(57)【要約】  少なくとも１つの可撓性光拡散導波路（２１０’）が、互いに実質的に平行に配置された複数の光拡散導波路セグメント（２１２’，２１４’，２１６’）を画成するように配置されており、汎用照明目的のために、またはビデオディスプレイなどのディスプレイにおけるバックライトとして使用するのに適した可撓性照明パネルを提供するために少なくとも１つの光源（２１８ａ，２１８ｂ，２１８ｃ，２１９ａ，２１９ｂ，２１９ｃ）に結合されている。可撓性ビデオディスプレイを提供するように可撓性マトリクス・アドレス型パネルと組み合わせて使用できる多色可撓性バックライトを提供するために、多数の導波を異なるカラー光源に結合することができる。
2015501510.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可撓性照明パネルにおいて、
あるものから別のものに対して実質的に平行な縦軸を有する複数の導波路セグメントであって、各々が、隣接する導波路セグメントに対して密接に近接している導波路セグメントを画成するように配置された、１つの可撓性光拡散導波路または複数の可撓性光拡散導波路、および
前記１つの可撓性光拡散導波路または前記複数の可撓性光拡散導波路に結合された１つの光源または複数の光源、
を備えた可撓性照明パネル。
【請求項２】
前記光拡散導波路が、
（ｉ）ガラスコアであって、
（ａ）前記コア内に複数のナノサイズ構造を有する領域であって、前記光拡散導波路が照明波長で５０ｄＢ／ｋｍ超の散乱誘起減衰を有するように、前記ナノサイズ構造を介して外面に向かって導光を散乱させるように構成されたナノサイズ構造を有する領域と、
（ｂ）前記複数のナノサイズ構造を有する領域よりも高い屈折率デルタを有する、該複数のナノサイズ構造を有する領域を取り囲む中実ガラス領域と、
を含むガラスコア、および
（ｉｉ）前記コアを取り囲む低屈折率クラッドであって、前記中実ガラス領域よりも低い屈折率デルタを有するクラッド、
を含む、請求項１または８記載の可撓性照明パネル。
【請求項３】
（ｉ）前記低屈折率クラッドが、シリカに対して−０．５％未満の屈折率デルタを有する、および／または（ｉｉ）前記低屈折率クラッドが、ガラスまたはポリマーである、および／または（ｉｉｉ）前記導波路がファイバである、および／または（ｉｖ）前記ナノサイズ構造が、気体が充満した空隙である、および／または（ｖ）前記ファイバのコアが、５０μｍ超かつ５００μｍ未満の直径および／または０．２超の開口数を有する、請求項２記載の可撓性照明パネル。
【請求項４】
前記照明パネルから放出される光の色を制御するための手段をさらに備えた、請求項１記載の可撓性照明パネル。
【請求項５】
前記照明パネルから放出される光の色を制御するための手段が、（ｉ）前記導波路セグメント上および／またはその内部に配置された発光団を備える、および／または（ｉｉ）前記１つの可撓性光拡散導波路または前記複数の可撓性光拡散導波路を、異なる波長で放出する複数の光源に結合させる、請求項４記載の可撓性照明パネル。
【請求項６】
前記導波路セグメント上またはその内部に白色発光団が配置されている、請求項４記載の可撓性照明パネル。
【請求項７】
（ｉ）複数のレーザ光源が、前記１つの可撓性光拡散導波路または複数の可撓性光拡散導波路の各々に多重化される、および／または（ｉｉ）前記導波路セグメントが、２ミリメートル未満の距離だけ、隣接する導波路セグメントから間隔が置かれている、請求項１記載の可撓性照明パネル。
【請求項８】
可撓性表示パネルにおいて、
あるものから別のものに対して実質的に平行な縦軸を有する複数の導波路セグメントであって、各々が、隣接する導波路セグメントに対して密接に近接している導波路セグメントを画成するように配置された、少なくとも３つの可撓性光拡散導波路、および
画素アレイを画成するように前記複数の導波路セグメントに隣接して配置された平面において点アレイの各々で光を選択的に透過させるまたは遮断するための画素要素、
を備えた可撓性表示パネル。
【請求項９】
（ｉ）前記光を選択的に透過させるまたは遮断するための画素要素が液晶表示パネルである、および／または（ｉｉ）前記画素要素がシャッター要素である、および／または（ｉｉｉ）各々が異なる波長で放出する少なくとも３つの光源が、前記少なくとも３つの可撓性光拡散導波路の異なる１つに光学的に結合している、請求項８記載の可撓性表示パネル。
【請求項１０】
（ｉ）前記３つの光源が赤色、青色および緑色である、および／または（ｉｉ）前記３つの可撓性光拡散導波路の各々の上にまたはその内部に異なる発光団が配置されている、および／または（ｉｉｉ）前記３つの可撓性光拡散導波路の各々の上にまたはその内部に異なる発光団が配置されており、３つの該発光団が赤色光、青色光および緑色光を放出する、請求項８または９記載の可撓性表示パネル。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の説明】
【０００１】
本出願は、その内容がここに依拠され、全てがここに引用される、２０１１年１０月１１日に出願された米国仮特許出願第６１／５４５７１３号の米国法典第３５編第１１９条の下での優先権の恩恵を主張するものである。
【技術分野】
【０００２】
本開示は、１つ以上の光源に接続できる可撓性光拡散光導波路を用いた可撓性照明パネルに関する。
【背景技術】
【０００３】
柱、支柱または平らではない他の表面を包み込むためなどの、様々なディスプレイ用途および建築および／または装飾用途において、可撓性照明シートまたはパネルが有用であることが分かっている。そのような可撓性照明シートは、一般に、電極層の間に配された発光団を含むエレクトロルミネセント装置であった。その例に、そのうちの少なくとも一方が透明（例えば、インジウムスズ酸化物膜）である２つの電極の間に設置された有機発光団を有するエレクトロルミネセント層を備えた可撓性有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）装置がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＯＬＥＤ装置は比較的急激に劣化するために、可撓性照明シートまたはパネルを提供するための代わりの技術が望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
ある実施の形態によれば、互いに対して実質的に平行な縦軸を有し、互いに対して密接に接近して配置された複数の導波路セグメントを画成するように配置された、１つの可撓性光拡散導波路または複数の可撓性光拡散導波路を含む可撓性照明パネルが提供される。１つの可撓性導波路または複数の可撓性導波路に、１つの光源または複数の光源が結合されている。
【０００６】
ある実施の形態において、照明パネルから放出される光の色を制御するための手段が提供される。例えば、ある実施の形態において、照明パネルから放出される光の色は、導波路セグメント上またはその内部に発光団を含ませることによって、予め決定することができる。いくつかの実施の形態において、照明パネルから放出される光の色は、前記可撓性光拡散導波路または複数の光拡散導波路を、異なる波長で発光する複数の光源に結合することによって制御できる。
【０００７】
主に照明器具として使用される可撓性照明パネルの場合、導波路セグメント上またはその内部に白色発光団を配置してよい。
【０００８】
ある実施の形態によれば、複数の異なる波長の光のいずれかを放出できる可撓性照明パネルは、１つの光拡散導波路または複数の光拡散導波路の各々に多重化された複数の光源を使用することによって、提供される。
【０００９】
ある実施の形態によれば、光拡散導波路から構成された可撓性照明パネルは、可撓性マトリクス・アドレス型表示パネルのためのバックライトとして使用してよい。いくつかの実施の形態において、可撓性表示パネルは、複数の可撓性光拡散導波路により背面照明されたマトリクス・アドレス型液晶表示パネルを含んでもよい。カラーディスプレイは、例えば、それぞれ対応する赤色、青色および緑色の光源に結合された少なくとも３つの可撓性光拡散導波路を使用することによって、提供できる。
【００１０】
追加の特徴および利点は、以下の詳細な説明に述べられており、一部は、その説明から当業者に容易に明白であるか、または以下の詳細な説明、特許請求の範囲、並びに添付図面を含む、ここに記載された実施の形態を実施することによって認識されるであろう。
【００１１】
先の一般的な説明および以下の詳細な説明は、単なる例示であり、特許請求の範囲の性質および特徴を理解するための概要または骨子を提供することが意図されていることを理解すべきである。添付図面は、さらに理解するために含まれており、本明細書に包含され、その一部を構成する。図面は、１つ以上の実施の形態を図解しており、説明と共に、様々な実施の形態の原理および作動を説明する働きをする。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】光拡散光ファイバの例示の実施の形態の一部分の側面図
【図２】方向２−２に沿って見たときの、図１の光ファイバの断面図
【図３Ａ】光拡散ファイバの例示の実施の形態に関するファイバの半径に対する相対屈折率プロット
【図３Ｂ】光拡散ファイバの別の例示の実施の形態に関するファイバの半径に対する相対屈折率プロット
【図３Ｃ】光拡散ファイバの別の例示の実施の形態を示す断面図
【図４Ａ】波長（ｎｍ）に対するｄＢ／ｍで表されたファイバ減衰（損失）を示すグラフ
【図４Ｂ】波長（ｎｍ）に対するｄＢ／ｍで表されたファイバ減衰（損失）を示すグラフ
【図５】単一ファイバ内の２回の光通過を利用するファイバ配置を示す説明図
【図６Ａ】均一な張力（例ａ）および可変張力（例ｂ）でファイバが製造された場合の、ファイバに沿った強度分布を示すグラフ
【図６Ｂ】白色インクを有する場合とインクを有さない場合の散乱分布関数を示すグラフ
【図７】図５に示されたファイバ（ファイバの後端に結合された反射鏡を有する）に関する散乱と、被覆に白色インクを利用したファイバに関する散乱を示すグラフ
【図８Ａ】照明系の例示の実施の形態を示す説明図
【図８Ｂ】フラスコの形態にある生物学的槽と組み合わせて使用された照明系の例示の実施の形態の説明図
【図９】その上にまたはその中に赤色、緑色および青色の蛍光体が配置された３つの異なる可撓性光拡散導波路に結合されたただ１種類の紫外線源を使用した可撓性カラー表示パネルのバックライトの説明図
【図１０】個々の可撓性光拡散導波路に結合された多数のレーザを使用したカラーディスプレイのバックライトの説明図
【図１１】ある実施の形態による可撓性照明パネルの正面図
【図１２】可撓性照明パネルが多種多様な非平坦形状に従えることを説明するための管を包み込んだ図１１の可撓性照明パネルの斜視図
【図１３】可撓性バックライトおよび液晶ディスプレイを使用した、ある実施の形態によるカラーディスプレイの説明図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
ここで、その実施例が添付図面に図解されている、現在好ましい実施の形態を詳しく参照する。できるときはいつでも、図面に亘り、同じ部品または同様の部品を称するために、同じ参照番号が使用される。
【００１４】
以下の詳細な説明は、特許請求の範囲の性質および特徴を理解するための概要または骨子を提供することが意図された実施の形態を提示している。添付図面は、特許請求の範囲のさらなる理解を提供し、本明細書の一部を構成するように含まれ。図面は、様々な実施の形態を図解しており、説明と共に、特許請求の範囲に記載されたこれらの実施の形態の原理および作動を説明する働きをする。
【００１５】
特許請求の範囲の範囲内の実施例に、様々な改変および変更が行われてよく、異なる実施例の態様は、さらに別の実施例を達成するために異なる様式で組み合わせてもよい。したがって、請求項の真の範囲は、以下に限られないが、ここに記載された実施の形態を考慮して、本開示の全てから判断すべきである。
【００１６】
「可撓性光拡散導波路」という用語は、ファイバの側面から光を散乱または拡散して出し、よって、光が導波路のコアから導波路の外面を通って照明を提供するように導波されるために利用されるナノサイズ構造を利用した可撓性光導波路（例えば、光ファイバ）を称する。可撓性光拡散導波路が、ここに全てが引用される、米国特許出願第１２／９５００４５号（米国特許出願公開第２０１１／０１２２６４６Ａ１号）明細書に開示されている。
【００１７】
「導波路セグメント」という用語は、ただ１本の線状光拡散導波路、もしくは同じ可撓性光拡散導波路の曲げ部分またはセグメントの間に位置する可撓性光拡散導波路の線状部分のいずれを称してもよい。例えば、ただ１本の可撓性光拡散導波路は、あるものが別のものに隣接して配置された一連の平行な導波路セグメントであって、概してある面内に配列された導波路セグメントを提供するために、繰り返し１８０度曲げることができる。
【００１８】
「光源」という用語は、レーザ、発光ダイオード、または可視波長範囲内にあるか、または発光団と相互作用して、可視波長範囲の光を放出できる波長のいずれかである電磁放射線を放出できる他の構成要素を称する。
【００１９】
「放出される光の色を制御する」という表現は、放射光の波長を経時的に所望のように変更できる動的制御、または特定の発光団および／または光源の選択などにより、放出色が予め決定されている受動制御のいずれかを称する。
【００２０】
「発光団」という用語は、発光を生じる原子または化合物であって、多種多様なフルオロフォアおよび蛍光体を含む原子または化合物を称する。
【００２１】
「水平」、「垂直」、「前方」、「後方」などの用語、およびデカルト座標の使用は、図面における参照のため、および説明を容易にするためであり、説明または特許請求の範囲のいずれにおいても、絶対的な方向および／または向きへの厳密な制限を意図するものではない。
【００２２】
以下の用語および句は、ナノサイズの構造を有する光拡散ファイバに関して使用される。
【００２３】
「屈折率プロファイル」は、屈折率と導波路（ファイバ）の半径との間の関係である。
【００２４】
「相対屈折率パーセント」は、
Δ（ｒ）％＝１００×［ｎ（ｒ）2−ｎREF2］／２ｎ（ｒ）2
として定義され、式中、別記しない限り、ｎ（ｒ）は半径ｒでの屈折率である。屈折率パーセントは、別記しない限り、８５０ｎｍで定義される。１つの態様において、基準屈折率ｎREFは、８５０ｎｍでの１．４５２４９８の屈折率を有するシリカガラスであり、別の態様において、基準屈折率は、８５０ｎｍでのクラッドガラスの最大屈折率である。ここに用いたように、別記しない限り、相対屈折率はΔにより表され、その値は「％」の単位で与えられる。ある領域の屈折率が基準屈折率ｎREFより小さい場合、相対屈折率パーセントは負であり、低下領域または低下屈折率を有すると称され、最小相対屈折率は、別記しない限り、相対屈折率が最も負である地点で計算される。ある領域の屈折率が基準屈折率ｎREFより大きい場合、相対屈折率パーセントは正であり、その領域は、上昇している、または正の屈折率を有すると言うことができる。
【００２５】
「アップドーパント(updopant)」は、ここでは、純粋な未ドープのＳｉＯ2に対して屈折率を上昇させる性質を有するドーパントと考えられる。「ダウンドーパント(downdopant)」は、ここでは、純粋な未ドープのＳｉＯ2に対して屈折率を低下させる性質を有するドーパントと考えられる。アップドーパントは、アップドーパントではない１種類以上の他のドーパントが含まれるときに、負の相対屈折率を有する光ファイバの領域に存在してもよい。同様に、アップドーパントではない１種類以上の他のドーパントは、正の相対屈折率を有する光ファイバの領域に存在してもよい。ダウンドーパントは、ダウンドーパントではない１種類以上の他のドーパントが含まれるときに、正の相対屈折率を有する光ファイバの領域に存在してもよい。
【００２６】
同様に、ダウンドーパントではない１種類以上の他のドーパントは、負の相対屈折率を有する光ファイバの領域に存在してもよい。
【００２７】
「αプロファイル」または「アルファプロファイル」という用語は、ｒが半径である、「％」の単位で表されるΔ（ｒ）の観点で表される相対屈折率プロファイルであって、式
Δ（ｒ）＝Δ（ｒ0）（１−［｜ｒ−ｒ0｜／（ｒ1−ｒ0）］α）
に従い、式中、ｒ0は、Δ（ｒ）が最大である地点であり、ｒ1は、Δ（ｒ）％がゼロである地点であり、ｒは範囲ｒi≦ｒ≦ｒf内にあり、Δは先に定義されており、ｒiはαプロファイルの開始点であり、ｒfはαプロファイルの最終点であり、αは実数の指数である。
【００２８】
したがって、ここに用いたように、「放物線」という用語は、コア内の１つ以上の地点で２．０のα値からわずかに変動してもよい実質的に放物線状の屈折率プロファイル、並びにわずかな変動および／または中心線の下落を有するプロファイルを含む。いくつかの例示の実施の形態において、αは、８５０ｎｍで測定して、１．５より大きくかつ２．５未満、より好ましくは１．７より大きくかつ２．３まで、さらにより好ましくは１．８と２．３の間である。他の実施の形態におい、屈折率プロファイルの１つ以上のセグメントが、８５０ｎｍで測定して、８より大きい、より好ましくは１０より大きい、さらにより好ましくは２０より大きいα値を有する実質的にステップ型形状を有する。
【００２９】
「ナノ構造のファイバ領域」という用語は、多数（５０より多い）の気体充満空隙、または他のナノサイズの構造、例えば、ファイバの断面における５０超、１００超、または２００超の空隙を有する領域または区域を有するファイバを描写する。気体充満空隙は、例えば、ＳＯ2、Ｋｒ、Ａｒ、ＣＯ2、Ｎ2、Ｏ2、またはそれらの混合物を含有してよい。ここに記載されたナノサイズ構造（例えば、空隙）の断面サイズ（例えば、直径）は、１０ｎｍから１μｍ（例えば、５０ｎｍ〜５００ｎｍ）で様々であってよく、その長さは、１ミリメートルから５０メートルまで（例えば、２ｍｍから５メートル、または５ｍｍから１ｍの範囲）で様々であってよい。
【００３０】
標準的な単一モードまたは多モードの光ファイバにおいて、１３００ｎｍ未満の波長での損失はレイリー散乱により占められる。これらのレイリー散乱損失Ｌsは、材料の性質により決まり、典型的に、可視波長（４００〜７００ｎｍ）では約２０ｄＢ／ｋｍである。レイリー散乱損失は強力な波長依存性も有し（すなわち、Ｌs∝ｌ／λ4、図４Ｂ、比較ファイバＡを参照）、これは、入力光の９５％超を消散させるためには、少なくとも約１ｋｍから２ｋｍのファイバが必要であることを意味する。より短い長さのそのようなファイバでは、照明効率がより低下するであろうのに対し、長い長さ（１ｋｍから２ｋｍ、またはそれ以上）を使用すると、より費用がかかり、管理するのが難しくなり得る。長い長さのファイバを、バイオリアクタまたは他の照明系で使用すると、取付けが厄介であろう。
【００３１】
照明用途のある構成において、より短い長さ、例えば、１〜１００メートルのファイバを使用することが望ましい。これには、ファイバからの散乱損失の増加が必要とされるのに対し、良好な角散乱特性（ファイバの軸から離れる光の均一な消散）およびファイバの曲げ部での輝点を避けるための良好な曲げ性能を維持することができる。ここに記載された実施の形態の少なくともいくつかの望ましい属性は、ファイバ照明器の長手方向に沿って均一であり、高照度である。光ファイバは可撓性であるので、幅広い照明形状を展開することができる。ファイバの曲げ地点で（高い曲げ損失による）輝点を持たず、よって、ファイバにより提供される照明が、３０％を超えて変動しない、好ましくは２０％未満、より好ましくは１０％未満しか変動しないことが好ましい。例えば、少なくともいくつかの実施の形態において、ファイバの平均散乱損失は５０ｄＢ／ｋｍ超であり、散乱損失は、０．２ｍの長さの任意の所定のファイバセグメントに亘り３０％を超えて変動しない（すなわち、散乱損失は平均散乱損失の±３０％以内である）。少なくともいくつかの実施の形態によれば、ファイバの平均散乱損失は５０ｄＢ／ｋｍ超であり、散乱損失は、０．０５ｍ未満の長さのファイバセグメントに亘り３０％を超えて変動しない。少なくともいくつかの実施の形態によれば、ファイバの平均散乱損失は５０ｄＢ／ｋｍ超であり、散乱損失は、０．０１ｍの長さのファイバセグメントに亘り３０％を超えて変動しない（すなわち、±３０％）。少なくともいくつかの実施の形態によれば、ファイバの平均散乱損失は５０ｄＢ／ｋｍ超であり、散乱損失は、０．０５ｍ未満の長さのファイバセグメントに亘り２０％を超えて変動せず（すなわち、±２０％）、好ましくは１０％以下しか変動しない（すなわち、±１０％）。
【００３２】
少なくともいくつかの実施の形態において、ファイバの側面を通って入る積分（拡散）光強度の強度変動は、ファイバの目標長さについて３０％未満であり、この目標長さは、例えば、０．０２〜１００ｍの長さであり得る。特定の照明波長でファイバの側面を通る積分光の強度は、クラッドまたは被覆中に蛍光物質を組み込むことによって変えることができる。蛍光物質による光散乱の波長は、ファイバ中を伝搬する光の波長とは異なる。
【００３３】
以下の例示の実施の形態のいくつかにおいて、ファイバのコア区域に、またはコアの非常に近くに配置されたナノ構造ファイバ領域（ナノサイズ構造を有する領域）を有するファイバ設計について記載する。ファイバの実施の形態のいくつかは、５０ｄＢ／ｋｍを上回る（例えば、１００ｄＢ／ｋｍ超、２００ｄＢ／ｋｍ超、５００ｄＢ／ｋｍ超、１０００ｄＢ／ｋｍ超、３０００ｄＢ／ｋｍ超、５０００ｄＢ／ｋｍ超の）散乱損失を有し、その散乱損失（およびそれゆえ照明、またはこれらのファイバにより照射される光）は角度間隔で均一である。
【００３４】
ファイバにおける曲げ部での輝点を減少させるまたはなくすために、ファイバにおける９０°の曲げでの減衰の増加は、曲げ直径が５０ｍｍ未満である場合、５ｄＢ／ｔｕｒｎ未満（例えば、３ｄＢ／ｔｕｒｎ未満、２ｄＢ／ｔｕｒｎ未満、１ｄＢ／ｔｕｒｎ未満）であことが望ましい。例示の実施の形態において、これらの低い曲げ損失は、さらに小さい曲げ直径、例えば、２０ｍｍ未満、１０ｍｍ未満、さらには５ｍｍ未満で達成される。減衰の総増加が、５ｍｍの曲げ半径で９０度の曲げ当たり１ｄＢ未満であることが好ましい。
【００３５】
いくつかの実施の形態によれば、曲げ損失は、真っ直ぐなファイバのコアからの固有散乱損失と等しいまたはそれより低いことが好ましい。固有損失は主に、ナノサイズ構造からの散乱によるものである。それゆえ、少なくとも光ファイバの曲げに対して感度の低い実施の形態によれば、曲げ損失は、ファイバの固有散乱を超えない。しかしながら、散乱レベルは曲げ直径の関数であるので、ファイバの曲げ部の配置は、その散乱レベルに依存する。例えば、実施の形態のいくつかにおいて、ファイバは、３ｄＢ／ｔｕｒｎ未満、好ましくは２ｄＢ／ｔｕｒｎ未満の曲げ損失を有し、ファイバは、輝点を形成せずに、５ｍｍの半径ほど小さい半径を有する円弧に曲げることができる。
【００３６】
図１は、中心軸（「中心線」）１６を有する光拡散光ファイバ（以後、「ファイバ」）１２のコアに複数の空隙を有する光拡散ファイバの例示の実施の形態の一部分の説明のための側面図である。図２は、図１の方向２−２に沿って見た場合の光拡散光ファイバ１２の説明のための断面図である。光拡散ファイバ１２は、例えば、周期的または非周期的ナノサイズ構造３２（例えば、空隙）を有するナノサイズファイバ領域を持つ様々なタイプの光ファイバのいずれの１つであって差し支えない。例示の実施の形態において、ファイバ１２は、３つの部分または領域に分割されたコア２０を有する。これらのコア領域は、中実中央部分２２、ナノ構造リング部分（内側環状コア領域）２６、および内側環状コア領域２６を取り囲む外側中実部分２８である。クラッド領域４０（「クラッド」）は、環状コア２０を取り囲み、外面を有する。クラッド４０は、高い開口数（ＮＡ）を提供するために低い屈折率を有してもよい。クラッド４０は、例えば、ＵＶまたは熱硬化性フルオロアクリレートまたはシリコーンなどの低屈折率ポリマーであって差し支えない。
【００３７】
随意的な被覆４４がクラッド４０を取り囲んでいる。被覆４４は、低い弾性率の一次被覆層および高い弾性率の二次被覆層を含んでもよい。少なくともいくつかの実施の形態において、被覆４４は、アクリレート系またはシリコーン系ポリマーなどのポリマー被覆を含む。少なくともいくつかの実施の形態において、その被覆は、ファイバの長手方向に沿って一定の直径を有する。
【００３８】
下記に記載される他の例示の実施の形態において、被覆４４は、コア２０からクラッド４０に通過する「放射光」の分布および／または性質を向上させるように設計されている。クラッド４０の外面または随意的な被覆４４の外面は、ファイバ１２の「側面」４８を表し、そこを通って、ファイバを移動する光は、ここに記載されるように、散乱によって出る。
【００３９】
保護カバーまたはシース（図示せず）がクラッド４０を必要に応じて覆う。ファイバ１２はフッ素化クラッド４０を含んでもよいが、漏れ損失により照明特性が低下しない長さの短い用途にファイバを使用する場合には、フッ素化クラッドは必要ない。
【００４０】
いくつかの例示の実施の形態において、光拡散ファイバ１２のコア領域２６はガラス基質（「ガラス」）３１を含み、図２の拡大された挿入図に詳しく示されている例示の空隙などの非周期的に配置された複数のナノサイズ構造（例えば、「空隙」）３２がその中に位置している。別の例示の実施の形態において、空隙３２は、フォトニック結晶光ファイバにおけるように周期的に配置されていてもよく、この空隙は典型的に、約１×１０-6ｍと１×１０-5ｍの間の直径を有する。空隙３２は、非周期的すなわち無作為に配置されていてよい。いくつかの例示の実施の形態において、領域２６におけるガラス３１はフッ素ドープトシリカであるのに対し、他の実施の形態において、そのガラスは未ドープの純粋なシリカである。空隙の直径が少なくとも１０ｎｍであることが好ましい。
【００４１】
ナノサイズ構造３２は、コア２０からファイバの外面に向かって光を散乱させる。次いで、散乱光は、ファイバ１２の外面を通って「拡散されて」、所望の照明を提供する。すなわち、光のほとんどは、ファイバの長手方向に沿って、ファイバ１２の側面を通って拡散される（散乱により）。ファイバがその長さに亘り実質的に均一な放射線を放出し、ファイバが、放出された放射線の波長（照明波長）において５０ｄＢ／ｋｍ超の散乱誘起減衰を有することが好ましい。散乱誘起減衰がこの波長で１００ｄＢ／ｋｍ超であることが好ましい。いくつかの実施の形態において、散乱誘起減衰は、この波長で５００ｄＢ／ｋｍ超であり、いくつかの実施の形態において、１０００ｄＢ／ｋｍ超、２０００ｄＢ／ｋｍ超、または５０００ｄＢ／ｋｍ超である。これらの高い散乱損失は、標準的な単一モードおよび多モードの光ファイバにおけるレイリー散乱損失よりも約２．５から２５０倍大きい。
【００４２】
コア領域２２および２８におけるガラスは、Ｇｅ、Ａｌ、および／またはＰなどのアップドーパントを含んでもよい。「非周期的に配置された」または「非周期的分布」により、光ファイバの（図２に示されるような）断面をとったときに、空隙３２がファイバの一部に亘り無作為にすなわち非周期的に分布していることを意味する。ファイバの長手方向に沿った異なる地点でとられた類似の断面は、異なる断面空隙パターンを示す、すなわち、様々な断面は異なる空隙パターンを有し、空隙の分布と空隙のサイズは一致しない。すなわち、空隙は非周期的である、すなわち、それらは、ファイバ構造内に周期的に配置されていない。これらの空隙は、光ファイバの長手方向に沿って（すなわち、縦軸に対して平行に）引き伸ばされて（細長くなって）いるが、伝送ファイバの一般的な長さについて、ファイバ全体の全長に延在しない。理論により拘束することを意図するものではないが、空隙は１０メートル未満しか、多くの場合には、ファイバの長手方向に沿って１メートル未満しか延在しないと考えられる。
【００４３】
以下に論じられる照明系においてここに使用される光拡散ファイバ１２は、固結されたガラスブランクにおいて多量の気体が捕捉され、それによって、固結ガラス製光ファイバプリフォームにおいて空隙を形成するプリフォーム固結条件を利用する方法によって、製造することができる。これらの空隙を除去するための工程をとらずに、結果として得られたプリフォームを使用して、その中に空隙、すなわちナノサイズ構造を有する光ファイバを形成する。得られたファイバのナノサイズ構造または空隙は、ファイバの長手方向に沿って、ファイバから、その側面を通じて光を散乱させる、または導くために用いられる。すなわち、その光は、コア２０から離れて、ファイバの外面を通じて導波されて、所望の照明を提供する。
【００４４】
ここに用いたように、空隙などのナノサイズ構造の直径は、ナノサイズ構造内に収容された最長の線セグメントであり、その端点は、光ファイバが、ファイバの縦軸を横断する垂直断面で見たときに、ナノサイズ構造の境界にある。ナノサイズ空隙を有する光ファイバを製造する方法が、例えば、ここに引用する米国特許出願第１１／５８３０９８号（米国特許出願公開第２００７／０１０４４３７Ａ１号）明細書に記載されている。
【００４５】
上述したように、ファイバ１２のいくつかの実施の形態において、コア部分２２および２８は、ゲルマニウムがドープされたシリカ、すなわち、ゲルマニアドープトシリカからなる。ゲルマニウム以外のドーパントが、単独でまたは組合せで、コア内に、特に光ファイバの中心線１６にまたはその近くに用いられて、所望の屈折率と密度を得てもよい。少なくともいくつかの実施の形態において、ここに開示された光ファイバの相対屈折率プロファイルは、部分２２および２８において負ではない。これらのドーパントは、例えば、Ａｌ、Ｔｉ、Ｐ、Ｇｅ、またはそれらの組合せであってよい。少なくともいくつかの実施の形態において、光ファイバは、コアに屈折率減少ドーパントを含有しない。いくつかの実施の形態において、ここに開示された光ファイバの相対屈折率プロファイルは、部分２２、２４および２８において負ではない。
【００４６】
ここに使用したファイバ１２のいくつかの例において、コア２０は純粋なシリカからなる。１つの実施の形態において、ファイバの好ましい属性は、生物学的物質の感受性がある所望のスペクトル範囲の光をファイバから散乱させる（光を拡散させる）能力である。別の実施の形態において、散乱光は、装飾的特徴および白色光用途に使用してもよい。散乱による損失の量は、ファイバ中のガラスの性質、ナノ構造領域２６の幅、およびナノサイズ構造のサイズと密度を変えることによって増加させることができる。
【００４７】
ここに使用したファイバ１２のいくつかの例において、コア２０はグレーデッド型コアであり、そのコアの屈折率プロファイルは、放物線（または実質的に放物線）形状を有することが好ましい；例えば、いくつかの実施の形態において、コア２０の屈折率プロファイルは、８５０ｎｍで測定して、約２の、好ましくは１．８と２．３の間のα値を有するα形状を有する。他の実施の形態において、屈折率プロファイルの１つ以上のセグメントは、８５０ｎｍで測定して、８超の、より好ましくは１０超の、さらにより好ましくは２０超のα値を有する実質的にステップ型形状を有する。いくつかの実施の形態において、コアの屈折率は、中心線の下落を有してよく、ここで、コアの最大屈折率、および全光ファイバの最大屈折率は、中心線１６からわずかな距離だけ離れて位置しているが、他の実施の形態において、コアの屈折率は、中心線の下落は有さず、コアの最大屈折率、および全光ファイバの最大屈折率は、中心線に位置している。
【００４８】
例示の実施の形態において、ファイバ１２は、シリカ系コア２０および屈折率が（シリカに対して）低下したポリマークラッド４０を有する。低屈折率ポリマークラッド４０は、好ましくは負の、より好ましくは−０．５％未満の、さらにより好ましくは−１％未満の相対屈折率を有する。いくつかの例示の実施の形態において、クラッド４０は、２０μｍ以上の厚さを有する。いくつかの例示の実施の形態において、クラッド４０は、コアより低い屈折率、および１０μｍ以上の（例えば、２０μｍ以上の）厚さを有する。いくつかの例示の実施の形態において、クラッドは、外径の２倍のＲmax、例えば、約１２５μｍ（例えば、１２０μｍから１３０μｍ、または１２３μｍから１２８μｍ）のＲmaxを有する。他の実施の形態において、クラッドは、１２０μｍ未満、例えば、６０または８０μｍの直径を有する。他の実施の形態において、クラッドの外径は、２００μｍ超、３００μｍ超、または５００μｍ超である。いくつかの実施の形態において、クラッドの外径は、ファイバ１２の長手方向に沿って一定の直径を有する。いくつかの実施の形態において、ファイバ１２の屈折率は放射対称である。コア２０の外径２Ｒ3がファイバの長手方向に沿って一定であることが好ましい。コア部分２２、２６、２８の外径も、ファイバの長手方向に沿って一定であることが好ましい。一定により、平均値に対する直径の変動は、１０％未満、好ましくは５％未満、より好ましくは２％未満であることを意味する。図３Ａは、図２に示された例示のファイバ１２に関するファイバの半径に対する例示の相対屈折率Δのプロット（実線）である。コア２０は、例えば、１．８と２．３の間（例えば、１．８から２．１）のα値を有する、αプロファイルを有するクレーデッド型コアプロファイルを有してもよい。
【００４９】
図３Ａは、図２に示された例示のファイバ１２に関するファイバの半径に対する例示の相対屈折率Δのプロット（実線）である。コア２０は、例えば、１．７と２．３の間（例えば、１．８から２．１）のα値により特徴付けられる、クレーデッド型コアプロファイルを有してもよい。代わりの例示の屈折率プロファイルが点線により示されている。コア領域２２は、中心線から放射状に外側に外径Ｒ１まで延在し、最大屈折率ｎ1に対応する相対屈折率プロファイルΔ1（ｒ）（および相対屈折率パーセントΔ1MAX）を有する。この実施の形態において、基準屈折率ｎREFは、クラッドの屈折率である。第２のコア領域（ナノ構造領域）２６は、最小相対屈折率ｎ2、相対屈折率プロファイルΔ2（ｒ）、最大屈折率Δ2MAX、および最小相対屈折率Δ2MINを有し、いくつかの実施の形態において、Δ2MAX＝Δ2MINである。第３のコア領域２８は、最大屈折率ｎ3と、最大屈折率Δ3MAX、および最小相対屈折率Δ3MINを有する相対屈折率プロファイルΔ3（ｒ）とを有し、Δ3MAX＝Δ3MINである。この実施の形態において、環状クラッド４０は、屈折率ｎ4と、最大屈折率Δ4MAX、および最小相対屈折率Δ4MINを有する相対屈折率プロファイルΔ4（ｒ）とを有する。いくつかの実施の形態において、Δ4MAX＝Δ4MINである。いくつかの実施の形態において、Δ1MAX＞Δ4MAXおよびΔ3MAX＞Δ4MAXである。いくつかの実施の形態において、Δ2MAX＞Δ4MAXである。図２および３Ａに示された実施の形態において、Δ1MAX＞Δ3MAX＞Δ2MAX＞Δ4MAXである。この実施の形態において、これらの領域の屈折率は以下の関係を有する：ｎ1＞ｎ3＞ｎ2＞ｎ4。
【００５０】
いくつかの実施の形態において、コア領域２２、２８は、Δ1（ｒ）およびΔ3（ｒ）が一定である図３Ａに示されるように、実質的に一定の屈折率プロファイルを有する。これらの実施の形態のいくつかにおいて、Δ2（ｒ）は、わずかに正であるか（０＜Δ2（ｒ）＜０．１%）、わずかに負であか（−０．１％＜Δ2（ｒ）＜０）、または０％のいずれかである。いくつかの実施の形態において、Δ2（ｒ）の絶対大きさは、０．１％未満、好ましくは０．０５％未満である。いくつかの実施の形態において、外側のクラッド領域４０は、Δ4（ｒ）が一定である図３Ａに示されるように、実質的に一定の屈折率プロファイルを有する。これらの実施の形態のいくつかにおいて、Δ4（ｒ）＝０％である。コア部分２２は、Δ1（ｒ）≧０％である屈折率を有する。いくつかの実施の形態において、空隙充満領域２６は、絶対大きさが０．０５％未満である負の屈折率を有する相対屈折率プロファイルΔ2（ｒ）を有し、コア領域２８のΔ3（ｒ）は、例えば、正またはゼロであって差し支えない。少なくともいくつかの実施の形態において、ｎ1＞ｎ2およびｎ3＞ｎ4である。
【００５１】
いくつかの実施の形態において、クラッド４０は、屈折率−０．０５％＜Δ4（ｒ）＜０．０５％を有する。他の実施の形態において、クラッド４０およびコア部分２０、２６および２８は、純粋な（未ドープの）シリカからなってもよい。
【００５２】
いくつかの実施の形態において、クラッド４０は、純粋なシリカまたはＦドープトシリカからなる。いくつかの実施の形態において、クラッド４０は、純粋な低屈折率ポリマーからなる。いくつかの実施の形態において、ナノ構造領域２６は、複数の空隙３２を含む純粋なシリカからなる。ナノ構造領域２６の最小相対屈折率および平均有効相対屈折率は、空隙の存在を考慮すると、両方とも、−０．１％未満である。空隙または空隙３２は、アルゴン、窒素、酸素、クリプトン、またはＳＯ2などの１種類以上の気体を含有してもよく、もしくは実質的に気体を含まない真空であっても差し支えない。しかしながら、気体の存在または不在にかかわらず、ナノ構造領域２６の平均屈折率は、空隙３２の存在により低下している。空隙３２は、ナノ構造領域２６において無作為に、すなわち非周期的に配置されて差し支えなく、他の実施の形態において、空隙はその中に周期的に配置されている。
【００５３】
いくつかの実施の形態において、複数の空隙３２は、複数の非周期的に配置された空隙および複数の周期的に配置された空隙を含む。
【００５４】
例示の実施の形態において、コア部分２２はゲルマニウムドープトシリカからなり、コア内側環状領域２８は純粋なシリカからなり、クラッド環状領域４０はガラスまたは低屈折率ポリマーからなる。これらの実施の形態のいくつかにおいて、ナノ構造領域２６は純粋なシリカ内に複数の空隙３２を含み、これらの実施の形態のさらに他のものにおいて、ナノ構造領域２６はフッ素ドープトシリカ内に複数の空隙３２を含む。
【００５５】
いくつかの実施の形態において、コアの外径Ｒcは、１０μｍより大きく、６００μｍ未満である。いくつかの実施の形態において、コアの外径Ｒcは、３０μｍ超および／または４００μｍ未満である。例えば、Ｒcは１２５μｍから３００μｍであってよい。他の実施の形態において、コア２０の外径Ｒc（図３Ａに示された実施の形態において、Ｒc＝Ｒ3であることに留意されたい）は、５０μｍより大きく、２５０μｍ未満である。コア２０の中央部分２２は、範囲０．１Ｒc≦Ｒ1≦０．９Ｒc、好ましくは０．５Ｒc≦Ｒ1≦０．９Ｒcにある半径を有する。ナノ構造環領域２６の幅Ｗ2は、好ましくは０．０５Ｒc≦Ｗ2≦０．９Ｒc、好ましくは０．１Ｒc≦Ｗ2≦０．９Ｒc、およびいくつかの実施の形態において、０．５Ｒc≦Ｗ2≦０．９Ｒcである（より幅広いナノ構造領域は、同じ密度のナノサイズ構造について、より高い散乱誘起減衰を生じる）。中実ガラスコア領域２８は、０．１Ｒc＞Ｗ3＞０．９Ｒcとなるような幅Ｗs＝Ｗ3を有する。コア２０の各部分はシリカ系ガラスからなる。ナノ構造領域２６の半径方向幅Ｗ2は１μｍより大きいことが好ましい。例えば、Ｗ2は、５μｍから３００μｍ、好ましくは２００μｍ以下であってよい。いくつかの実施の形態において、Ｗ2は、２μｍより大きく、１００μｍ未満である。他の実施の形態において、Ｗ2は、２μｍより大きく、５０μｍ未満である。他の実施の形態において、Ｗ2は、２μｍより大きく、２０μｍ未満である。いくつかの実施の形態において、Ｗ2は少なくとも７μｍである。他の実施の形態において、Ｗ2は、２μｍより大きく、１２μｍ未満である。コア領域２８の幅Ｗ3は（Ｒ3−Ｒ2）であり、その中点Ｒ3MIDは（Ｒ3＋Ｒ2）／２である。いくつかの実施の形態において、Ｗ3は、１μｍより大きく、１００μｍ未満である。
【００５６】
ファイバ１２の開口数（ＮＡ）は、光をファイバに方向付ける光源のＮＡと等しいかまたはそれより大きいことが好ましい。ファイバ１２の開口数（ＮＡ）は、好ましくは０．２超、いくつかの実施の形態において０．３超、さらにより好ましくは０．４超である。
【００５７】
いくつかの実施の形態において、第１のコア領域２２のコア外径Ｒ1は、２４μｍ以上かつ５０μｍ以下であることが好ましい、すなわち、コアの直径が約４８μｍと１００μｍの間にある。他の実施の形態において、Ｒ1＞２４μｍ、さらに他の実施の形態において、Ｒ1＞３０μｍ、さらに他の実施の形態において、Ｒ1＞４０μｍである。
【００５８】
いくつかの実施の形態において、環状内側領域２６の半径方向幅Ｗ2の５０％超について、｜Δ2（ｒ）｜＜０．０２５％であり、他の実施の形態において、領域２６の半径方向幅の５０％超について、｜Δ2（ｒ）｜＜０．０１％である。屈折率低下環状部分２６は、クラッドの相対屈折率が−０．０５％の値に最初に到達する場所で始まり、中心線から放射状に外方に進む。いくつかの実施の形態において、クラッド４０は、０．１％未満の最大絶対大きさを有する相対屈折率プロファイルΔ4（ｒ）を有し、この実施の形態において、Δ4MAX＜０．０５％およびΔ4MIN＞−０．０５％であり、屈折率低下環状部分２６は、最も外側の空隙が見つかる場所で終わる。
【００５９】
クラッド構造４０は半径Ｒ4まで延在し、これは、光ファイバの最も外側の外周でもある。いくつかの実施の形態において、クラッドの幅Ｒ4−Ｒ3は２０μｍより大きく、他の実施の形態において、Ｒ4−Ｒ3は少なくとも５０μｍであり、いくつかの実施の形態において、Ｒ4−Ｒ3は少なくとも７０μｍである。
【００６０】
別の実施の形態において、全コア２０はナノ構造（例えば、空隙で満たされている）であり、コア２０はクラッド４０により取り囲まれている。コア２０は、「ステップ型」屈折率デルタを有してよく、または例えば、１．８と２．３の間のα値を有するαプロファイルを持つグレーデッド型コアプロファイルを有してよい。
【００６１】
例えば、図３Ｃ、４Ａおよび６〜８に示された光プリフォームおよび光ファイバの調製は以下のとおりであった：この例示の実施の形態において、４７０グラムのＳｉＯ2（０．５ｇ／ｃｃの密度）スートを、完全に固結された１メートル長、２０ｍｍの直径の純粋なシリカの、空隙なしコアケイン上に外付け法（ＯＶＤ法）により堆積させて、シリカスート領域により取り囲まれた、固結済みの空隙なしシリカコア領域を含むプリフォームアセンブリ（ときには、プリフォーム、または光プリフォームと称される）が得られた。次いで、このプリフォームアセンブリのスートクラッドを以下のように焼結した。このプリフォームアセンブリを、最初に、炉の上部が１１００℃である、ヘリウムおよび３パーセントの塩素（全て気体の体積パーセント）を含む雰囲気内で２時間に亘り乾燥させ、その後、１００パーセントのＳＯ2（体積）の焼結雰囲気内において約１５００℃に設定された高温区域に通して、２００ｍｍ／分（下方駆動プロセス中にスートプリフォームの外部について、約１００℃／分の温度上昇に相当する）で下方に駆動した。次いで、プリフォームアセンブリを、１００ｍｍ／分（下方駆動プロセス中にスートプリフォームの外部について、約５０℃／分の温度上昇に相当する）の速度で高温区域に通して再び（すなわち、２回目）下方に駆動した。次いで、プリフォームアセンブリを、５０ｍｍ／分（下方駆動プロセス中にスートプリフォームの外部について、約２５℃／分の温度上昇に相当する）の速度で高温区域に通して再び（すなわち、３回目）下方に駆動した。次いで、プリフォームアセンブリを、２５ｍｍ／分（下方駆動プロセス中にスートプリフォームの外部について、約１２．５℃／分の温度上昇に相当する）の速度で高温区域に通して再び（すなわち、４回目）下方に駆動し、次いで、スートをＳＯ2ぬかあわ入り(seeded)シリカオーバークラッドプリフォームに焼結するために、６ｍｍ／分（約３℃／分の熱上昇速度）で最後に焼結した。各下方駆動工程後、プリフォームアセンブリを、２００ｍｍ／分で炉の上部（１１００℃に設定されたまま）に上方駆動した。最初の一連のより高い下方供給速度は、プリフォーム内へのガス閉込めを容易にする、光ファイバプリフォームの外側をガラス化するために使用される。次いで、このプリフォームを、１０００℃に設定されたアルゴンパージ保持オーブン内に２４時間に亘り配置して、プリフォーム内に残留するヘリウムをガス抜きした。次いで、このプリフォームを、約１７００℃に設定した従来のリドロー用黒鉛炉のアルゴン雰囲気において、直径が１０ｍｍであり、長さが１メートルである、空隙のないＳｉＯ2コアのＳＯ2ぬかあわ入り（すなわち、ＳＯ2ガスを含有する非周期的に位置する空隙を含有する）シリカオーバークラッドケインにリドローした。
【００６２】
１０ｍｍケインの内の１本を旋盤に戻し、そこで、約１９０グラムの追加のＳｉＯ2（０．５２ｇ／ｃｃの密度）スートをＯＶＤ法により堆積させた。次いで、このアセンブリのこのクラッド（オーバークラッドと称してもよい）のスートを以下のように焼結した。最初に、アセンブリを、１１００℃に設定した、ヘリウムおよび３％の塩素からなる雰囲気内で２時間に亘り乾燥させ、その後、スートを、ゲルマニウムを含有する、空隙なしＳｉＯ2コア、シリカＳＯ2ぬかあわ入りリング（すなわち、ＳＯ2を含有する空隙を有するシリカ）、および空隙なしオーバークラッドプリフォームに焼結するために、１００％のヘリウム（体積）雰囲気内で１５００℃に設定した高温区域に５ｍｍ／分で下方に駆動した。このプリフォームを、１０００℃に設定されたアルゴンパージ保持オーブン内に２４時間に亘り配置して、プリフォームから残留するヘリウムをガス抜きした。この光ファイバプリフォームを、黒鉛抵抗炉のヘリウム雰囲気内で約１９００℃から２０００℃で、３ｋｍの長さの１２５マイクロメートルの直径の光ファイバに線引きした。この光プリフォームの温度は、光ファイバの張力をモニタし、制御することによって制御した。この実施の形態において、ファイバの張力は、線引きしたファイバの各部分（例えば、３ｋｍの長さ）の作製中、３０グラムと６００グラムの間の１つの値に保持した。線引きプロセス中に、ファイバを低屈折率シリコーン系被覆で被覆した。
【００６３】
先に記載した別の１０ｍｍの空隙なしシリカコアＳＯ2ぬかあわ入りシリカオーバークラッドケイン（すなわち、第２のケイン）を使用して、図４Ｂに示された実施例のための光プリフォームおよび光ファイバを製造した。より詳しくは、第２の１０ｍｍの空隙なしシリカコアＳＯ2ぬかあわ入りシリカオーバークラッドケインを旋盤に戻し、そこで、約３７５０グラムの追加のＳｉＯ2（０．６７ｇ／ｃｃの密度）スートをＯＶＤ法により堆積させた。次いで、このクラッドのスート（このアセンブリについてはオーバークラッドと呼んでもよい）を以下のように焼結した。最初に、アセンブリを、１１００℃に設定した、ヘリウムおよび３％の塩素を含む雰囲気内で２時間に亘り乾燥させ、その後、スートを、ゲルマニウムを含有する、空隙なしＳｉＯ2コア、シリカＳＯ2ぬかあわ入りリング（すなわち、ＳＯ2を含有する空隙を有するシリカ）、および空隙なしオーバークラッドを含むプリフォームに焼結するために、１００％のヘリウム（体積）雰囲気内で１５００℃に設定した高温区域に５ｍｍ／分で下方に駆動した。得られた光ファイバプリフォームを、１０００℃に設定されたアルゴンパージ保持オーブン内に２４時間に亘り配置して、プリフォームから残留するヘリウムをガス抜きした。最後に、この光ファイバプリフォームを、上述したように、５ｋｍの長さの１２５マイクロメートルの直径の光ファイバに線引きし、低屈折率ポリマーで被覆した。
【００６４】
図３Ｂは、光拡散ファイバ１２のさらに別の例示の実施の形態を図解している。図３Ｂのファイバは、相対屈折率Δ1を有するコア２０、コア２０上に位置するそれを取り囲むナノ構造領域２６’を含む。コア２０は、「ステップ型」屈折率プロファイル、または例えば、１．８と２．３の間のα値を有するαプロファイルを持つグレーデッド型コアプロファイルを有してもよい。
【００６５】
この例示の実施の形態（図３Ｂ参照）において、ナノ構造領域２６’は、複数の空隙３２を有する環状リングである。領域２６’の幅は、１〜２μｍほど小さくて差し支えなく、負の平均相対屈折率Δ2を有してもよい。クラッド４０はナノ構造領域２６’を取り囲んでいる。クラッド４０の（半径方向）幅は１μｍほど小さくてもよく、クラッドは、（純粋なシリカに対して）負の、正の、または０％の相対屈折率のいずれを有してもよい。図３Ａおよび３Ｂにおける実施例間の主な違いは、図３Ａに示されたナノ構造領域は、光拡散ファイバ１２のコア２０内に位置しており、図３Ｂにおいて、ナノ構造領域はコア／クラッドの界面に位置していることである。屈折率低下環状部分２６’は、コアの相対屈折率が最初に−０．０５％未満の値に到達する場所で始まり、中心線から放射状に外方に進む。図３Ｂの実施の形態において、クラッド４０は、０．１％未満の最大絶対大きさを有する相対屈折率プロファイルΔ3（ｒ）を有し、この実施の形態において、Δ3MAX＜０．０５％およびΔ3MIN＞−０．０５％であり、屈折率低下環状部分２６’は、空隙で満たされた領域において最も外側の空隙が生じる場所で終わる。
【００６６】
図３Ｂに示された実施の形態において、コア２０の屈折率は、環状領域２６’の屈折率ｎ2より大きく、クラッド４０の屈折率ｎ3も屈折率ｎ2より大きい。
【００６７】
図３Ｃは、製造された光ファイバ１２の１つの実施の形態のコア２０を図解している。このファイバは、約３３．４μｍの外径Ｒ1を有する第１のコア領域２２、外径Ｒ2＝４２．８μｍのナノ構造領域２６、外径Ｒ3＝６２．５μｍを有する第３のコア領域２８、および８２．５μｍの外径Ｒ4を有するポリマークラッド４０（図示せず）を有する。この実施の形態において、コアの材料は純粋なシリカ（未ドープシリカ）であり、クラッドの材料は低屈折率ポリマー（例えば、Ｑ３−６６９６の商品名でミシガン州、ミッドランド所在のDow-Corning社から市販されている１．４１３の屈折率を有するＵＶ硬化性シリコーン）であり、これは、ガラスコアとともに、０．３のファイバＮＡをもたらした。光ファイバ１２は、例えば、図４Ｂに示されるＳＭＦ−２８ｅRファイバなどの標準的な単一モード伝送ファイバと比べて、波長への依存性が比較的平ら（弱い）である。標準的な単一モード（ＳＭＦ−２８ｅRなどの）または多モード光ファイバにおいて、１３００ｎｍ未満の波長での損失はレイリー散乱により占められる。これらのレイリー散乱損失は、材料の性質により決まり、典型的に、可視波長（４００〜７００ｎｍ）について約２０ｄＢ／ｋｍである。レイリー散乱損失の波長依存性は、ｐ≒４でλ-pに比例する。少なくとも１つのナノ構造領域を含むファイバにおける波長依存性散乱損失の指数は、４００ｎｍ〜１１００ｎｍ波長範囲の少なくとも８０％（例えば、９０％超）に亘り、２未満、好ましくは１未満である。４００ｎｍから１１００ｎｍまでの平均スペクトル減衰は、ファイバを４０ｇの張力で線引きした場合、約０．４ｄＢ／ｍであり、ファイバ１２を９０ｇの張力で線引きした場合、約０．１ｄＢ／ｍであった。この実施の形態において、ナノサイズ構造はＳＯ2ガスを含有している。出願人は、ナノ構造リングにおけるＳＯ2が充満した空隙は散乱に大きく寄与することを発見した。さらに、ナノ構造を形成するためにＳＯ2ガスを使用した場合、このガスにより、熱的に可逆の損失が得られる、すなわち、６００℃未満では、ナノ構造ファイバは光を散乱させるが、６００℃超では、その同じファイバは光を導波する。ＳＯ2が与えるこの独特の挙動は、同じファイバを６００℃未満に冷却した際に、ファイバ１２は、光拡散ファイバとして働き、再び、観察できる散乱効果を生じるという点でも可逆である。
【００６８】
好ましい実施の形態において、ファイバの長手方向に沿った照明の均一性は、線引きプロセス中のファイバ張力を制御することにより、または適切な線引き張力（例えば、３０ｇと１００ｇの間、または４０ｇと９０ｇの間）を選択することにより、最小散乱照明強度が最大散乱照明強度の０．７以上であるように制御される。
【００６９】
したがって、いくつかの実施の形態によれば、ファイバの長手方向に沿った照明の均一性を制御するための光拡散ファイバを製造する方法であって、最小散乱照明強度が最大散乱照明強度の０．７以上である方法は、線引きプロセス中にファイバの張力を制御する工程を含む。
【００７０】
光拡散ファイバ１２におけるナノサイズ構造の存在は、光散乱による損失を生じ、このファイバの外面を通る光散乱は、照明目的に使用することができる。図４Ａは、図３Ｃのファイバ（ＳＯ2ガスが充満した空隙を有するファイバ）に関する波長（ｎｍ）に対するｄＢ／ｍで表された減衰（損失）のプロットである。図４Ａは、（ｉ）光拡散ファイバ１２は、可視波長範囲において非常に大きい散乱損失を達成できる（それゆえ、高い照明強度を提供できる）ことを示している。光ファイバ１２の散乱損失は、可視波長範囲において約０．０２ｄＢ／ｍの、または５００ｎｍの波長で約２０ｄＢ／ｍのレイリー散乱損失、および１／λ4の比較的強い波長依存性を有する標準の１２５μｍのグレーデッド型コア多モード比較ファイバＡ（ファイバＡは、ナノ構造領域を持たないステップ型多モードファイバ）と比べて、弱い波長依存性を有する（Ｌsは１／λ-pに比例し、ｐは２未満、好ましくは１未満、さらにより好ましくは０．５未満である）。ファイバ１２の張力の影響も、図４Ａ〜４Ｂに示されている。より詳しくは、図４Ａ〜４Ｂは、ファイバの線引き張力が大きいほど、散乱損失が小さくなり、ファイバの線引き張力が小さいほど、散乱損失が大きい、すなわち、照明が強いファイバ部分が得られることを示している。図４Ａは、９０ｇと４００ｇの異なるファイバ張力で線引きされた光拡散ファイバ１２（コアに空隙を有する）に関する波長の関数としての減衰を示している。図４Ｂは、９０ｇと４０ｇの異なるファイバ張力で線引きされた様々な光拡散ファイバ１２（コアに空隙を有する）、正規化された損失を有する比較の多モードファイバ（ファイバＡ）、および１／λ損失依存性を有する理論ファイバに関する波長の関数としての減衰を示している。（図４Ｂのグラフは、損失の波長依存性を示していることに留意のこと。この実施例において、光ファイバ１２とファイバＡの散乱の傾斜を比較するために、低損失ファイバ（ファイバＡ）の損失は２０倍にされており、それゆえ、２つのプロットを、同じ図面で容易に示すことができる。）どの特定の理論により拘束するものではないが、線引き張力が、例えば、９０ｇから４０ｇに、減少した場合の散乱損失の増加は、ナノ構造の平均直径の増加によるものであると考えられる。したがって、ファイバの張力のこの影響は、線引きプロセス中のファイバ張力を変えることによって、ファイバの長手方向に沿って一定の減衰（照明強度）を生じるために使用できるであろう。例えば、高い張力Ｔ1で線引きされた、α1ｄＢ／ｍの損失および長さＬ1を有する第１のファイバセグメントは、入力レベルＰ0からＰ0ｅｘｐ（−α1×Ｌ1／４．３４３）まで光パワーを減衰させる。第１のファイバセグメントに光学的に結合された、低い張力Ｔ2で線引きされた、α2ｄＢ／ｍの損失および長さＬ2を有する第２のファイバセグメントは、入力レベルＰ0ｅｘｐ（−α1×Ｌ1／４．３４３）からＰ0ｅｘｐ（−α1×Ｌ1／４．３４３）ｅｘｐ（−α2×Ｌ2／４．３４３）まで光パワーをさらに減衰させる。第１と第２のファイバセグメントの長さと減衰は、連結されたファイバの長手方向に沿って均一な強度を提供するために調節できる。
【００７１】
光拡散ファイバ１２の利点の１つは、光拡散ファイバの長手方向に沿って均一な照明を提供する能力である。図５は、ファイバの長手方向に沿って均一な照明をもたらし、単一の光拡散ファイバ１２において２回の光通過を使用するファイバ１２の構成を図解している。この構成において、ミラーＭが光拡散ファイバ１２の端部に配置されている。光源１５０により光拡散ファイバ１２に供給される入力光は光拡散ファイバ１２の軸に沿って伝搬し、残留光がミラーで反射して、ファイバ１２の軸に沿って入力に向かって戻るように伝搬する。ファイバ１２の減衰および長さが適切に選択されれば、光源に戻る出力パワーは、元の光パワーの２％〜５％未満である。損失分布が一定のファイバ（図４Ａ参照）についての散乱損失強度は、ファイバの始まりで高く、ファイバの終わりで弱いであろう。しかしながら、光拡散ファイバ１２が、散乱損失が、強度が高いファイバの始まりで低く、強度が低い端部で高いように周期的に制御された張力（張力値は炉の温度に関連し、この温度は１８００℃から２１００℃まで変動してよい）で線引きされた場合、結果として得られた散乱強度は、変動性が低く、すなわち、一定に（例えば、図６Ａの例ｃに示されるように）製造することができる。ファイバの線引き張力は、制御され、例えば、４０ｇと４００ｇの間で変えられ、それゆえ、幅広い範囲の散乱誘起減衰（例えば、６倍まで）を提供するであろう。図５のミラーＭは、より均一な照明を作り出すだけでなく、ファイバにより散乱される光の品質を高めるために、第１の光源のパワー密度の出力と類似の（２の係数以内、すなわち、５０％から２００％の範囲）パワー密度の出力を有する第２の光源により置き換えられてもよい。
【００７２】
バイオリアクタ／照明系の例示の実施の形態の１つの態様は、散乱光強度の角度分布が、角度間隔で均一またはほぼ均一であることである。ファイバの表面から軸方向の光散乱は、５０％未満、好ましくは３０％未満、好ましくは２０％未満、より好ましくは１０％未満の、平均散乱強度に対する変動性を有する。ナノサイズ構造を持たない従来のシリカ系光ファイバにおける主な散乱機構は、広い角度分布を有するレイリー散乱である。ナノ構造リング内の空隙による追加の散乱損失がある図１２は、図６Ａ（実施の形態ａおよびｂ）および図６Ｂ（実施の形態ａ’）に示されるように、強力な順方向成分を有するであろう。しかしながら、この分布は、光拡散ファイバ１２の被覆の上に散乱物質を配置することによって補正することができる。ＴｉＯ2系白色インクを含有する被覆により製造された光拡散ファイバ（図６Ｂ、実施の形態ｂ’参照）は、順方向バイアスが著しく低い散乱光の角度分布を提供する。ＴｉＯ2インクの追加の厚い層（例えば、１〜５μｍ）により、順方向散乱成分をさらに減少させ、それによって、角度強度分布の均一性をさらに高めることが可能である。しかしながら、図７に示されるように、照明器の設計が、背面反射ミラーまたは追加の光源に光学的に結合されたファイバを使用する場合（図５参照）、ファイバがＴｉＯ2系白色インク被覆層を持たなくとも、この構成により比較的平らな（すなわち、非常に均一な）角度散乱強度を提供する（図６Ａ参照）。いくつかの実施の形態において、ファイバの長手方向に沿ったインク被覆の制御された変動（インク被覆の厚さまたは被覆中のインク濃度の変動のいずれか）が、大きい角度で（１５度より大きい）ファイバから散乱される光の強度においてより均一な変動を生じる追加の方法を提供する。
【００７３】
いくつかの実施の形態において、インクは、散乱光をより長い波長の光に変換する蛍光物質であって差し支えない。いくつかの実施の形態において、白色光は、そのような被覆を有する光拡散ファイバ１２をＵＶ光源、例えば、４０５ｎｍまたは４４５ｎｍのダイオードレーザに結合することによって、ファイバ１２により放出させる（外面から拡散させる）ことができる。例示の実施の形態における蛍光白色光の角度分布は実質的に均一である（例えば、角度間隔において、２５％から４００％、好ましくは５０％から２００％、さらにより好ましくは５０％から１５０％、または７０％から１３０％、または８０％から１２０％）。
【００７４】
発光ダイオード（ＬＥＤ）または日光などの低コスト光源に効率的に結合するには、ファイバは、高いＮＡおよび大きいコア直径を有する必要がある。図２に示された設計に類似の設計により、多モードコア２０のサイズは、最大にすることがてき、５００μｍまでの半径を有するであろう。クラッドの厚さは、ずっと小さくてもよい、例えば、約１５〜３０μｍ（例えば、約２０μｍ）であってよい。例えば、１つの実施の形態によれば、複数の光拡散ファイバ１２を支持構造の周りに巻き付けてもよく、各光拡散光ファイバは、１つの光源または複数の光源のいずれかに光学的に結合されてもよい。複数の光拡散光ファイバ１２は、リボン、リボン積層体、または丸い束の内の少なくとも１つに一緒に束ねることができる。ファイバ束またはリボン（すなわち、多数のファイバの集合体）も、結合効率を増加させるために、光源の形状に配列することができる。典型的な束／リボン構造の例としては、２〜３６本の光拡散ファイバ１２が挙げられ、または数百本までのファイバ１２を含んでもよい。多数のファイバのアセンブリであるケーブル設計が、周知であり、リボン、多数のリボンの集合体、または管内に集められたファイバを含み得る。そのようなファイバは、１つ以上の光拡散ファイバ１２を含んでよい。
【００７５】
標識、またはディスプレイ照明などの異なる用途に、光拡散ファイバに結合された明るい連続光源を使用することができる。照明系が、１２５〜３００μｍのコア直径を有する１本のファイバ１２を使用する場合、ファイバ１２に光を供給するための光源として、多モードレーザダイオードを使用できるであろう。一方向に光を向ける反射被覆を有する１本のファイバ１２を使用した例示の照明器具（表示画面のための明るい周辺照明器）が図８Ａに示されている。いくつかの実施の形態によれば、光拡散ファイバ１２を有する単一または多数ファイバ照明は、例えば、ボート用の桟橋、釣り糸またはルアーを照らすための水環境、および光拡散ファイバ１２の小さい変動サイズおよび水中に安全に浸漬できる能力が非常に望まれている関連用途において使用できる。光拡散ファイバ１２は、出口照明、通路の照明、室内探知器のための赤外線の放出のために有用であろう、または衣類、特に着用者の視認性をさらに向上させるための保護／反射衣類における糸として使用できる。装飾照明における光拡散ファイバ１２の使用例は多種多様であるが、いくつかの例には、器具の照明効果とエッジ効果、自動車／航空機の照明、または家庭用照明と家具照明における使用がある。
【００７６】
図８Ｂは、生物学的増殖装置９８およびこの生物学的増殖装置に使用される照明系１００の例示の実施の形態を示しており、生物学的槽１７０は、内部１７２を有するフラスコの形態にある。光源１５０および光結合系１６０が、その光源からの光を光伝導性ファイバの入力端に結合するように構成されている。低散乱光伝導性ファイバ１２Ａの出力端が、光拡散ファイバ１２（光源ファイバ）の入力端に結合されている。図８Ｂの実施の形態において、光源ファイバ１２は一本の逆巻きファイバから形成されている。ファイバ１２を支持構造の周りに巻き付けて、光源ファイバ部分を形成することができ、そこで、導光がファイバの外面から散乱して、実質的に均一な放射線を放出する延長光源を形成することを留意する。光源ファイバ部分における曲げ部が、光拡散ファイバ１２における散乱量を増加させるために形成される。少なくとも一本のファイバを逆巻きすることにより、光源ファイバ部分の長手方向に沿って放出される放射線を減少させる効果を補うことによって、放射線の均一性を増加させることができる。多数のファイバ１２を、各ファイバを光源に結合させて、支持構造の周りに順に巻き付け、これを使用して、非常に長い延長光源を形成することができる。光拡散ファイバ１２は、多種多様な生物学的槽の形状に適合するように構成することができ、光を、生物学的物質１８０の生物学的物質増殖に供給する。この生物学的物質１８０は、例えば、藻類（例えば、藻類コロニー、藻類ブルーム）または細菌（例えば、シアノバクテリア）であってよい。例示の実施の形態において、生物学的物質１８０は、水などの支持媒質１８４中に懸濁されていてよい。
【００７７】
例示の実施の形態において、ファイバ１２は、図２に関して上述したような被覆４４を含んでもよい。１つの例示の実施の形態において、被覆４４は、湿った状態での付着を改善する紫外線硬化アクリレート被覆などの親水性被覆層を含む。この被覆層は、ガラスに隣接した低弾性率一次被覆層（典型的に＜３ＭＰａ）および高弾性率二次被覆層（典型的に＞５０ＭＰａ）を含む紫外線硬化性被覆であってよい。高弾性率二次被覆層は、一次（低弾性率）被覆層に隣接しており、その上に配置されている。単層被覆または多層被覆における一層のいずれかとして施される他の被覆、または追加の被覆を使用してもよい。そのような物質の例には、漏光に追加の散乱を提供するための物質を含有する被覆または細胞増殖培地として働く親水性被覆４４Ａ（図示せず）がある。これらの被覆は、ファイバ１２の保護被膜として働いてもよい。
【００７８】
被覆４４に使用するための例示の親水性被覆４４Ａは、表面に対する細胞接着および増殖を改善するために一般に使用されるものであり、カルボン酸官能性およびアミン官能性（例えば、アクリル酸またはアクリルアミドを含有する配合物）を含有する。その上、親水性被覆４４Ａは、生物学的物質の増殖に必須の栄養素のための貯留部として働くことによって、強化されてもよい。
【００７９】
いくつかの例示の実施の形態において、被覆４４は、放射光を変える働きをする蛍光または紫外線吸収分子を含む。入力光源の波長とは異なる波長の光を生じるために、被覆中に適切なアップまたはダウン・コンバートする分子を含んでもよい。放射光の色または色相を変えるために、インク被覆層を施してもよい。他の被覆の実施の形態は、ファイバから放出された光に追加の散乱を提供できる分子を含む。さらに別の実施の形態は、光反応の速度を増加させるために使用してよい光活性触媒を被覆上に包含することであろう。そのような触媒の一例は、光触媒としてのルチルＴｉＯ2である。
【００８０】
いくつかの実施の形態によれば、光拡散ファイバ１２は、高分子、金属、またはガラスの被膜（または被覆）内に封じ込められてよく、その被覆または被膜は、２５０μｍ超の最小外径（例えば、直径）を有する。ファイバが金属被覆を有する場合、その金属被覆は、光を所定の区域に優先的に向けるために、開放部分を含んでもよい。これらの追加の被覆または被膜は、ファイバに施された被覆について上述したのと同じ様式で、放出光を変えるまたは反応を触発するための追加の化合物も含有してよい。
【００８１】
上述したように、光拡散ファイバ１２は、光ファイバの外面に配置された親水性被覆を含んでもよい。また、蛍光種（例えば、紫外線吸収物質）、並びに放出光の追加の散乱を提供できる分子が、光ファイバの被覆中に配置されていてもよい。いくつかの実施の形態によれば、光拡散ファイバ１２に結合された光源は、２００ｎｍから５００ｎｍの波長範囲の光を発生し、ファイバ被覆中の蛍光物質（蛍光種）が、白色光、緑色光、青色光、またはＮＩＲ（近赤外）光のいずれかを発生する。
【００８２】
さらに、ファイバの外面に追加の被覆層を設けてもよい。この層は、放出光を変え、被覆材料の相互作用を変更するように構成されてもよい。そのような被覆の例には、以下に限られないが、ポリ（２−アクリルアミド−２−メタンスルホン酸）、オルトニトロベンジル基、またはそれぞれのアゾベンゼン部分などの物質を含有する被覆があるであろう。
【００８３】
照明系のいくつかの例示の実施の形態は、（ｉ）２００ｎｍから２０００ｎｍ範囲内の波長λを少なくとも１つ有する光を発生する光源、および（ｉｉ）少なくとも１つの光拡散光ファイバ１２を含む。ファイバ１２は、コア、クラッド、およびコア内にまたはコアとクラッドの界面に位置する複数のナノサイズ構造３２を含む。この光ファイバはさらに、外面、および光源に光学的に結合した少なくとも１つの端部を含む。上述したように、光拡散光ファイバ１２は、空隙などのナノサイズ構造を通じて導光をコアから離して外面を通じて散乱させて、長さに亘り実質的に均一な放射線を放出する、長さを有する光源ファイバ部分を形成するように構成されている。光拡散光ファイバ１２は、２００ｎｍから２０００ｎｍ範囲（例えば、４００〜７００ｎｍ、または１μｍから２μｍ）内の１つ以上の波長について、５０ｄＢ／ｋｍ超の散乱誘起減衰を有する。ファイバ１２は、ナノサイズ構造３２を介してコア２０から離れ、特定の区域内の外面を通じて光を優先的に拡散させる様に、その中に形成された複数の曲げ部を有してもよい。散乱光の照明強度の偏差は、長手方向に沿った最大散乱照明強度の３０％未満であることが好ましい。いくつかの実施の形態によれば、散乱誘起減衰は、１００ｄＢ／ｋｍと６０００ｄＢ／ｋｍとの間、またはそれより高い。いくつかの実施の形態において、ファイバ１２の散乱による減衰は、２００ｎｍから２０００ｎｍ範囲内の１つ以上の波長につい、６０００ｄＢ／ｋｍから２００００ｄＢ／ｋｍである。いくつかの実施の形態によれば、ファイバ１２は０．５ｍと１００ｍの間の長さを有し、散乱誘起減衰は、２００ｎｍから２０００ｎｍ範囲内の１つ以上の波長について、３００ｄＢ／ｋｍと５０００ｄＢ／ｋｍの間、および／またはファイバの長さ当たり３ｄＢ超である。他の実施の形態において、ファイバ１２は０．１ｍと０．５ｍの間の長さを有し、散乱誘起減衰は、２００ｎｍから２０００ｎｍ範囲内の１つ以上の波長について、５０００ｄＢ／ｋｍと２０，０００ｄＢ／ｋｍの間にある。ナノサイズ構造３２が、直径が１０ｎｍ超、好ましくは５０ｎｍ超、より好ましくは１００ｎｍ超である気体充満空隙（例えば、ＳＯ2充満空隙）であることが好ましい。ファイバのクラッドが、ガラスまたはポリマーのいずれかであり、少なくとも２０μｍ厚であることが好ましい。このクラッドは、前記コアと組み合わせて、０．２以上のＮＡを提供する。上述したように、ファイバの長手方向に沿った照明の均一性（最大強度から約３０％以内、好ましくは最大強度から約２０％以内、より好ましくは最大強度から約１０％以内）は、線引きプロセス中のファイバの張力を制御することによって、達成できる。先に論じたように、照明の均一性は、光源に結合したファイバの端部と反対のファイバの端部に結合した反射器を使用することによって、さらに減少させることができる。
【００８４】
それゆえ、いくつかの実施の形態によれば、光拡散光ファイバ１２は、光を散乱させるためのナノ構造により少なくとも部分的に充満したコア、そのコアを取り囲むクラッド、およびそのクラッドを取り囲む少なくとも１つの被覆を含む。例えば、コアとクラッドは、一次被覆層と二次被覆層、および／またはインク層により取り囲まれていてよい。いくつかの実施の形態において、インク層は、追加の吸収を提供し、かつファイバにより散乱された光のスペクトルを変える（例えば、拡散光に追加の色を提供する）ための顔料を含有する。他の実施の形態において、被覆層の１つ以上は、ファイバ被覆から発散される光（ファイバにより拡散される光）が異なる波長であるように、ファイバのコアを通って伝搬する光の波長を変換する分子を含む。いくつかの実施の形態において、インク層および／または被覆層は、コアからの散乱光を異なる波長の光に変換するために、リンを含んでもよい。いくつかの実施の形態において、リンおよび／または顔料が一次被覆中に分散されている。いくつかの実施の形態において、顔料が二次被覆中に分散されており、いくつかの実施の形態において、顔料が一次被覆と二次被覆中に分散されている。いくつかの実施の形態において、リンおよび／または顔料が高分子クラッド中に分散されている。ナノ構造が、ＳＯ2が充満した空隙であることが好ましい。
【００８５】
いくつかの実施の形態によれば、光ファイバ１２は、一次被覆、その一次被覆を取り囲む随意的な二次被覆および／またはインク層（例えば、クラッド上に直接、または被覆の１つの上に配置された）を含む。一次および／または二次被覆は、顔料、リン、蛍光物質、紫外線吸収物質、親水性物質、光変更物質、またはそれらの組合せの少なくとも１つを含んでよい。
【００８６】
複数の光拡散ファイバ１２は、リボン、リボン積層体、または丸い束の少なくとも１つに一緒に束ねることができる。ファイバ束またはリボン（すなわち、多数のファイバの集合体）も、結合効率を増加させるために、光源の形状に配列させることもできる。典型的な束／リボン構造は、例えば、２から３６本の光拡散ファイバ１２を含んで差し支えなく、またはファイバの過剰な積重ねにより、数百本までのファイバ１２を含んでもよい。
【００８７】
上述したように、光ファイバは、光ファイバの外面に配置された親水性被覆を含んでもよい。あるいは、親水性被覆がファイバリボンの外面に配置されていてもよい。リボンも、光拡散ファイバ１２と光源との間の結合を良好にするために、光源の形状に配列されていてよい。リボン構造に由来する利点は、リボンは、波形、ヘリックス(helices)、または螺旋形などの曲げ構造を形成し、それによって、光を所望の区域に散乱させられるので、個々のファイバの巻付けは必要ないかもしれないことである。さらに、マルチファイバリボンの使用により、リボンの大きい積層体を有する可能性が適う。そのようなリボン積層体は、より集中した量の光を提供し、また赤色レーザ、日光、発光ダイオード、または点光源の導波などの、様々な光源を使用する可能性を開くであろう。例えば、１つの実施の形態によれば、複数の光拡散光ファイバ１２は、単一光源または複数の光源いずれに光学的に結合していてもよく、一方で、光拡散光ファイバ１２は、リボン、リボン積層体、または丸い束の内の１つに一緒に束ねられている。さらに、光拡散ファイバ１２の束またはリボンは、最小の損失で光を光拡散ファイバに向けることのできる伝送ファイバによって光源に接続されていてもよい。この後者の構成は、光を送達すべき区域から遠くにある光源から光が集められる遠隔照明用途にとって非常に有用であると期待できる。
【００８８】
いくつかの実施の形態によれば、光拡散光ファイバは、（１）コア、クラッド、およびコア内にまたはコアとクラッドの境界に位置する複数のナノサイズ構造を含み、さらに外面を含み、（ｉ）ナノサイズ構造を介して、コアから離れて外面を通じて導光を散乱させ、（ｉｉ）照明波長で５０ｄＢ／ｋｍ超の散乱誘起減衰を有するように構成されており、（２）１つ以上の被覆を含み、よってクラッドまたは少なくとも１つの被覆のいずれかがリンまたは顔料を含む。いくつかの実施の形態によれば、これらの顔料は、ファイバの外面により提供される照明（拡散光）が、ファイバのコアを通って伝搬される光の波長とは異なる波長のものであるように、光の波長を変えることができてもよい。ナノ構造が、ＳＯ2が充満した空隙であることが好ましい。
【００８９】
いくつかの実施の形態によれば、光拡散光ファイバは、コア、クラッド、およびコア内にまたはコアとクラッドの境界に位置する複数のナノサイズ構造を含む。この光ファイバは、外面をさらに含み、（ｉ）ナノサイズ構造を介して、コアから離れて外面を通じて導光を散乱させ、（ｉｉ）照明波長で５０ｄＢ／ｋｍ超の散乱誘起減衰を有するように構成されており、コア全体がナノサイズ構造を含む。そのようなファイバは、必要に応じて、少なくとも１つの被覆を含み、よって、クラッドまたは少なくとも１つの被覆のいずれかがリンまたは顔料を含む。いくつかの実施の形態によれば、ナノ構造は、ＳＯ2が充満した空隙である。
【００９０】
いくつかの実施の形態によれば、光拡散光ファイバは、コア、およびコア全体がナノ構造を含むようにコア内に位置する複数のナノサイズ構造を含み、この光ファイバは外面をさらに含み、（ｉ）ナノサイズ構造を介して、コアから離れて外面を通じて導光を散乱させ、（ｉｉ）照明波長で５０ｄＢ／ｋｍ超の散乱誘起減衰を有するように構成されており、ファイバはクラッドを含まない。いくつかの実施の形態によれば、ナノ構造は、ＳＯ2が充満した空隙である。ナノ構造区域内のＳＯ2充満空隙は、散乱に大きく寄与する（散乱を改善する）。
【００９１】
いくつかの実施の形態によれば、光拡散光ファイバは、コア、およびコア全体がナノ構造を含むようにコア内に位置する複数のナノサイズ構造を含み、この光ファイバは外面をさらに含み、（ｉ）ナノサイズ構造を介して、コアから離れて外面を通じて導光を散乱させ、（ｉｉ）照明波長で５０ｄＢ／ｋｍ超の散乱誘起減衰を有するように構成されており、ファイバはクラッドを含まない。いくつかの実施の形態によれば、ファイバは、クラッドまたは被覆のいずれかがリンまたは顔料を含むように少なくとも１つの被覆を含む。いくつかの実施の形態によれば、ナノ構造は、ＳＯ2が充満した空隙である。上述したように、ナノ構造区域内のＳＯ2充満空隙は、散乱に大きく寄与する（散乱を改善する）。
【００９２】
カラーディスプレイのためのバックライトの概略図が、図９に示されている。図面において、バックライト２１０は、あるものが別のものに対して実質的に平行に配列されている複数の導波路セグメント（３つの導波路の各々について５つの導波路セグメントを含む、図解された実施の形態における１５の導波路セグメント）を作り出すように往復して多数回曲げられた３つの異なる可撓性光拡散導波路２１２，２１４および２１６を備えている。導波路の各々の端部は、４０５ナノメートルの波長で電磁放射線を放出する紫外線源２１８，２１９に結合されている。３つのファイバ２１２，２１４および２１６の各々には、異なる発光団が配置されている（外側の高分子被覆内などに）。例えば、３つの異なる発光団は、赤色、緑色および青色に対応してもよい。カラーテレビなどの液晶ディスプレイのためのバックライトを提供するために、図９に示されたタイプの複合ユニットが要求されるであろうことが当業者には認識されよう。例えば、可撓性照明器具のためには、例えば、白色発光団を使用した、図９に示された複合ユニットが望ましいであろう。
【００９３】
ディスプレイの非常に多数の個別領域で異なる色（例えば、赤色、緑色および青色）を放出する光拡散導波路２１２，２１４および２１６の内のゼロ、１つまたは任意の組合せからの光を選択的に遮断するまたは通す、シャッター要素２６１ａ，２６１ｂおよび２６１ｃなどの複数の画素要素２６０を使用することによって、バックライト２１０を使用したビデオ表示パネルを提供できる。各ファイバは、適切な色に対応する個別にアドレス可能なシャッターまたは画素に揃えられている。このシャッターまたは画素は、機械的であっても、液晶に基づいて、エレクトロクロミック的であっても、またはファイバから通過させられ、表示される光の量を制御するための概してどのような適切な手段を用いても差し支えない。十分に機能するビデオディスプレイを提供するために、非常に多数のそのような要素が使用される。要素は単なる実例であり、個々のシャッターまたは画素の１つまたは概していくつを有するシャッター要素を使用してもよいことが認識されよう。
【００９４】
フルカラーディスプレイを提供するために、ファイバ２１２’，２１４’および２１６’の各々が、異なる波長で光を放出する（赤色、緑色および青色など）光源２１８ａ，２１８ｂ，２１８ｃ，２１９ａ，２１９ｂおよび２１９ｃ（レーザなど）に結合されている、別の実施の形態２１０’が、図１０に示されている。図１０は、単なる実施の形態であることが意図されており、カラーテレビを含むほとんどの用途に複合ユニット２１０’が必要とされるであろうことが理解されよう。先に記載され、図９に図解された実施の形態に使用されたものと類似のシャッター要素もバックライト２１０’に使用してもよい。
【００９５】
図１１は、可撓性パネル３００は、非平坦物体を包み込むことができ、そのような非平坦物体の形状に従うであろうことを示している。
【００９６】
図１３は、可撓性バックライト２１０を構成する複数の導波路セグメントに対して平行に、直接隣接して配置された平面における点アレイの各々で光を選択的に透過させるまたは遮断する、液晶ディスプレイ２２０に隣接して配列された可撓性バックライト２１０（または２１０’）を備えた、テレビなどのためのカラーディスプレイを図解している。バックライト２１０および液晶ディスプレイ２２０は、隣接した平行な面に配置されており、そのディスプレイは、矢印２３０により示された、前記面に対して垂直な方向に沿って見られる。
【００９７】
ここに開示されたバックライトおよび／またはビデオディスプレイのある実施の形態のさらに別の利点は、バックライトおよび／またはディスプレイの熱管理（すなわち、温度制御）が、課題として完全に除外されているか、もしくは単独で、またはほとんど無音であり得る小さな低速ファンとの組合せでの適切な換気の使用などにより、容易に扱われることである。一般に、照明中に光拡散ファイバを通じて実質的に熱が伝導されない、またはその中で熱が実質的に生成されず、発光団の直ぐ近傍の典型的な温度上昇が最大５℃未満である、発光団によるある波長（例えば、白色、青色または紫外線）から別の波長への光の遷移中に、非常に少量のエネルギーしか熱に変換されない。
【００９８】
潜在的に、レーザ光源の使用には、能動的熱管理が必要であり得る。しかしながら、開示されたバックライトおよび／またはディスプレイは、光源をそのバックライトおよび／またはディスプレイから遠く離れて設置できるという追加の利点を提示し、その光は、光源からバックライトおよび／またはディスプレイに伝送光ファイバ（光拡散ファイバではない）を通じて伝送される。そのような伝送は、どのような著しいパワー損失なくおよそ数百フィート（１フィートは約３０ｃｍ）までであり得、バックライトおよび／またはディスプレイから光源の熱的および音響的分離が容易に可能である。
【００９９】
様々な改変および変更が、特許請求の範囲の精神または範囲から逸脱せずに行えることが当業者には明白であろう。
【符号の説明】
【０１００】
１２    光拡散光ファイバ
１６    中心線
２０    コア
２２    中実中央部分
２６    ナノ構造環部分、内側環状コア領域
２８    外側中実部分
３２    ナノサイズ構造
４０    クラッド
４４    被覆
４８    側面
１５０    光源
１６０    光結合系
１７０    生物学的槽
１８０    生物学的物質
２１０、２１０’    バックライト
２１２、２１２’、２１４、２１４’、２１６、２１６’    光拡散導波路
２１８、２１９    紫外線源
２１８ａ、２１８ｂ、２１８ｃ、２１９ａ、２１９ｂ、２１９ｃ    光源
２２０    液晶ディスプレイ
２６０    画素要素
２６１ａ、２６１ｂ、２１６ｃ    シャッター要素
３００    可撓性パネル
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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