具有螺旋状纤维灯丝的led照明系统的制作方法

专利名称：具有螺旋状纤维灯丝的led照明系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有螺旋状纤维"灯丝"的发光二极管(LED) 照明系统。
背景技术：
重量轻、耐损耗、高强度的LED已经向关注替代传统钨灯丝光源 的人们显示出很大的希望。然而，使用这种LED的问题在于可用的可 见彩色光谱受到LED颜色的有限可用性的限制。因此，在共同受让的 US专利号No.7,011,421中以及在共同未审US专利申请序号 No.ll/025，019中，在此也结合其中公开的全部内容作为参考，描述了 使用荧光和磷光染料的照明装置，由此允许发射出单独使用LED而通 常不能获得的彩色光，而该照明装置的成本和复杂性并没有显著增加。 然而，还希望能够容易调节由这种LED/染料系统发射出的光的颜色。此外，在不均匀的照明区域荧光染料会迁移。不均匀的照明区域 会使暴露在较高密度中的染料振动和变"热"，这接着会使染料迁移 离开该较高密度位置。当染料迁移时，LED/染料系统发射得到的颜色 会发生变化。因此，还希望降低或者排除LED/染料系统中的染料迁移。发明内容本发明将满足这些及其他需求。总的来说，本发明是一种照明系统，包括第一螺旋状透光纤维和LED。该第一螺旋状透光纤维掺杂有第一波长转换材料并且限定螺旋轴 线。该LED具有用于发射第一颜色的光的发光部分。该LED与第一螺 旋纤维轴向对齐，使得LED发射的任何光的一部分通过第一螺旋纤维 的圈之间的开放空间并且LED发射的任何光的一部分将被第一螺旋纤 维接收并且被转换成第二颜色的光。根据本发明的方面，第一螺旋状纤维限定圆柱形内部空间并且 LED是定位成发光部分在第一螺旋状纤维内部空间的内部的侧面发光 型LED。该系统还具有杯形光收集和混合部件，该光收集和混合部件 具有侧壁、封闭端、开口端和内部区域。该光收集和混合部件在第一 螺旋状纤维内部轴向对齐，使得以光收集混合部件的内部区域容纳 LED的发光部分和第一螺旋状纤维。光收集和混合部件收集和混合第 一颜色的光和第二颜色的光，并且将混合后的光导出到开口端外部。 该系统还包括调节第一螺旋状纤维的压縮的装置，用于调节第一螺旋 状纤维的圈之间的开放空间的量，由此改变照明系统发射的第一颜色 的光和第二颜色的光的百分比。更具体而言，调节压縮的装置包括第一隔离部件和第一柱塞组件。 该隔离部件可以是透光管。该柱塞组件可以包括螺纹轴和螺纹轴接收 螺母。该LED可以具有与透光管的一端连接的基座部分。该螺纹螺母 可以与透光管的另一端连接。第一螺旋状纤维位于透光管的内部。该 螺纹轴被可旋转地容纳在螺纹螺母中，螺纹轴的一端邻近第一螺旋状 纤维的一端，使得螺纹轴的旋转调节第一螺旋状纤维的压縮以及第一 螺旋状纤维的圈之间的开放空间。照明系统还可以具有位于透光管的外部周围的透光部件，或者位 于光收集和混合部件的一部分内部表面周围的反光部件。透光部件和 反光部件都包括第二波长转换材料，用于将LED发射的一部分光转换 成第三颜色。根据本发明的另一方面，该照明系统进一步具有第二螺旋状纤维， 第二螺旋状纤维的直径比第一螺旋状纤维的直径大，并且位于第一螺 旋状纤维的周围与第一螺旋状纤维轴向对齐。第二螺旋状纤维掺杂有 第二波长转换材料。该照明系统进一步可以具有调节第二螺旋状纤维 的压縮的装置，包括第二透光管和可滑动地容纳在第二透光管内部的 管状柱塞。根据本发明的另一方面，该照明系统具有环形透光部件和导光外 壳，该环形透光部件具有光学波导和光散射性质，该导光外壳用于将来自LED和第一螺旋状纤维的光导入环形透光部件中。该导光外壳可以具有盘形顶部反射部件，该盘形顶部反射部件覆盖环形透光部件限 定的开口的顶部。顶部发射部件还可以是柔性的，用于调节第一螺旋 状纤维的压縮。根据本发明的再一方面，该照明系统可以具有透光杆，该透光杆的位置使得该透光杆的至少一部分在第一螺旋状纤维的内部。该LED 是顶部发射型LED并且定位以将光发射到透光杆的近端。反射器盖在 该透光杆的远端上。该透光杆可以是灯泡形状。根据本发明的又一方面，该照明系统可以具有透光管，该透光管 被定位使得透光管的至少一部分在第一螺旋状纤维的内部。反射器可 以形成在透光管的内部，将光导出到透光管的外部。该照明系统进一 步可以具有调节第一螺旋状纤维的压縮的装置，例如螺线管。更进一步，该系统可以具有掺杂有不同波长转换材料并且平行地或者分成几 部分地巻绕在透光管周围的多种纤维。本发明的另一方面利用具有蝠蝙翅状辐射图形的LED和基本上以 圆顶形形成并且具有与LED的均匀中心辐射区域相对应的开口顶部的 纤维。大小合适的顶盖被置于圆顶形螺旋状纤维的开口顶部上。在一个实施例中，透光杆包住第一螺旋状纤维。透光杆和第一螺旋状纤维同轴对齐，并且顶部发射型LED被定位成将光发射到透光杆的末端中。


图1是根据本发明的具有螺旋状纤维"灯丝"的LED照明系统的 第一示例性实施例的剖面透视图；图2是LED照明系统的第一示例性实施例的侧视图，切掉了一部 分光收集和混合部件；图3是根据本发明的LED照明系统的第二示例性实施例的剖面透视图；图4是根据本发明的LED照明系统的第三示例性实施例的侧视 图，切掉了一部分光收集和混合部件；图5是根据本发明的L E D照明系统的第四示例性实施例的剖面透视图；图6是根据本发明的LED照明系统的第五示例性实施例的透视图；图7A和图7B是图6的LED照明系统的侧面视图；图8是根据本发明的LED照明系统的第六示例性实施例的剖面侧视图；图9是图8的LED照明系统的非剖面侧视图； 图10A和图10B是根据本发明的LED照明系统的第七示例性实 施例的侧视图；图11A和图11B是根据本发明的LED照明系统的第八示例性实 施例的侧视图；图12A和图12B是根据本发明的LED照明系统的第九示例性实 施例的侧视图；图13是根据本发明的LED照明系统的第十示例性实施例的侧视图；图14是示例性LED产生的辐射图形的图；图15是根据本发明的LED照明系统的第十一示例性实施例的侧视图；图16是根据本发明的LED照明系统的第十二示例性实施例的侧视图；图17是图16的LED照明系统的示例性实施例的变型的侧视图。
具体实施方式
本发明是具有螺旋状纤维"灯丝"的LED照明系统。A.第一示例性实施例单个螺旋状纤维如图1和图2中所示，LED照明系统的第一示例性实施例10具有 螺旋状纤维12、 LED 14、调节螺旋状纤维12的压縮的装置16和光收 集和混合部件18。第一示例性实施例的螺旋状纤维12是形成为圆柱形线圈、螺线或 螺旋状物的透光纤维。螺旋状纤维12摻杂有波长转换材料，例如荧光 或者磷光染料或颜料。螺旋状纤维12的螺旋轴线限定LED照明系统 10的中心轴线20。螺旋纤维12可以由透明或者磨砂透光材料，例如 丙烯酸等制成。第一示例性实施例的LED 14是侧面发光型LED。 LED 14与螺旋 状纤维12的螺旋轴线和LED照明系统的中心轴线20轴向对齐。而且， LED 14定位在螺旋状纤维12限定的圆柱形内部空间中。LED 14具有 发光部分21和基座部分22。 LED基座部分22提供LED 14的机械和 电连接。虽未示出操作LED 14的部件，包括用于向LED 14供电的电 线以及用于从LED 14中散热的任何所必需的散热部件，但这是本领域 技术人员已知的。调节第一示例性实施例的螺旋状纤维12的压縮的装置16包括隔离部件24、柱塞组件26以及基座部分22。螺旋状纤维12位于柱塞组 件26和LED基座部分22之间，隔离部件24将柱塞组件26与LED基 座部分22分隔开。更具体而言，第一示例性实施例的隔离部件24是 透光管28，并且柱塞组件26包括螺纹轴30和螺纹轴接收螺母32，基 座部分22与透光管28的一端连接，使LED发光部分21位于透光管 28的内部。螺纹轴接收螺母32与透光管28的另一端连接。螺旋状纤 维12位于透光管28的内部，并且位于LED发光部分21的周围并邻近 LED基座部分22。螺纹轴30被容纳在螺纹轴接收螺母32中，使得螺 纹轴30的一端邻近螺旋状纤维12。此外，调节螺旋状纤维的压縮的装 置16还可以具有位于螺旋轴30和螺旋状纤维12之间的盘形部件34。本领域技术人员应当理解可以使用其他机械以及电动机械调节装 置，例如螺线管等调节此处描述的示例性实施例的螺旋状纤维的压縮， 而不脱离此处描述和要求保护的本发明的精神和范围。光收集和混合部件18是杯形的并且定位成与LED照明系统10的 中心轴线20同轴且在LED发光部分21、螺旋状纤维12和部分透光管 28的周围。光收集和混合部件18具有封闭端36和开口端38。如图l 和图2中所示，螺纹轴接收螺母32可以被附加于封闭端36的外侧， 并且封闭端36可以具有允许螺纹轴30突出通过封闭端36并且进入到 光收集和混合部件18内部的开口尺寸。在工作过程中，LED发光部分21发射第一波长或者颜色的光。一 部分发射的光通过螺旋状纤维12的圈之间的开放空间，并且一部分发 射的光被螺旋状纤维12接收并且被转换成第二波长或者颜色的光。光 收集和混合部件18收集和混合第一颜色的光和第二颜色的光，并且将 混合后的光导出到开口端38夕卜。优选地，LED 14发射具有色谱中蓝色 区域(相对高能量和短波长)波长的光，以及螺旋状纤维12中的波长 转换材料将一部分发射的光转换成第二颜色，使得混合后的光接近现 有的钩丝光源的颜色和强度。有利地，柱塞组件26可以通过压縮或解压縮螺旋状纤维12调节 螺旋状纤维12的圈之间的开放空间，由此改变混合后的光中存在的第 一颜色的光和第二颜色的光的百分比以及混合后的光的视觉颜色。螺 纹轴30关于螺纹轴接收螺母32的旋转将引起螺旋纤维12的压縮或解 压缩。盘形部件34防止螺旋纤维12被螺纹轴30击中并扭曲。还有利地，螺旋状纤维12相对小的纤维横截面积起到降低或者排 除沿着纤维的任何一个点上的照明区域的任何不均匀，并且由此降低 或者排除因为照明区域不均匀而发生的染料迁移。B. 第二示例性实施例透光部件在透光管的周围 图3示出第二示例性实施例40，与前面描述的系统相似，但是进一步具有位于透光管28的外部周围的掺杂有不同波长转换材料的小型 透光部件42，例如半透明带、第二纤维或者透光环形形状部件(如所 示出的)。使用时，透光管部件42增加了导出光收集和混合部件18 的开口端38的混合光的颜色的另一调节度。C. 第三示例性实施例反光部件在光收集和混合部件的内部表面 的周围相似地，图4中示出第三示例性实施例50，与结合图1和图2描 述的系统相似，但是进一步具有光反射部件52，例如环形反射带、涂 料涂层等，其包含位于光收集和混合部件18的部分内部表面周围的不 同波长转换材料。使用时，反光部件52也增加了导出光收集和混合部 件18的开口端38的混合光的颜色的另一调节度。D. 第四示例性实施例两根灯丝图5示出了 LED照明系统的又一示例性实施例60。如图所示，与 结合图1和图2描述的系统相似，示例性LED照明系统具有第一螺旋 状纤维12、 LED 14、调节第一螺旋状纤维12的压縮的装置16以及光收集和混合部件18。然而，图5的示例性实施例还具有第二螺旋状纤维62和调节第二螺旋状纤维62的压縮的装置66。第一螺旋状纤维12和第二螺旋状纤维62都是形成为圆柱形线圈、 螺线或螺旋状物的透光纤维。然而，第二螺旋状纤维62的直径比第一 螺旋状纤维12的直径大。第二螺旋状纤维62位于第一螺旋状纤维的 周围并且与第一螺旋状纤维12同轴对齐。第一螺旋状纤维12掺杂有 第一波长转换材料，并且第二螺旋状纤维62掺杂有第二波长转换材料。LED 14也是具有发光部分21和基座部分22的侧面发光型LED。 LED 14定位使得其发光部分21位于第一螺旋状纤维12限定的圆柱形 内部空间的内部。由于第二螺旋状纤维62位于第一螺旋状纤维12的 周围，所以LED 14也位于第二螺旋状纤维62限定的圆柱形内部空间 的内部。而且已经示出用于向LED 14供电的电线68和起到用于从LED 14中散热的散热器作用的背衬板70。调节第一螺旋状纤维12的压縮的装置16包括第一透光管28和圆 柱形柱塞72。第一透光管28的内径比第一螺旋状纤维12的直径大， 并且第一透光管28的外径比第二螺旋状纤维62的直径小。第一透光 管28位于第一螺旋状纤维12和第二螺旋状纤维62之间。圆柱形柱塞 72的直径略微小于第一透光管28的内径。圆柱形柱塞72被滑动地容 纳在第一透光管28的内部，圆柱形柱塞72的一端邻近第一螺旋状纤 维12的一端。第一螺旋状纤维12位于第一透光管28的内部、在LED 发光部分21的周围并且位于LED基座部分22和圆柱形柱塞72之间。调节第二螺旋状纤维62的压缩的装置66包括第二透光管74和管 状柱塞76。第二透光管74的内径略微大于第二螺旋状纤维62的直径。 第二透光管74位于第二螺旋状纤维62的周围。管状柱塞76的直径与 第二螺旋状纤维62的直径基本上相等。管状柱塞76滑动地容纳在第 二透光管74和第一透光管28之间，并且管状柱塞76的一端邻近第二螺旋状纤维62的一端。第二螺旋状纤维62位于第一透光管28和第二 透光管74之间、在LED发光部分21的周围并且位于LED基座部分 22和管状柱塞76之间。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纳 LED发光部分21、第一螺旋状纤维12和第二螺旋状纤维62。光收集 和混合部件18用于收集和混合来自LED发光部分21、第一螺旋状纤 维12和第二螺旋状纤维62的光。光收集和混合部件18具有封闭端36 和开口端38。封闭端可以由具有反射内表面的反射板80形成。封闭端 36还可以具有允许第二透光管74突出通过封闭端36并且进入到光收 集混合部件18内部并且用于保持第二透光管74在固定位置的开口尺 寸。优选地，管状柱塞76还具有纵向狭缝78，用于允许支撑结构(未 示出)在第二透光管74和第一透光管28之间延伸，以便于保持第一 透光管28在固定位置。使用时，LED发光部分21发射第一波长或者颜色的光。 一部分发 射的光通过第一螺旋状纤维12和第二螺旋状纤维62的圈之间的开放 空间。 一部分发射的光被第一螺旋状纤维12接收并且被转换成第二波 长或者颜色的光。 一部分发射的光被第二螺旋状纤维62接收并且被转 换成第三波长或者颜色的光。此外， 一部分第二波长的光还可以被第 二螺旋状纤维62接收并且被转换成第三波长的光。光收集和混合部件 18收集和混合第一颜色的光、第二颜色的光和第三颜色的光，然后将 混合后的光导出光收集和混合部件18的开口端38。有利地，圆柱形柱塞72和管状柱塞76可以允许通过压縮或解压 縮第一螺旋状纤维12和第二螺旋状纤维62，分别调节第一螺旋状纤维 12和第二螺旋状纤维62的圈之间的开放空间，由此改变混合后的光中 存在的第一颜色的光、第二颜色的光和第三颜色的光的百分比以及混合后的光的视觉颜色。E.第五示例性实施例用于模拟五级管或者类似环形形状照明的 照明装置图6是具有螺旋状纤维灯丝的LED照明系统的第五示例性实施例 90的透视图。第五示例性实施例90是用于模拟环形形状的氖或者类似 照明的照明装置，例如共同未审且共同受让的申请号11//421,502中描 述的，在此结合其整个公开内容作为参考。第五示例性实施例90具有由透光介质形成的环形形状的透光部 件92。透光部件92具有发光表面94。使用时，透光部件92发射沿着 发光表面94具有基本上均匀强度或者亮度的光，模拟环形形状的氖或 者类似照明。图7A是图6中第五示例性实施例90的侧面视图。如所示的，示 例性实施例90具有环形透光部件92、螺旋状纤维12、 LED14、用于调 节螺旋状纤维12的压縮的装置16和导光外壳96。透光部件92是"开槽"波导，具有光学波导和光散射特性。结果， 透光部件92沿着发光表面94发射具有作为氖或者类似照明的特性的 均匀性和亮度的光。LED 16沿着环形透光部件92的中心轴线定位。螺旋状纤维12与透光部件92和LED 16同轴地定位。在所说明的实施例中的导光外壳96具有顶部反射部件98和底部 反射部件IOO，用于将来在LED14的光导向透光部件92。顶部反射部 件98是盘形的并且覆盖由环形透光部件92限定的开口的顶部。底部 发射部件100为环形并且覆盖环形透光部件92限定的开口的底部。LED14被容纳在环形底部反射部件100限定的开口中。因此，导光外壳96 将来自LED 14的光导入到透光部件92中，使得光仅仅通过透光部件 92发射。如图7B中所示，顶部反射部件98是柔性的，使其还起到调节螺 旋状纤维12的压缩的装置16的作用。通过调节螺旋状纤维12的压縮， 调节达到透光部件92的来自LED 14的光和来自螺旋状纤维12的光的 混合光，改变通过透光部件92发射的光的视觉颜色。F.第六示例性实施例透光杆图8示出LED照明系统的第六示例性实施例110，具有螺旋状纤 维12、 LED 14、透光杆112、反射器114、基本透明的外套116和反射 性环/LED保持器/散热器118。 LED 14位于反射性环/LED保持器/散热 器118中以将光发射到杆112的近端中。优选地，LED14是顶部发射 型LED。螺旋状纤维12位于杆112的周围，包围至少一部分杆112。 反射器114盖住杆112的远端122 (与LED14相反)。基本透明的外 套116包住杆112和螺旋状纤维12。图9示出组装后的LED照明系统的第六示例性实施例110。此外， 光源包括位于LED 14和透光杆112之间的罐封化合物(未示出)。而 且，LED照明系统在LED 14和反射性环/LED保持器/散热器118之间 包括导电性润滑脂(未示出)。此外，杆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保持用于将杆112光 耦合到螺旋状纤维12的折射率匹配流体(未示出)。可替换地，如果 杆112由散射性材料，例如DR丙烯酸制成，那么不需要用于将杆112 与螺旋状纤维12连接的套116和折射率匹配流体。使用时，光通常沿着杆112的轴线传导，杆112用作波导。折射 率匹配流体破坏螺旋状纤维12和杆112之间的界面，并且使得螺旋状 纤维12接收杆112发射的一部分光。螺旋状纤维12的波长转换材料使通过螺旋状纤维12的光具有与LED 14的颜色不同的颜色。反射器 114也将光导入到螺旋状纤维12中。此外，另一反射器或者镜子(未 示出)可以位于杆112的近端120处将光导入到螺旋状纤维12中。因 此，螺旋状纤维12起到"灯丝"的作用。根据下述六个变量可以控制发射的光的颜色(或者色调)(a) LED 14发和的光的波长或者颜色；(b)螺旋状纤维12的巻绕密度；(c)螺旋状纤维12的横截面形状；(d)螺旋状纤维12的厚度；(e) 螺旋状纤维12中染料的颜色和密度；以及(f)杆112和套116中任何 染料的颜色和密度。虽然必须预先建立许多变量，但是可以容易改变 螺旋状纤维12的巻绕密度。G.第七示例性实施例具有螺线管调节器的透光管 在如图IOA和10B中所示的第七示例性实施例130中，使用螺线 管132压縮螺旋状纤维12。第七示例性实施例130具有透光管131， 该透光管131具有形成在中间的反射器134以将光导出到杆112的侧 面。应当注意可以使用除了螺线管132之外的压縮装置。此外，使用 其他反射器布置也不脱离本发明的教导。例如，形成的反射器134可 以沿着杆112的长度移动以获得所需效果。通过以这种方式改变螺旋状纤维12的巻绕密度，需要时可以改变 发射的光的颜色(或者色调)。值得注目地，图10A中允许逃逸的未 改变的光的量大于图10B中的。在图10B中，色调远离从LED 14发 射的光的未改变颜色并且朝向螺旋状纤维12的波长转换材料发射的光 的色调偏移。如果使用磷光染料，即使在LED 14关闭之后螺旋状纤维12也将 继续发光。如果LED光源被放置在反射器或者收集器系统的焦点处， 将投射这种"余辉"。通过在管131中添加染料可以获得其他好处。H. 第八示例性实施例具有多种平行巻绕的螺旋状纤维的透光管图IIA和IIB示出具有多种螺旋状纤维12， 62， 142的第八示例 性实施例，每个螺旋状纤维均掺杂有不同波长转换材料。该多种螺旋 状纤维12， 62， 142平行巻绕。I. 第九示例性实施例具有分成几部分巻绕的多种螺旋状纤维的透光管图12A和12B示出具有多种螺旋状纤维12， 62， 142的第八示例 性实施例，每个螺旋状纤维均掺杂有不同波长转换材料。该多种螺旋 状纤维12， 62， 142分成几部分巻绕。J.第十示例性实施例灯泡形杆图13示出LED照明系统的第十示例性实施例160。第十实施例 160具有灯泡形杆162，其中灯泡形杆162具有近端164和远端166、 和位于远端166上的反射器168。 LED (未示出)可以被定位以将光发 射到灯泡形杆162的近端164中。在一种变型中，灯泡36掺杂有染料。 螺旋状纤维12位于灯泡形杆162的周围。螺旋状纤维12掺杂有波长 转换材料。K.第十一示例性实施例圆顶形螺线状纤维选择抗染料迁移的几何形状和材料将提供具有降低或者排除了染 料迁移的LED照明系统。抗染料迁移的几何形状的一个方面是选择横 过其辐射强度图形具有基本上均匀的部分的LED。例如，图14示出由 U.S丄LC Lumileds Lighting购买到的LED型号/部件no丄XHL-MBlC 产生的称为蝠蝙翅状图形的辐射图形170。如所示出的，辐射图形170 在从大约-20至lj+20度的中心区域相当均匀。然而，能够引起染料迁移 的辐射强度梯度存在于中心区域的外侧。图15示出LED照明系统的第十一示例性实施例，其具有LED 14、 圆顶形螺旋状纤维182和端顶盖184。更具体而言，在这个实施例中， 选择在扩展到LED 14的辐射轴线周围大约20度的中心区域中具有基 本均匀的辐射强度图形的LED 14，例如上面描述的Lumiled LED。端 顶盖184与LED 14隔开并且定位成使得其边缘与LED 14的均匀辐射 强度图形相交，与蝙蝠翅状分布中示出的扁平区域相对应。端顶盖184 可以是掺杂有染料的透明或者半透明材料。由于横过端顶盖184辐射 强度图形基本均匀地，所以使任何染料的迁移最小化。端顶盖184还 可以是反射性材料。圆顶形螺旋状纤维182集中在LED 14和端顶盖184 之间的LED 14的辐射轴线上。选择纤维的直径，使得在螺旋状纤维182 中的任何一点上相对强度的变化小于10%。K.第十二示例性实施例透光杆中包裹的螺旋状纤维 图16和17示出本发明的第十二示例性实施例，具有LED14、螺 旋状纤维12和透光杆112。螺旋状纤维12被包裹在透光杆112中。LED 14发射的光由透光杆112限制并且垂直于轴对称分布。透光杆112可 以是透明的或者散射的。参考图17，对透光杆的远端涂覆涂料或者装 狭带以反射光。本领域技术人员明白还可以有其他实施例而不脱离本发明的教导 或者下述权利要求限定的范围。给出该详细描述，以及特别是这里描 述的示例性实施例的具体细节主要是为了理解方便，由此要理解并不 是不必要的限制，阅读该公开内容时变型对于本领域技术人员来说也 是显而易见的，并且可以进行变形而不脱离本发明要求的精神或范围。
权利要求
1.一种照明系统，包括以螺旋形状形成的第一螺旋状透光纤维，所述第一螺旋状纤维掺杂有第一波长转换材料，所述第一螺旋状纤维限定螺旋轴线；和发光二极管(LED)，具有用于发射第一颜色的光的发光部分，所述LED与所述第一螺旋纤维轴向对齐，使得所述LED发射的任何光的一部分通过所述第一螺旋纤维的圈之间的开放空间，并且所述LED发射的任何光的一部分将被所述第一螺旋纤维接收并且被转换成第二颜色的光。
2. 根据权利要求l所述的照明系统，其中，所述第一螺旋状纤维 进一步限定圆柱形内部空间，其中所述LED是具有发光部分的侧面发 光型LED,并且其中所述LED发光部分位于所述第一螺旋状纤维的圆 柱形内部空间中。
3. 根据权利要求2所述的照明系统，进一步具有杯形的光收集和 混合部件，该光收集和混合部件具有侧壁、封闭端、开口端和内部区 域，并且与所述第一螺旋状纤维轴向对齐，使得所述LED发光部分和 所述第一螺旋状纤维容纳在所述光收集和混合部件的内部区域内，由 此所述光收集和混合部件收集并混合第一颜色的光和第二颜色的光， 并且将混合后的光导出所述开口端。
4. 根据权利要求3所述的照明系统，进一步包括调节所述第一螺 旋状纤维的压縮的装置，用来调节所述第一螺旋状纤维的所述圈之间 的开放空间的量，由此改变所述照明系统发射的所述第一颜色的光和 所述第二颜色的光的百分比。
5. 根据权利要求4所述的照明系统，其中，所述侧面发光型LED 进一步具有用于提供所述侧面型发光LED的机械和电连接的基座部分，并且其中调节所述第一螺旋状纤维的所述压縮的所述装置包括第 一隔离部件和第一柱塞组件，所述第一隔离部件将所述第一柱塞组件 与所述LED基座部分分隔开，所述第一螺旋状纤维位于所述第一柱塞组件和所述LED基座部分之间。
6. 根据权利要求5所述的照明系统，其中，所述隔离部件是透光 管，并且其中所述柱塞组件包括螺纹轴和螺纹轴接收螺母，所述LED 基座部分连接在所述透光管的一端，所述螺纹轴接收螺母连接在所述 透光管的另一端，所述第一螺旋状纤维位于所述透光管的内部，所述 螺纹轴可旋转地容纳在所述螺纹轴接收螺母中，所述轴的一端邻近所 述第一螺旋状纤维的一端，使得所述螺纹轴的旋转将调节所述第一螺 旋状纤维的所述压縮以及所述第一螺旋状纤维的所述圈之间的所述开 放空间。
7. 根据权利要求6所述的照明系统，进一步具有位于所述透光管 的外部周围的透光部件，所述透光部件掺杂有第二波长转换材料。
8. 根据权利要求6所述的照明系统，进一步具有位于所述光收集 和混合部件的一部分内部表面周围的反光部件，所述反光部件包括第 二波长转换材料。
9. 根据权利要求l所述的照明系统，进一步具有直径比所述第一 螺旋状纤维的直径大的第二螺旋状纤维，所述第二螺旋状纤维位于所 述第一螺旋状纤维的周围并与所述第一螺旋状纤维轴向对齐，所述第 二螺旋状纤维掾杂有第二波长转换材料，使得所述LED发射的任何光 的一部分将通过所述第二螺旋状纤维的圈之间的开放空间，并且所述 侧面发光型LED发射的任何光的一部分将被所述第二螺旋状纤维接收 并且被转换成第三颜色的光。
10. 根据权利要求9所述的照明系统，其中，所述第一螺旋状纤维进一步限定圆柱形内部空间，其中所述LED是具有发光部分的侧面 发光型LED,并且其中所述LED发光部分位于所述第一螺旋状纤维的 圆柱形内部空间中。
11. 根据权利要求IO所述的照明系统，进一步具有杯形的光收集 和混合部件，该光收集和混合部件具有侧壁、封闭端、开口端和内部 区域，并且与所述第一螺旋状纤维轴向对齐，使得所述LED发光部分、 所述第一螺旋状纤维和所述第二螺旋状纤维被容纳在所述光收集和混 合部件的内部区域中，由此所述光收集和混合部件收集并混合第一颜 色的光、第二颜色的光和第三颜色的光，并且将混合后的光导出所述 开口端。
12. 根据权利要求ll所述的照明系统，进一步包括调节所述第一 螺旋状纤维的压縮的装置，和调节所述第二螺旋状纤维的压縮的装置， 用于调节所述第一螺旋状纤维的圈之间的开放空间的量和所述第二螺 旋状纤维的圈之间的开放空间的量，由此改变所述系统发射的所述第 一颜色的光、所述第二颜色的光和所述第三颜色的光的百分比。
13. 根据权利要求12所述的照明系统，其中所述侧面发光型LED进一步具有用于提供所述侧面发光型 LED的机械和电连接的基座部分，其中，调节所述第一螺旋状纤维的压縮的所述装置包括第一透光 管和滑动地容纳在所述第一透光管中的圆柱形柱塞，所述第一透光管 位于所述第一螺旋状纤维和所述第二螺旋状纤维之间，所述第一螺旋 状纤维位于所述LED基座部分和所述圆柱形柱塞之间，并且其中，调节所述第二螺旋状纤维的压縮的所述装置包括第二透光 管和滑动地容纳在所述第二透光管中的管形柱塞，所述第二透光管位 于所述第二螺旋状纤维的周围，所述第二螺旋状纤维位于所述LED基 座部分和所述管形柱塞之间。
14. 根据权利要求13所述的照明装置，其中，所述管形柱塞具有 纵向狭缝，用于允许支撑结构在所述第二透光管和所述第一透光管之 间延伸，以便保持所述第一透光管在固定位置。
15. 根据权利要求l所述的照明系统，进一步具有 环形透光部件，具有光学波导和光散射性质，且和所述第一螺旋状纤维同轴地定位；以及导光外壳，用于将来自所述LED和所述第一螺旋状纤维的光导入 所述透光部件中，使得所述环形透光部件将发射具有基本均匀的强度 或者亮度的光，用于模拟环形形状的氖照明。
16. 根据权利要求15所述的照明系统，其中，所述导光外壳具有 盘形顶部反射部件，该盘形顶部反射部件覆盖由所述环形透光部件限定的开口的顶部；以及环形底部反射部件，覆盖由所述环形透光部件限定的所述开口的底部，所述LED被容纳在由所述环形底部反射部件限定的开口中。
17. 根据权利要求16所述的照明系统，其中，所述顶部反射部件 是柔性的，用于调节所述第一螺旋状纤维的压缩。
18. 根据权利要求1所述的照明系统，进一步包括透光杆，所述透光杆定位成使得所述透光杆的至少一部分在所述 第一螺旋状纤维的内部，所述透光杆具有近端和远端；以及 盖住所述透光杆的所述远端的反射器；其中，所述LED是被定位以将光发射到所述透光杆的所述近端中 的顶部发射型LED。
19. 根据权利要求18所述的照明系统，其中，所述透光杆由光散 射材料制成，用于将所述第一螺旋状纤维光耦合到所述透光杆。
20. 根据权利要求18所述的照明系统，进一步具有 包住所述透光杆和所述第一螺旋状纤维的基本上透明的外罩；以及填充所述外罩和所述透光杆之间的空隙的折射率匹配流体，用于 将所述第一螺旋状纤维光耦合到所述透光杆。
21. 根据权利要求18所述的照明系统，其中，所述透光杆是灯泡 形状的。
22. 根据权利要求l所述的照明系统，进一步包括透光管，所述透光管定位成使得所述透光管的至少一部分在所述 第一螺旋状纤维的内部；在所述管的内部形成的反射器，用来将光导出所述管的侧面；以及调节所述第一螺旋状纤维的压縮的装置，用于调节所述第一螺旋 状纤维的圈之间的开放空间的量，由此改变由所述照明系统发射的所 述第一颜色的光和所述第二颜色的光的百分比。
23. 根据权利要求22所述的照明系统，其中，调节所述第一螺旋 状纤维的所述压縮的所述装置是螺线管。
24. 根据权利要求22所述的照明系统，进一步包括掺杂有第二波 长转换材料的第二螺旋状透光纤维和掺杂有第三波长转换材料的第三 螺旋状透光纤维，所述第一螺旋状纤维、第二螺旋状纤维和第三螺旋 状纤维被平行地巻绕在所述透光管的周围。
25. 根据权利要求22所述的照明系统，进一步包括掺杂有第二波 长转换材料的第二螺旋状透光纤维和掺杂有第三波长转换材料的第三 螺旋状透光纤维，所述第一螺旋状纤维、第二螺旋状纤维和第三螺旋 状纤维被分开成几部分地巻绕在所述透光管的周围。
26. 根据权利要求1所述的照明系统，其中，所述LED具有蝠蝙 翅状辐射图形，该图形在所述LED的辐射轴线周围具有均匀中心区域， 其中所述第一螺旋状纤维形成为基本上圆顶形状的螺旋状物的形状， 具有与所述LED辐射图形均匀中心区域相对应的开口顶部，并且进一 步具有端顶盖，该端顶盖的尺寸使得其圆形边缘与所述第一螺旋状纤 维开口顶部相对应，并且被定位成使得所述边缘与所述LED的所述均 匀辐射强度图形相交，选择所述第一螺旋状纤维的所述直径，使得在 所述第一螺旋状纤维中的任何点相对强度的变化小于10%。
27. 根据权利要求1所述的照明系统，进一步具有包住所述第一 螺旋状纤维的透光杆，所述透光杆和所述第一螺旋状纤维同轴对齐， 所述透光杆具有近端，其中所述LED是被定位成将光发射到所述透光 杆的所述近端中的顶部发射型LED。
28. 根据权利要求27所述的照明系统，其中，所述透光杆进一步 具有远端，该远端具有用于将光反射回所述透光杆中的反光涂层。
全文摘要
一种照明系统包括螺旋状透光纤维和LED。该螺旋状透光纤维掺杂有第一波长转换材料并且限定螺旋轴线。该LED具有用于发射第一颜色的光的发光部分。该LED与第一螺旋状纤维轴向对齐，使得LED发射的任何光的一部分通过第一螺旋状纤维的圈之间的开放空间并且LED发射的任何光的一部分将被第一螺旋状纤维接收并且被转换成第二颜色的光。螺旋状纤维的压缩的调节将调节系统发射的光中颜色的混合。而且，纤维的相对小的横截面积起到了减轻纤维中任何染料的迁移的作用。
文档编号F21V7/04GK101258359SQ200680032889
公开日2008年9月3日 申请日期2006年7月8日 优先权日2005年7月8日
发明者乔治·R·赫尔斯 申请人:埃莱特技术公司