者排除了染 料遷移的LED照明系統(tǒng)。抗染料遷移的幾何形狀的一個(gè)方面是選擇橫 過(guò)其輻射強(qiáng)度圖形具有基本上均勻的部分的LED。例如，圖14示出由 U.S丄LC Lumileds Lighting購(gòu)買到的LED型號(hào)/部件no丄XHL-MBlC 產(chǎn)生的稱為蝠蝙翅狀圖形的輻射圖形170。如所示出的，輻射圖形170 在從大約-20至lj+20度的中心區(qū)域相當(dāng)均勻。然而，能夠引起染料遷移 的輻射強(qiáng)度梯度存在于中心區(qū)域的外側(cè)。圖15示出LED照明系統(tǒng)的第十一示例性實(shí)施例，其具有LED 14、 圓頂形螺旋狀纖維182和端頂蓋184。更具體而言，在這個(gè)實(shí)施例中， 選擇在擴(kuò)展到LED 14的輻射軸線周圍大約20度的中心區(qū)域中具有基 本均勻的輻射強(qiáng)度圖形的LED 14，例如上面描述的Lumiled LED。端 頂蓋184與LED 14隔開并且定位成使得其邊緣與LED 14的均勻輻射 強(qiáng)度圖形相交，與蝙蝠翅狀分布中示出的扁平區(qū)域相對(duì)應(yīng)。端頂蓋184 可以是摻雜有染料的透明或者半透明材料。由于橫過(guò)端頂蓋184輻射 強(qiáng)度圖形基本均勻地，所以使任何染料的遷移最小化。端頂蓋184還 可以是反射性材料。圓頂形螺旋狀纖維182集中在LED 14和端頂蓋184 之間的LED 14的輻射軸線上。選擇纖維的直徑，使得在螺旋狀纖維182 中的任何一點(diǎn)上相對(duì)強(qiáng)度的變化小于10%。K.第十二示例性實(shí)施例透光桿中包裹的螺旋狀纖維 圖16和17示出本發(fā)明的第十二示例性實(shí)施例，具有LED14、螺 旋狀纖維12和透光桿112。螺旋狀纖維12被包裹在透光桿112中。LED 14發(fā)射的光由透光桿112限制并且垂直于軸對(duì)稱分布。透光桿112可 以是透明的或者散射的。參考圖17，對(duì)透光桿的遠(yuǎn)端涂覆涂料或者裝 狹帶以反射光。本領(lǐng)域技術(shù)人員明白還可以有其他實(shí)施例而不脫離本發(fā)明的教導(dǎo) 或者下述權(quán)利要求限定的范圍。給出該詳細(xì)描述，以及特別是這里描 述的示例性實(shí)施例的具體細(xì)節(jié)主要是為了理解方便，由此要理解并不 是不必要的限制，閱讀該公開內(nèi)容時(shí)變型對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)也 是顯而易見(jiàn)的，并且可以進(jìn)行變形而不脫離本發(fā)明要求的精神或范圍。
權(quán)利要求
1.一種照明系統(tǒng)，包括以螺旋形狀形成的第一螺旋狀透光纖維，所述第一螺旋狀纖維摻雜有第一波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料，所述第一螺旋狀纖維限定螺旋軸線；和發(fā)光二極管(LED)，具有用于發(fā)射第一顏色的光的發(fā)光部分，所述LED與所述第一螺旋纖維軸向?qū)R，使得所述LED發(fā)射的任何光的一部分通過(guò)所述第一螺旋纖維的圈之間的開放空間，并且所述LED發(fā)射的任何光的一部分將被所述第一螺旋纖維接收并且被轉(zhuǎn)換成第二顏色的光。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的照明系統(tǒng)，其中，所述第一螺旋狀纖維 進(jìn)一步限定圓柱形內(nèi)部空間，其中所述LED是具有發(fā)光部分的側(cè)面發(fā) 光型LED,并且其中所述LED發(fā)光部分位于所述第一螺旋狀纖維的圓 柱形內(nèi)部空間中。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的照明系統(tǒng)，進(jìn)一步具有杯形的光收集和 混合部件，該光收集和混合部件具有側(cè)壁、封閉端、開口端和內(nèi)部區(qū) 域，并且與所述第一螺旋狀纖維軸向?qū)R，使得所述LED發(fā)光部分和 所述第一螺旋狀纖維容納在所述光收集和混合部件的內(nèi)部區(qū)域內(nèi)，由 此所述光收集和混合部件收集并混合第一顏色的光和第二顏色的光， 并且將混合后的光導(dǎo)出所述開口端。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的照明系統(tǒng)，進(jìn)一步包括調(diào)節(jié)所述第一螺 旋狀纖維的壓縮的裝置，用來(lái)調(diào)節(jié)所述第一螺旋狀纖維的所述圈之間 的開放空間的量，由此改變所述照明系統(tǒng)發(fā)射的所述第一顏色的光和 所述第二顏色的光的百分比。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的照明系統(tǒng)，其中，所述側(cè)面發(fā)光型LED 進(jìn)一步具有用于提供所述側(cè)面型發(fā)光LED的機(jī)械和電連接的基座部分，并且其中調(diào)節(jié)所述第一螺旋狀纖維的所述壓縮的所述裝置包括第 一隔離部件和第一柱塞組件，所述第一隔離部件將所述第一柱塞組件 與所述LED基座部分分隔開，所述第一螺旋狀纖維位于所述第一柱塞組件和所述LED基座部分之間。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的照明系統(tǒng)，其中，所述隔離部件是透光 管，并且其中所述柱塞組件包括螺紋軸和螺紋軸接收螺母，所述LED 基座部分連接在所述透光管的一端，所述螺紋軸接收螺母連接在所述 透光管的另一端，所述第一螺旋狀纖維位于所述透光管的內(nèi)部，所述 螺紋軸可旋轉(zhuǎn)地容納在所述螺紋軸接收螺母中，所述軸的一端鄰近所 述第一螺旋狀纖維的一端，使得所述螺紋軸的旋轉(zhuǎn)將調(diào)節(jié)所述第一螺 旋狀纖維的所述壓縮以及所述第一螺旋狀纖維的所述圈之間的所述開 放空間。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的照明系統(tǒng)，進(jìn)一步具有位于所述透光管 的外部周圍的透光部件，所述透光部件摻雜有第二波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的照明系統(tǒng)，進(jìn)一步具有位于所述光收集 和混合部件的一部分內(nèi)部表面周圍的反光部件，所述反光部件包括第 二波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料。
9. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的照明系統(tǒng)，進(jìn)一步具有直徑比所述第一 螺旋狀纖維的直徑大的第二螺旋狀纖維，所述第二螺旋狀纖維位于所 述第一螺旋狀纖維的周圍并與所述第一螺旋狀纖維軸向?qū)R，所述第 二螺旋狀纖維掾雜有第二波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料，使得所述LED發(fā)射的任何光 的一部分將通過(guò)所述第二螺旋狀纖維的圈之間的開放空間，并且所述 側(cè)面發(fā)光型LED發(fā)射的任何光的一部分將被所述第二螺旋狀纖維接收 并且被轉(zhuǎn)換成第三顏色的光。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的照明系統(tǒng)，其中，所述第一螺旋狀纖維進(jìn)一步限定圓柱形內(nèi)部空間，其中所述LED是具有發(fā)光部分的側(cè)面 發(fā)光型LED,并且其中所述LED發(fā)光部分位于所述第一螺旋狀纖維的 圓柱形內(nèi)部空間中。
11. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的照明系統(tǒng)，進(jìn)一步具有杯形的光收集 和混合部件，該光收集和混合部件具有側(cè)壁、封閉端、開口端和內(nèi)部 區(qū)域，并且與所述第一螺旋狀纖維軸向?qū)R，使得所述LED發(fā)光部分、 所述第一螺旋狀纖維和所述第二螺旋狀纖維被容納在所述光收集和混 合部件的內(nèi)部區(qū)域中，由此所述光收集和混合部件收集并混合第一顏 色的光、第二顏色的光和第三顏色的光，并且將混合后的光導(dǎo)出所述 開口端。
12. 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的照明系統(tǒng)，進(jìn)一步包括調(diào)節(jié)所述第一 螺旋狀纖維的壓縮的裝置，和調(diào)節(jié)所述第二螺旋狀纖維的壓縮的裝置， 用于調(diào)節(jié)所述第一螺旋狀纖維的圈之間的開放空間的量和所述第二螺 旋狀纖維的圈之間的開放空間的量，由此改變所述系統(tǒng)發(fā)射的所述第 一顏色的光、所述第二顏色的光和所述第三顏色的光的百分比。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的照明系統(tǒng)，其中所述側(cè)面發(fā)光型LED進(jìn)一步具有用于提供所述側(cè)面發(fā)光型 LED的機(jī)械和電連接的基座部分，其中，調(diào)節(jié)所述第一螺旋狀纖維的壓縮的所述裝置包括第一透光 管和滑動(dòng)地容納在所述第一透光管中的圓柱形柱塞，所述第一透光管 位于所述第一螺旋狀纖維和所述第二螺旋狀纖維之間，所述第一螺旋 狀纖維位于所述LED基座部分和所述圓柱形柱塞之間，并且其中，調(diào)節(jié)所述第二螺旋狀纖維的壓縮的所述裝置包括第二透光 管和滑動(dòng)地容納在所述第二透光管中的管形柱塞，所述第二透光管位 于所述第二螺旋狀纖維的周圍，所述第二螺旋狀纖維位于所述LED基 座部分和所述管形柱塞之間。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的照明裝置，其中，所述管形柱塞具有 縱向狹縫，用于允許支撐結(jié)構(gòu)在所述第二透光管和所述第一透光管之 間延伸，以便保持所述第一透光管在固定位置。
15. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的照明系統(tǒng)，進(jìn)一步具有 環(huán)形透光部件，具有光學(xué)波導(dǎo)和光散射性質(zhì)，且和所述第一螺旋狀纖維同軸地定位；以及導(dǎo)光外殼，用于將來(lái)自所述LED和所述第一螺旋狀纖維的光導(dǎo)入 所述透光部件中，使得所述環(huán)形透光部件將發(fā)射具有基本均勻的強(qiáng)度 或者亮度的光，用于模擬環(huán)形形狀的氖照明。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的照明系統(tǒng)，其中，所述導(dǎo)光外殼具有 盤形頂部反射部件，該盤形頂部反射部件覆蓋由所述環(huán)形透光部件限定的開口的頂部；以及環(huán)形底部反射部件，覆蓋由所述環(huán)形透光部件限定的所述開口的底部，所述LED被容納在由所述環(huán)形底部反射部件限定的開口中。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的照明系統(tǒng)，其中，所述頂部反射部件 是柔性的，用于調(diào)節(jié)所述第一螺旋狀纖維的壓縮。
18. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明系統(tǒng)，進(jìn)一步包括透光桿，所述透光桿定位成使得所述透光桿的至少一部分在所述 第一螺旋狀纖維的內(nèi)部，所述透光桿具有近端和遠(yuǎn)端；以及 蓋住所述透光桿的所述遠(yuǎn)端的反射器；其中，所述LED是被定位以將光發(fā)射到所述透光桿的所述近端中 的頂部發(fā)射型LED。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的照明系統(tǒng)，其中，所述透光桿由光散 射材料制成，用于將所述第一螺旋狀纖維光耦合到所述透光桿。
20. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的照明系統(tǒng)，進(jìn)一步具有 包住所述透光桿和所述第一螺旋狀纖維的基本上透明的外罩；以及填充所述外罩和所述透光桿之間的空隙的折射率匹配流體，用于 將所述第一螺旋狀纖維光耦合到所述透光桿。
21. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的照明系統(tǒng)，其中，所述透光桿是燈泡 形狀的。
22. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的照明系統(tǒng)，進(jìn)一步包括透光管，所述透光管定位成使得所述透光管的至少一部分在所述 第一螺旋狀纖維的內(nèi)部；在所述管的內(nèi)部形成的反射器，用來(lái)將光導(dǎo)出所述管的側(cè)面；以及調(diào)節(jié)所述第一螺旋狀纖維的壓縮的裝置，用于調(diào)節(jié)所述第一螺旋 狀纖維的圈之間的開放空間的量，由此改變由所述照明系統(tǒng)發(fā)射的所 述第一顏色的光和所述第二顏色的光的百分比。
23. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的照明系統(tǒng)，其中，調(diào)節(jié)所述第一螺旋 狀纖維的所述壓縮的所述裝置是螺線管。
24. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的照明系統(tǒng)，進(jìn)一步包括摻雜有第二波 長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料的第二螺旋狀透光纖維和摻雜有第三波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料的第三 螺旋狀透光纖維，所述第一螺旋狀纖維、第二螺旋狀纖維和第三螺旋 狀纖維被平行地巻繞在所述透光管的周圍。
25. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的照明系統(tǒng)，進(jìn)一步包括摻雜有第二波 長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料的第二螺旋狀透光纖維和摻雜有第三波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料的第三 螺旋狀透光纖維，所述第一螺旋狀纖維、第二螺旋狀纖維和第三螺旋 狀纖維被分開成幾部分地巻繞在所述透光管的周圍。
26. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明系統(tǒng)，其中，所述LED具有蝠蝙 翅狀輻射圖形，該圖形在所述LED的輻射軸線周圍具有均勻中心區(qū)域， 其中所述第一螺旋狀纖維形成為基本上圓頂形狀的螺旋狀物的形狀， 具有與所述LED輻射圖形均勻中心區(qū)域相對(duì)應(yīng)的開口頂部，并且進(jìn)一 步具有端頂蓋，該端頂蓋的尺寸使得其圓形邊緣與所述第一螺旋狀纖 維開口頂部相對(duì)應(yīng)，并且被定位成使得所述邊緣與所述LED的所述均 勻輻射強(qiáng)度圖形相交，選擇所述第一螺旋狀纖維的所述直徑，使得在 所述第一螺旋狀纖維中的任何點(diǎn)相對(duì)強(qiáng)度的變化小于10%。
27. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明系統(tǒng)，進(jìn)一步具有包住所述第一 螺旋狀纖維的透光桿，所述透光桿和所述第一螺旋狀纖維同軸對(duì)齊， 所述透光桿具有近端，其中所述LED是被定位成將光發(fā)射到所述透光 桿的所述近端中的頂部發(fā)射型LED。
28. 根據(jù)權(quán)利要求27所述的照明系統(tǒng)，其中，所述透光桿進(jìn)一步 具有遠(yuǎn)端，該遠(yuǎn)端具有用于將光反射回所述透光桿中的反光涂層。
全文摘要
一種照明系統(tǒng)包括螺旋狀透光纖維和LED。該螺旋狀透光纖維摻雜有第一波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料并且限定螺旋軸線。該LED具有用于發(fā)射第一顏色的光的發(fā)光部分。該LED與第一螺旋狀纖維軸向?qū)R，使得LED發(fā)射的任何光的一部分通過(guò)第一螺旋狀纖維的圈之間的開放空間并且LED發(fā)射的任何光的一部分將被第一螺旋狀纖維接收并且被轉(zhuǎn)換成第二顏色的光。螺旋狀纖維的壓縮的調(diào)節(jié)將調(diào)節(jié)系統(tǒng)發(fā)射的光中顏色的混合。而且，纖維的相對(duì)小的橫截面積起到了減輕纖維中任何染料的遷移的作用。
文檔編號(hào)F21V7/04GK101258359SQ200680032889
公開日2008年9月3日 申請(qǐng)日期2006年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月8日
發(fā)明者喬治·R·赫爾斯 申請(qǐng)人:埃萊特技術(shù)公司