(57)【要約】  紫外光照明用途に用いるための、角度無依存の一様強度を有する、光拡散性光ファイバが、そのようなファイバを作製する方法とともに、明細書に開示される。光拡散性ファイバは、散乱層を含む多くの層で被覆されたシリカベースガラスコアで構成される。いくつかの実施形態にしたがえば、複数本の光拡散性ファイバが束ね合わされて外被の内部に収められる。外被は、散乱サイトをつくり込むことができ、あるいは外被上に配された散乱層を有することができる。
2016513274.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可視光及び／または近ＩＲ光を放射するための光拡散性ファイバにおいて、前記ファイバが、
ａ．散乱欠陥を含むシリカベースガラスを有するコア、
ｂ．前記コアと直接に接しているクラッド層、及び
ｃ．前記クラッド層を囲む、及び／または前記クラッド層と直接に接している、散乱層、
を有し、
前記光拡散性光ファイバの方向に対して約１０°から約１７０°の全視角について、前記放射される光の強度が約３０％より大きくは変化しない、
ことを特徴とする光拡散性ファイバ。
【請求項２】
前記光拡散性光ファイバが、前記ファイバに沿って約２０％より大きくは変化しない強度を有する光を放射することを特徴とする請求項１に記載の光拡散性ファイバ。
【請求項３】
散乱誘起減衰損失が、４５０ｎｍから約２０００ｎｍの範囲にある波長において、約０.１ｄＢ/ｍから約５０ｄＢ/ｍの範囲にあることを特徴とする請求項１または２に記載の光拡散性ファイバ。
【請求項４】
前記コアが複数のランダムに分布する空孔を含むことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の光拡散性ファイバ。
【請求項５】
（ａ）前記クラッド層がポリマーを含む、及び／または
（ｂ）前記散乱層がポリマーを含む、及び／または
（ｃ）前記散乱層がナノスケールからマイクロスケールの空孔、あるいは散乱材料のマイクロ粒子またはナノ粒子を含む、
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の光拡散性ファイバ。
【請求項６】
前記クラッド層と前記散乱層の間に二次層をさらに有することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の光拡散性ファイバ。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項に記載の光拡散性ファイバを作製する方法において、前記方法が、
ａ．プリフォームコアを含む光ファイバプリフォームを形成する工程、
ｂ．前記光ファイバプリフォームを光ファイバに線引きする工程、
ｃ．前記光ファイバを少なくとも１つのクラッド層で被覆する工程、及び
ｄ．前記光ファイバを少なくとも１つの散乱層で被覆する工程、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項８】
光拡散光ファイバ束において、
透光性外被、及び
前記透光性外被の内側に配された複数本の光拡散性光ファイバ、
を有し、
前記複数本の光拡散性光ファイバのそれぞれが複数のナノサイズ空孔を含むガラスコアを有し、前記複数本の光拡散性光ファイバが前記透光性外被の長さに沿って延び、前記透光性外被が散乱剤を含む、
ことを特徴とする光拡散性光ファイバ束。
【請求項９】
照明システムにおいて、
光を放射するための光源、及び
光拡散性光ファイバ束であって、前記放射される光の少なくとも一部が前記光拡散性光ファイバ束に入るように前記光源に光結合された光拡散性光ファイバ束、
を有し、
前記光拡散性光ファイバ束が、
透光性外被、及び
前記透光性外被の内側に配された複数本の光拡散性光ファイバ、
を有し、
前記複数本の光拡散性光ファイバのそれぞれが複数のナノサイズ空孔を含むガラスコアを有し、前記複数本の光拡散性光ファイバが前記透光性外被の長さに沿って延び、前記透光性外被が散乱剤を含む、
ことを特徴とする照明システム。
【請求項１０】
照明システムにおいて、
（ｉ）可視光及び／または近ＩＲ光を放射するための、
ａ．散乱欠陥を含むシリカベースガラスを有するコア、及び
ｂ．前記コアと直接に接しているクラッド層
を有する少なくとも１本の光拡散性ファイバ、及び
（ii）前記少なくとも１本の光拡散性ファイバを囲む外被、
を有し、
複数の散乱サイトが、
（ａ）前記外被を囲む散乱層、
（ｂ）前記外被材料内、及び
（ｃ）前記外被と前記少なくとも１本の光拡散性ファイバの間、
の少なくとも１つに配され、
前記光拡散性光ファイバの方向に対して約１０°から約１７０°の全視角について、前記放射される光の強度が約３０％より大きくは変化しない、
ことを特徴とする照明システム。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の説明】
【０００１】
本出願は２０１３年２月４日に出願された米国仮特許出願第６１／７６０４１５号の米国特許法第１１９条の下の優先権の恩典を主張する。本明細書は上記仮特許出願の明細書の内容に依存し、上記仮特許出願の明細書の内容はその全体が本明細書に参照として含められる。
【技術分野】
【０００２】
本明細書は全般には照明用途に用いるための光拡散性光ファイバに関し、さらに詳しくは、角度無依存であり、効率的に光を拡散するために用い得る、一様なカラーグラデーションを有する光拡散性光ファイバに関する。そのようなファイバを作製するための方法も本明細書に開示される。
【背景技術】
【０００３】
ファイバの長さに沿って径方向に外側に光を伝搬し、よってファイバの照明を可能にする光ファイバは、特殊照明及び光化学のような多くの用途、また電子デバイス及びディスプレイデバイスにおける使用に、特に有用であることが分かっている。しかし、光拡散性ファイバ（ＬＤＦ）の現行構造にともなう多くの問題がある。現行構造にともなう問題の１つは、ファイバからの異なる色光の角度分布が視角に依存して変わり得ることである。したがって、これらの欠点を正す別の光拡散性ファイバが必要とされている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
第１の実施形態は、散乱欠陥を含むシリカベースガラスを有するコア、コアと直接接しているクラッド層及びクラッド層と直接に接している散乱層を有する、可視光または近ＩＲ光を放射するための光拡散性ファイバであって、放射される紫外光の強度が光拡散性光ファイバの方向に対して約１０°から約１７０°の全視角について約３０％より大きくは変化しない、光拡散性ファイバを含む。いくつかの実施形態において、光拡散性光ファイバは強度がファイバに沿って約２０％より大きくは変化しない光を放射する。いくつかの実施形態において、散乱誘起減衰損失は約４００ｎｍから約１７００ｎｍの波長において約０.１ｄＢ/ｍから約５０ｄＢ/ｍの範囲にある。
【０００５】
別の実施形態は、散乱欠陥を含むシリカベースガラスを有するコア、コアと直接接しているクラッド層及びクラッド層を囲んでクラッド層と直接に接している散乱層を有する、可視光または近ＩＲ光を放射するための光拡散性ファイバであって、放射される紫外光の強度が光拡散性光ファイバの方向に対して約１０°から約１７０°の全視角について約３０％より大きくは変化しない、光拡散性ファイバを含む。いくつかの実施形態において、光拡散性光ファイバは強度がファイバに沿って約２０％より大きくは変化しない光を放射する。いくつかの実施形態において、散乱誘起減衰損失は約４００ｎｍから約１７００ｎｍの波長において約０.１ｄＢ/ｍから約５０ｄＢ/ｍの範囲にある。
【０００６】
いくつかの実施形態において、コアは複数のランダムに分布する空孔を有する。いくつかの実施形態において、クラッド層はポリマーを含む。いくつかの実施形態において、クラッド層はＣＰＣ６材料を含む。いくつかの実施形態において、散乱層はポリマーを含む。いくつかの実施形態において、散乱層は、ナノスケールからマイクロスケールの空孔、あるいは屈折率コントラストがベースポリマーかた屈折率で０.０５より大きい（すなわち、ベースポリマーと散乱材料の間の屈折率差が０.０５より大きい）散乱材料のマイクロ粒子またはナノ粒子を含む。いくつかの実施形態において、マイクロ粒子またはナノ粒子は、ＴｉＯ２，ＳｉＯ２，Ｚｒ，アルミナ、気泡及びその他の光散乱材料を含む。
【０００７】
いくつかの実施形態において、光拡散性ファイバは光拡散性ファイバのコア内に波長が約４００ｎｍから約２０００ｎｍ（または４５０ｎｍから１７００ｎｍ）の光を放射する発光素子（光源）をさらに有する。いくつかの実施形態において、光拡散性ファイバはクラッド層と散乱層の間に二次層をさらに有する。
【０００８】
いくつかの実施形態においては、独立の二次層がなく、散乱層が、二次層の機能も果たす−すなわち、ファイバに対する追加の機械的保護を与える−複数のランダムに分布する空孔を有するポリマーベース層である。
【０００９】
いくつかの実施形態において、個々のファイバは散乱層を有していないが、光拡散性ファイバは束ね合わされて、外装を有するファイバ束及び／またはファイバリボンを形成し、散乱材料が外装にまたは外装内のファイバを囲む材料に組み入れられる。そのようなファイバ束は、単一ファイバには効率的に光を結合しないＬＥＤ光源とともに用いられるファイバ束として用いられ得る点で有利である。
【００１０】
別の実施形態は、プリフォームコアを含む光ファイバコアを形成する工程、光ファイバプリフォームを光ファイバに線引きする工程、光ファイバを少なくとも１つのクラッド層で被覆する工程及び光ファイバを少なくとも１つの散乱層で被覆する工程を含む、光拡散性ファイバを作製する方法を含む。
【００１１】
別の実施形態は、光拡散性ファイバを作製する工程及びファイバ束外被を用いて光拡散性光ファイバをファイバ束に束ねる工程を含み、ファイバ束外被が散乱材料を有する、ファイバ束またはファイバリボンを作製する方法を含む。
【００１２】
ファイバ束外被材料は、アクリル、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリエステル、ＣＰＶＣ（塩素化ポリ塩化ビニル）、スチレン／無水マレイン酸コポリマー、環状オレフィン、フルオロポリマー、ポリ乳酸、ポリウレタン、エチレン酢酸ビニルコポリマー、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリシリコーン及びＡＢＳ（アクリロニトリル−ブタジエン−スチレンコポリマー）のような、ただしこれらには限定されない、熱可塑性押出成形級ポリマーで作製することができる。散乱剤をこれらのポリマーに添加し、次いでＬＤＦ用外被材料として押出成形することができる。
【００１３】
いくつかの実施形態にしたがえば、
（ｉ）可視光及び／または近ＩＲ光を放射するための、
ａ．散乱欠陥を含むシリカベースガラスを有するコア、及び
ｂ．コアと直接に接しているクラッド層、
を有する少なくとも１本の光拡散性ファイバ、及び
（ii）ファイバを囲む外被、
を有し、
複数の散乱サイトが、
（ａ）外被を囲む散乱層、
（ｂ）外被材料内、
（ｃ）外被と光散乱性ファイバの間、
の少なくとも１つに配され、
放射される光の強度が光拡散性光ファイバの方向に対して約１０°から約１７０°の全視角について約３０％より大きくは変化しない、
照明システムが提供される。いくつかの実施形態にしたがえば、外被は１本の光拡散ファイバだけを囲む。他の実施形態にしたがえば、外被は複数本の光拡散性ファイバを囲む。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１Ａ】図１Ａは光拡散性ファイバ（ＬＤＦ）の一実施形態の一断面を簡略に示す。
【図１Ｂ】図１Ｂは図１Ａの光拡散性ファイバの別の断面を簡略に示す。
【図１Ｃ】図１Ｃは光拡散性光ファイバの別の実施形態の略図である。
【図１Ｄ】図１Ｄは光拡散性光ファイバのまた別の実施形態の略図である。
【図２Ａ】図２Ａは光拡散性光ファイバの別の実施形態の一断面を簡略に示す。
【図２Ｂ】図２Ｂは図２Ａの光拡散性光ファイバの別の断面を簡略に示す。
【図２Ｃ】図２Ｃは光拡散性光ファイバの別の実施形態を簡略に示し、この実施形態では、光拡散性ファイバ上に散乱層が配置されていないが、光拡散性ファイバはファイバ外装上に配された散乱層を用いる。
【図２Ｄ】図２Ｄは、散乱材料が外装の壁厚全体にわたって分布している、光拡散性ファイバの一実施形態を簡略に示す。
【図２Ｅ】図２Ｅは、散乱サイトがファイバと外装の間のスペースに配置されている、光拡散性ファイバの一実施形態を簡略に示す。
【図２Ｆ】図２Ｆは光拡散性ファイバの別の実施形態を示す。
【図３Ａ】図３Ａは、透明外被が複数本のファイバ及びファイバ間の空隙を囲んで保持している、ＬＤＦ束を簡略に示す。
【図３Ｂ】図３Ｂは複数本の光拡散性ファイバを含む光ファイバ束の実施形態の１つを簡略に示す。
【図３Ｃ】図３Ｃは複数本の光拡散性ファイバを含む光ファイバ束の実施形態の１つを簡略に示す。
【図３Ｄ】図３Ｄは複数本の光拡散性ファイバを含む光ファイバ束の実施形態の１つを簡略に示す。
【図３Ｅ】図３Ｅは複数本の光拡散性ファイバを含む光ファイバ束の実施形態の１つを簡略に示す。
【図４】図４は、５００ｎｍ波長に対する、散乱層を含む光拡散性光ファイバの一実施形態の拡散光の角度分布（ｄ）及び散乱層を含まない対照ファイバの拡散光の角度分布（ｅ）を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本開示は有効教示として与えられ、以下の説明、図面、実施例及び特許請求の範囲を参照することでさらに容易に理解され得る。この目的のため、当業者であれば、本明細書に説明される実施形態の様々な態様に多くの変更がなされ得るが、それでも有益な結果が得られることを認識し、理解するであろう。提示される実施形態の所望の利点の内のいくつかは、特徴のいくつかを選ぶことで、他の特徴は用いずに、得られることも明らかであろう。したがって、当業者であれば、多くの改変及び改作が可能であり、いくつかの状況においては望ましくさえあって、本開示の一部であることを認めるであろう。したがって、別途に指定されない限り、本開示が開示される特定の構成物、物品、デバイス及び方法に限定されないことは当然である。本明細書に用いられる用語／術語が特定の態様を説明する目的のためでしかなく、限定は目的とされていないことも当然である。
【００１６】
開示される方法及び構成物のために用いることができ、それらとともに用いることができ、それらの準備／作製に用いることができ、あるいはそれらの実施形態である、材料、化合物、組成物及びコンポーネントが開示される。上記及びその他の材料が本明細書に開示され、そのような材料の組合せ、サブセット、相互作用、群等が開示される場合、それらの化合物の様々な個別的及び総括的な組合せ及び置換のそれぞれへの特定の言及が明示的になされていないかもしれない場合であっても、それぞれが特定的に本明細書で考えられ、説明されていると了解される。すなわち、置換要素Ａ，Ｂ及び／またはＣからなる群が、また置換要素Ｄ，Ｅ及び／またはＦからなる群も、開示され、組合せ実施形態の例Ａ−Ｄが開示されていれば、それぞれは個別的及び総括的に考えられている。すなわち、この例においては、組合せＡ−Ｅ，Ａ−Ｆ，Ｂ−Ｄ，Ｂ−Ｅ，Ｂ−Ｆ，Ｃ−Ｄ，Ｃ−Ｅ及びＣ−Ｆのそれぞれも特定的に考えられていて、Ａ，Ｂ及び／またはＣとＤ，Ｅ及び／またはＦ並びに組合せ例Ａ−Ｄの開示により、開示されていると見なされるべきである。同様に、これらのいかなるサブセットまたは組合せも特定的に考えられ、開示されている。すなわち、例えば、Ａ−Ｅ，Ｂ−Ｆ及びＣ−Ｅからなる部分群が、Ａ，Ｂ及び／またはＣとＤ，Ｅ及び／またはＦ並びに組合せ例Ａ−Ｄの開示によって、特定的に考えられていて、開示されていると見なされるべきである。この概念は、開示される構成物の作製及び使用の方法における構成物のいかなるコンポーネント及び工程も含むがこれらには限定されない、本開示の全ての態様に適用される。すなわち、実施することができる様々な付加工程があれば、そのような付加工程のそれぞれが開示される方法の実施形態のいずれか特定の実施形態または実施形態の組合せとともに実施することができ、そのような組合せのそれぞれが特定的に考えられていて、開示されていると見なされるべきであると、了解される。
【００１７】
本明細書及び添付される特許請求の範囲において、以下の意味を有すると定義される多くの用語／術語が参照される。
【００１８】
単数形及び複数形の「含む」及び同様の用語は包含を意味するが、包括的であって排他的ではないことには限定されない。
【００１９】
用語「約」は別途に言明されない限りその範囲内の全ての名辞にかかる。例えば、約１，２または３は約１，約２または約３と等価であり、さらに、約１〜３，約１〜２及び約２〜３を含む。構成物、コンポーネント、成分、添加物及び同様の態様に対する特定の値及び好ましい値並びにそれらの範囲は例示のために過ぎず、その他の定められた値または定められた範囲内の他の値を排除しない。本開示の構成物及び方法は、いかなる値またはその値のいかなる組合せも有し、また特定の値、さらに特定の値、及び本明細書に説明される好ましい値を有する、構成物及び方法を含む。
【００２０】
不定冠詞‘a’または‘an’及び対応する定冠詞‘the’は、本明細書に用いられるように、別途に指定されない限り、少なくとも１つまたは１つ以上を意味する。
【００２１】
光拡散性ファイバ
一般的な光拡散性ファイバにおいて、散乱の支配的な成分は、５〜１０°に近い、小角度にある（図１Ｂの角度１７０を参照されたい）。したがって、光はファイバコアを抜けだし、そのようなファイバの外表面から拡散される光の強度は視角１７０（図１Ｂ）に依存する。さらに、一般的な光拡散性ファイバのガラスコアからの散乱光はそのようなファイバを囲むポリマー被覆材料にある程度捕捉され、よって、吸収による光減衰が生じる。しかし、本明細書に開示される本発明の実施形態は光拡散性ファイバ１００によってつくられる拡散光を均一化して、視角の関数としての強度が一様な、光を与えることによってこれらの問題を解決する。
【００２２】
第１の態様は、視角の関数として一様な出力（一様な強度）を与える散乱粒子の層を有する光拡散性ファイバを含む。欲求は光拡散性ファイバから一様強度出力をつくることである。
【００２３】
欲求は光拡散性ファイバから一様出力をつくることである。そのようなファイバは、他の従来の照明体の代替品として用いることができるであろうが、
（ｉ）従来の光源よりかなり細く、したがって薄い照明基板とともに用いられ得るであろう、及び／または
（ii）冷光源として機能することができる−すなわち、光拡散性ファイバは、所要の照明を生じている間、熱くならない−この特徴は、ファイバ１００またはそのようなファイバを収めているファイバ束またはファイバリボンが、低温のままでなければならない環境において用いられる場合に有利であり、あるいは子供または他の誰かが容易に近づき得る光源として用いられるエリアにおいては誰かが直接手を触れたときに火傷する恐れがない、
というさらなる利点を有する。
【００２４】
図１Ａ及び１Ｂをここで参照すれば、光拡散性光ファイバ１００の一実施形態が簡略に示されている。光拡散性光ファイバ１００は一般にコア１１０を有し、コアはさらに散乱領域を有する。散乱領域は、本明細書に参照として含められる、米国特許出願第１２／９５００４５号、同第１３／０９７２０８号及び同第１３／２６９０５５号の各明細書に示されるような、気体充填空孔を有することができ、あるいはファイバコア内への、セラミック材料のミクロ粒子またはナノ粒子のような、散乱粒子の包有異物を有することができる。
【００２５】
例えば、気体充填空孔は、ファイバコア１１０全体にわたって存在することができ、またはコアとクラッド層１２０の界面近傍に存在することができ、あるいはコア内の環状リング内に存在することができる。気体充填空孔はランダムまたは規則的なパターンで配置することができ、ファイバの長さに平行に延びることができ、あるいは螺旋を描く（すなわち、ファイバの長軸に沿って回る）ことができる。散乱領域は多数の気体充填空孔、例えば、５０より多いか、１００より多いか、または２００より多くの空孔を、ファイバの断面内に含むことができる。気体充填空孔には、例えば、ＳＯ２，Ｋｒ，Ａｒ，ＣＯ２，Ｎ２，Ｏ２またはこれらの混合気を入れることができる。空孔（または他の散乱粒子）の断面寸法（例えば、直径）は約１０ｎｍから約１０μｍとすることができ、長さは約１μｍから約５０ｍまで変わり得る。いくつかの実施形態において、空孔（または他の散乱粒子）の断面寸法は、約１０ｎｍ、２０ｎｍ、３０ｎｍ、４０ｎｍ、５０ｎｍ、６０ｎｍ、７０ｎｍ、８０ｎｍ、９０ｎｍ、１００ｎｍ、１２０ｎｍ、１４０ｎｍ、１６０ｎｍ、１８０ｎｍ、２００ｎｍ、２５０ｎｍ、３００ｎｍ、４００ｎｍ、５００ｎｍ、６００ｎｍ、７００ｎｍ、８００ｎｍ、１μｍ、２μｍ、３μｍ、４μｍ、５μｍ、６μｍ、７μｍ、８μｍ、９μｍまたは１０μｍである。いくつかの実施形態において、空孔の長さは、約１μｍ、２μｍ、３μｍ、４μｍ、５μｍ、６μｍ、７μｍ、８μｍ、９μｍ、１０μｍ、２０μｍ、３０μｍ、４０μｍ、５０μｍ、６０μｍ、７０μｍ、８０μｍ、９０μｍ、１００μｍ、２００μｍ、３００μｍ、４００μｍ、５００μｍ、６００μｍ、７００μｍ、８００μｍ、９００μｍ、１０００μｍ、５ｍｍ、１０ｍｍ、５０ｍｍ、１００ｍｍ、５００ｍｍ、１ｍ、５ｍ、１０ｍ、２０ｍまたは５０ｍである。
【００２６】
さらに詳しくは、図１Ａ及び１Ｂは、いずれの図においても、一様な散乱を与えるために改変された被覆１４０をもつ光拡散性ファイバ（ＬＤＦ）の一実施形態を簡略に示している。この実施形態の光拡散性光ファイバは、複数の光散乱性ナノ構造（気体充填空孔）を含むガラスコア１１０、ポリマークラッド層１２０及び二次被覆１３０を有する。
【００２７】
図１Ａ及び１Ｂに示される実施形態において、コア領域１１０はシリカベースガラスを含み、屈折率，ｎを有する。いくつかの実施形態において、コアに対する屈折率は約１.４５８である。コア領域１１０は約１０μｍから約６００μｍの半径を有し得る。いくつかの実施形態において、コアの半径は約３０μｍから約４００μｍである。別の実施形態において、コアの半径は約１２５μｍから約３００μｍである。また別の実施形態において、コアの半径は約５０μｍ、６０μｍ、７０μｍ、８０μｍ、９０μｍ、１００μｍ、１２０μｍ、１４０μｍ、１６０μｍ、１８０μｍ、２００μｍ、２２０μｍ、２４０μｍまたは２５０μｍである。
【００２８】
コア１１０内の散乱粒子及び／または空孔は光拡散性光ファイバ１００のコア内を伝搬している光を、光がコア領域１１０から径方向に外側に向けられ、よって光拡散性光ファイバ及び光拡散性光ファイバを囲む空間を照明するように、散乱させるために用いられる。例えば、空孔（または他の散乱体）の濃度を高めるかまたはファイバ１００の全体にわたって空孔（または他の散乱体）を配置することで、散乱誘起減衰を大きくすることができ、あるいは、空孔（または他の散乱体）の位置が環状リングに限定されている場合は、空孔を含む環の幅を大きくしても同じ空孔密度に対する散乱誘起減衰は大きくなるであろう。さらに、空孔が螺旋を描いている構成において、散乱誘起減衰はファイバの長さにわたる空孔の螺旋のピッチを変えることで大きくすることもできる。詳しくは、ピッチが小さい螺旋空孔はピッチが大きい螺旋空孔より多くの光を散乱することが分かっている。したがって、軸長に沿うファイバの照明の強度は軸長に沿う螺旋空孔のピッチを変えることによって制御する（すなわち、あらかじめ定める）ことができる。螺旋空孔のピッチは、本明細書に用いられるように、単位長当たりに螺旋空孔がファイバの長軸を巻くかまたは回る回数の逆数を指す。
【００２９】
図１Ａ及び１Ｂをまだ参照すれば、光拡散性光ファイバ１００はさらに、コア領域１１０を囲み、コア領域１１０と直接に接している、クラッド層１２０を有する。クラッド層１２０は、光拡散性光ファイバ１００の開口数（ＮＡ）を大きくするため、低屈折率を有する材料で形成することができる。いくつかの実施形態において、クラッド層は（コアの屈折率より低い）約１.４１５より低く、好ましくは１.３５より低い、屈折率を有する。例えば、光拡散性光ファイバ１００の開口数は約０.３より大きくすることができ、いくつかの実施形態においては、約０.４より大きく、または約０.５より大きくすることができる。一実施形態において、クラッド層１２０は、大韓民国京畿道安山市木内洞４０３−２のＳＳＣＰ ＣＯ．Ｌｔｄから入手できるＰＣ４５２のような、ＵＶ硬化性または熱硬化性のフルオロアクリレート、またはシリコーンのような、低屈折率ポリマー材料を含む。別の実施形態において、クラッド層は、米国イリノイ州エルジン(Elgin)のＤＳＭ Ｄｅｓｏｔｅｃｈ社で製造されている、ＣＰＣ６のような、ウレタンアクリレートを含む。また別の実施形態において、クラッド層１２０は、例えばフッ素のような、下げドーパントで下げドープされたシリカガラスを含む。いくつかの実施形態において、クラッド層は高弾性率被覆を含む。クラッド層１２０は一般にコア領域１１０の屈折率より低い屈折率を有する。いくつかの実施形態において、クラッド層１２０は、純シリカガラスに対して負の相対屈折率をもつ、低屈折率ポリマークラッド層である。例えば、クラッド層の相対屈折率は、（相対屈折率は０％であると見なされる）純シリカに対して、約−０.５％より低く、いくつかの実施形態においては−１％より低い。
【００３０】
クラッド層１２０は一般にコア領域１００の外半径から広がる。本明細書に説明されるいくつかの実施形態において、クラッド層の径方向幅は約１０μｍより大きく、約２０μｍより大きく、約５０μｍより大きくまたは約７０μｍより大きい。いくつかの実施形態において、クラッド層は、約１０μｍ、２０μｍ、３０μｍ、４０μｍ、５０μｍ、６０μｍ、７０μｍ、８０μｍ、９０μｍまたは１００μｍの厚さを有する。
【００３１】
光拡散性ファイバ１００は、機械的ハンドリングの容易さのために全ての光ファイバに対して一般的な二次被覆に対応する、実質的に澄明な層も有することができる。例えば、図１Ａ及び１Ｂは、クラッド層１２０を囲んでクラッド層１２０に直接に接している、二次被覆層１３０を有する光拡散性光ファイバ１００を示す。二次層はポリマー被覆とすることができる。少なくともいくつかの実施形態において、被覆層１３０は光拡散性光ファイバ１００の長さに沿って一定の直径を有する。
【００３２】
光ファイバ１００は散乱層または散乱被覆１４０を有する。散乱（均一化）被覆または層１４０は二次被覆１３０の上面に配置することができる。いくつかの実施形態において、二次被覆層及び散乱層は、ファイバがどのように製造されるかに依存して、単一の被覆層１４０”に複合させることができる。このプロセスは光ファイバに対する線引き後インク塗布と同様である。しかし、このプロセスは線引きにおいて組み合わせて一工程にすることができ、この場合、二次被覆は必要ではなく、散乱／均一化層１４０をクラッド層の上面に直接に施すことができる。
【００３３】
図１Ａ及び１Ｂを再び参照すれば、層１４０は散乱（均一化）層であり、ポリマー被覆とすることができる。例えば、散乱層１４０は、散乱剤が添加され得るであろう、いずれかの液体ポリマー材料またはプレポリマー材料とすることができる。散乱層１４０は液体としてファイバに塗布し、ファイバへの塗布後、固体に転換させることができる。いくつかの実施形態において、散乱層１４０は、散乱材料（例えば、ナノ構造またはマイクロ構造あるいは空孔）をさらに含む、米国イリノイ州エルジンのＤＳＭ Ｄｅｓｏｔｅｃｈ社で製造されている、ＣＰＣ６のような、アクリレートベースポリマーのような、またはシリコーンベースポリマーのような、ポリマー被覆を含む。いくつかの実施形態において、コーニング(Corning)社の標準ＣＰＣ６二次光ファイバ被覆のような標準ＵＶ硬化性アクリレートベース光ファイバ被覆に散乱剤を練り込むことが最も有効であり、これは層１３０の機能と層１４０の機能の両者を単一の層１４０”（図１Ｃ）に複合させる。例えば、一実施形態にしたがえば、散乱ブレンドを作製するため、初めに、ＤＳＭ ９５０−１１１二次ＣＰＣ６光ファイバ被覆に重量で３０％の散乱剤ＴｉＯ２を混合することでコンセントレートを作製し、次いでコンセントレートを３ロールミルにかける。次いで、これらのコンセントレートを被覆として直接に塗布するかあるいは、所望の散乱効果を生じさせるため、ＤＳＭ ９５０−１１１でさらに希釈した。
【００３４】
別の実施形態において、層１４０と層１３０は入れ換えが可能である（図１Ｄ）。
【００３５】
いくつかの実施形態において、散乱層１４０は、コア領域１１０から径方向に放射され、任意のクラッド層１２０及び／または任意の層１３０を通過する光の分布及び／または性質を強化するために用いることができる。散乱材料は平均直径が約２００ｎｍから約５μｍのナノ粒子またはマイクロ粒子を含むことができる。いくつかの実施形態において、粒子の平均直径は、約２００ｎｍ、３００ｎｍ、４００ｎｍ、５００ｎｍ、６００ｎｍ、８００ｎｍ、９００ｎｍ、１μｍ、２μｍ、３μｍ、４μｍ、５μｍである。散乱粒子の濃度はファイバの長さに沿って変わることができ、または一定とすることができ、総減衰を制限しながら光の均等な散乱を与えるに十分な重量％とすることができる。いくつかの実施形態において、散乱層内の散乱粒子の重量％は、約１％、２％、３％、４％、５％、６％、７％、８％、９％、１０％、１１％、１２％、１３％、１４％、１５％、１６％、１７％、１８％、１９％、２０％、２５％、３０％、３５％、４０％、４５％または５０％を含む。いくつかの実施形態において、散乱層は、ＴｉＯ２，ＺｎＯ，ＳｉＯ２またはＺｒのような、金属酸化物またはその他の高屈折率材料を含む散乱材料の小粒子を含む。散乱材料は低屈折率の、マイクロサイズ粒子またはナノサイズ粒子あるいは、気泡のような、空孔を含むこともできる。散乱層１４０は一般に、クラッド層１２０の外半径から、または被覆層１３０の外直径から、広がる（図１Ａ〜１Ｄを参照されたい）。本明細書に説明されるいくつかの実施形態において、散乱層１４０の径方向幅は、約１μｍ、２μｍ、３μｍ、４μｍ、５μｍ、６μｍ、７μｍ、８μｍ、９μｍ、１０μｍ、２０μｍ、３０μｍ、４０μｍ、５０μｍ、６０μｍ、７０μｍ、８０μｍ、９０μｍまたは１００μｍより大きい。
【００３６】
いくつかの実施形態において、散乱材料は、光拡散性光ファイバ１００のコア領域１１０から散乱される光の角度無依存分布を与える、白色インクのような、ＴｉＯ２ベース粒子を含むことができる。いくつかの実施形態において、散乱粒子は散乱層内でサブレーヤをなす。例えば、いくつかの実施形態において、粒子サブレーヤは約１μｍから約５μｍの厚さを有することができる。別の実施形態において、散乱層内の粒子層の厚さ及び／または粒子の濃度は、より一様な、大角度（すなわち、約１５°より大きい角度）で光拡散性光ファイバ１００から散乱される光の強度を与えるためにファイバの軸長に沿って変えることができる。
【００３７】
いくつかの実施形態において、散乱層１４０内の散乱剤は、被覆材料のマトリクスとは（すなわち、例えばベースポリマーとは）０.０５より大きく異なる屈折率を有するいずれかの散乱材料（例えば、ベースポリマーと散乱材料の間の屈折率差が０.０５より大きい）とすることができた。ベース材料と散乱材料の間の屈折率は少なくとも０.１であることが好ましい。すなわち、散乱粒子の屈折率は散乱層１４０のベース材料の（例えば、ポリマーまたは他のマトリクス材料の）屈折率より少なくとも０.１は大きいことが好ましい。（本明細書では散乱剤とも称される）散乱材料は、固体粒子、液滴または気泡とすることができる。例えば、散乱材料が固体粒子である場合、固体散乱粒子は有機または無機とすることができる。散乱材料が有機である場合、粒子は、顔料、ポリマーまたは、ベースマトリクス材料に粉末として組み入れることができる、いずれかの有機材料とすることができる。散乱材料は、その場で、結晶化及び／または相分離によって形成することもできる。これらの例は、ポリエチレン、ポリプロピレン、シンジオタクチックポリスチレン、ナイロン、ポリエチレンテレフタレート、ポリケトン及び、固化中でウレタン官能基が整列及び結晶化する、ポリウレタンがあるが、これらには限定されない。
【００３８】
例えば、マトリクス材料の硬化または固化中に、光散乱サイトとして機能する結晶を形成することができる。また、例えば、マトリクス内のマトリクス混合物が硬化または固化中に不相溶になり、マトリクス材料が相分離されて光を散乱することができる液滴または粒子になり、したがって散乱サイトを形成するような、マトリクス材料を選ぶことができる。これらの例は、スチレン−ブタジエン−スチレンブロックコポリマー、ポリスチレン内ポリメチルメタクリレート及びアクリロニトリル−ブタジエン−スチレンであろうが、これらには限定されない。
【００３９】
散乱材料が無機である場合、散乱粒子は、例えば、顔料、酸化物または鉱物フィラーとすることができる。有機及び無機の散乱粒子のいずれも、例えば、固体の摩砕によるか、または（例えば、乳化重合またはゾル−ゲルにより）初めに小粒子として、形成することができる。固体散乱粒子（または散乱剤）は、シリカ、アルミナ、ジルコニア、チタニア、酸化セリウム、酸化スズ及び酸化アンチモンのような無機酸化物であることが好ましい。粉砕されたガラス、セラミックまたはガラス−セラミックも散乱剤として用いることができる。拡散光の角度一様照明強度を与えるため、粉砕された、石英、タルク、ムライト、コージェライト、クレイ、霞石閃長岩、炭酸カルシウム、三水和アルミナ、硫酸バリウム、ウラストナイト、雲母、長石、パイロフィライト、珪藻土、パーライト及びクリストバライトのようなケイ酸塩及び鉱物フィラーを、散乱粒子として層１４０に用いることができる。
【００４０】
散乱層１４０内の散乱粒子の断面寸法は０.１λから１０λである。ここで、λは光拡散性ファイバ１００を通って伝搬している光の波長である。散乱粒子の断面寸法，ｄは０.２λより大きく、５λ≦ｄ≦５倍より小さいことが好ましく、０.５λと２λの間であることがさらに好ましい。散乱剤の量は重量で約０.００５％から７０％まで、好ましくは０.０１％から６０％まで、最も好ましくは０.０２％から５０％まで、変わり得る。一般に、散乱層または散乱被覆１４０が薄くなるほど、散乱層内に存在すべき散乱粒子の量は多くなる。
【００４１】
図１Ｂを参照すれば、示される実施形態において、未散乱光が光源から矢印１５０で示される方向に光拡散性ファイバ１００を伝搬していく。光拡散性ファイバを出る散乱光は、ファイバの方向と散乱光が光拡散性ファイバ１００を出るときの散乱光の方向の間の角度差を表す角度１７０をなす矢印１６０として示されている。いくつかの実施形態において、光拡散性光ファイバ１００の可視スペクトル及び／または近ＩＲスペクトルは角度１７０に依存しない。いくつかの実施形態において、角度１７０が１５°及び１５０°であるときのスペクトル強度はピーク波長で測定して±３０％以内である。いくつかの実施形態において、角度１７０が１５°及び１５０°であるときのスペクトル強度はピーク波長で測定して、±２０％、±１５％、±１０％または±５％以内である。
【００４２】
本明細書に説明されるいくつかの実施形態において、光拡散性光ファイバは一般に約０.１５ｍから約１００ｍの長さを有する。いくつかの実施形態において、光拡散性光ファイバは、例えば、約１００ｍ、７５ｍ、５０ｍ、４０ｍ、３０ｍ、２０ｍ、１０ｍ、９ｍ、８ｍ、７ｍ、６ｍ、５ｍ、４ｍ、３ｍ、２ｍ、１ｍ、０.７５ｍ、０.５ｍ、０.２５ｍ、０.１５ｍまたは０.１ｍの長さを有する。
【００４３】
さらに、本明細書に説明される光拡散性光ファイバ（ＬＤＦ）１００は５５０ｎｍの波長において約０.２ｄＢ/ｍより大きい散乱誘起減衰損失を有する。例えば、いくつかの実施形態において、散乱誘起減衰損失は、５５０ｎｍにおいて、約０.５ｄＢ/ｍ、０.６ｄＢ/ｍ、０.７ｄＢ/ｍ、０.８ｄＢ/ｍ、０.９ｄＢ/ｍ、１ｄＢ/ｍ、１.２ｄＢ/ｍ、１.４ｄＢ/ｍ、１.６ｄＢ/ｍ、１.８ｄＢ/ｍ、２.０ｄＢ/ｍ、２.５ｄＢ/ｍ、３.０ｄＢ/ｍ、３.５ｄＢ/ｍ、または４ｄＢ/ｍ、５ｄＢ/ｍ、６ｄＢ/ｍ、７ｄＢ/ｍ、８ｄＢ/ｍ、９ｄＢ/ｍ、１０ｄＢ/ｍ、２０ｄＢ/ｍ、３０ｄＢ/ｍ、４０ｄＢ/ｍまたは５０ｄＢ/ｍより大きくなり得る。
【００４４】
本明細書に説明されるように、光拡散性ファイバはファイバの全長に沿って一様な照明を生じるか、またはファイバの全長より短いファイバのセグメントに沿って一様な照明を生じるように、構成することができる。語句「一様な照明」は、本明細書に用いられるように、光拡散性ファイバから放射される光の強度が指定された長さにわたって２５％より大きくは変わらないことを意味する。
【００４５】
本明細書に説明されるファイバは様々な技法を用いて形成することができる。例えば、ファイバコア１１０は、ガラスファイバに空孔または粒子を組み入れる、いくつもの方法で作成することができる。例えば、空孔を含む光ファイバプリフォームを形成するための方法は、例えば、米国特許出願第１１／５８３０９８号の明細書に説明されている。この特許出願明細書は本明細書に参照として含められる。空孔を形成する別の方法は、例えば、米国特許出願第１２／９５００４５号、同第１３／０９７２０８号及び同第１３／２６９０５５号の各明細書に見ることができる。これらの特許出願明細書は本明細書に参照として含められる。一般に、光ファイバは光ファイバからファイバ巻取システムによって線引きされ、実質的に垂直な経路に沿って線引き炉を出る。いくつかの実施形態において、ファイバは、ファイバの長軸に沿う螺旋空孔を形成するため、線引きされながら回転される。光ファイバが線引き炉を出る際に、光ファイバの製造中に生じているかもしれない損傷及び／またはきずについて光ファイバを検査するため、非接触きず検出器を用いることができる。その後、光ファイバの直径を非接触センサによって測定することができる。光ファイバが垂直な経路に沿って線引きされる間、光ファイバに被覆を施す前に、必要に応じて、光ファイバを冷却する冷却システムを通して光ファイバを線引きすることができる。
【００４６】
光ファイバが線引き炉または必要に応じる冷却システムを出た後、光ファイバは、光ファイバに１つ以上のポリマー層（すなわち、ポリマークラッド層材料、散乱層及び／または蛍光層）が施される、少なくとも１つの被覆形成システムに入る。光ファイバが被覆形成システムを出る際に光ファイバの直径を非接触センサで測定することができる。その後、光ファイバの製造中に生じているかもしれない被覆の損傷及び／またはきずについて光ファイバを検査するため、非接触きず検出器が用いられる。
【００４７】
一実施形態にしたがえば、光拡散性ファイバを作製する方法は、プリフォームコアを含む光ファイバプリフォームを形成する工程、光ファイバプリフォームを光ファイバに線引きする工程、光ファイバを少なくとも１つのクラッド層で被覆する工程及び光ファイバを少なくとも１つの散乱層で被覆する工程を含む。
【００４８】
図２Ａ及び２Ｂはナノ構造、クラッド層１２０，二次被覆１３０、ファイバ１００を囲む澄明または透明な外被２６０，及びファイバ外被内に配された空隙または空きスペース２５０を有する光拡散性ファイバ（１００）の一実施形態を簡略に示す。
【００４９】
図２Ａを参照すれば、いくつかの実施形態にしたがい、光拡散性ファイバ１００は、布設及びハンドリングの容易さのため（すなわち、そうでなければ脆弱なファイバに機械的保護を与えるため）、透明外被２６０内に封入することができる。ファイバ外被２６０は透明ＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）で作製することができる。外被材料２８０は澄明であることが好ましく、外被の厚さは０.５〜２ｍｍであることが好ましい。この実施形態において、拡散光がファイバ外被を通過する際の散乱光の角度特性は散乱層１４０を通過する拡散光によって与えられる角度特性と同様であろう。
【００５０】
別の実施形態は、クラッド層上または別の被覆層上に直接に配置された散乱層１４０を有していない光拡散性ファイバ１００を含む。代わりに、この実施形態においては、散乱層２７０がファイバ外被２６０の表面上に施される（散乱層２７０は、例えば、ＴｉＯ２，ＳｉＯ２，アルミナ，Ｚｒ，これらの組合せ、または気泡である、散乱サイトまたは散乱粒子２９０を含むことができる）。この実施形態は、例えば、図２Ｃに示されている。
【００５１】
別の実施形態は光拡散ファイバ及び外被材料を有し、散乱サイト２９０は外被壁の体積内に分散されている（例えば図２Ｄを参照されたい）。
【００５２】
別の実施形態は光拡散性ファイバ及び外被２６０を有し、散乱サイト２９０は光ファイバと外皮壁の間に、すなわちスペース２５０内に、分散された粉末の形態にある（例えば図２Ｅを参照されたい）。
【００５３】
図２Ｂは光伝搬方向１５０に対する（散乱角１７０をなしている）散乱光線の角度位置／方向１６０を示す。
【００５４】
上述したように、いくつかの実施形態において、独立の二次被覆がなく、散乱層は、例えば、複数の空孔がランダムに分布しているポリマーベース層である。この散乱層は二次層の機能も果たす−すなわち、この散乱層はファイバに追加の機械的保護を与える。
【００５５】
いくつかの実施形態において、個々のファイバは散乱層を有していないが、光拡散性ファイバは束ね合わされて、外被を有し、散乱材料が外被に、または外被内でファイバを囲む材料に、組み入れられている、ファイバ束及び／またはファイバリボンを形成する。そのようなファイバ束は、単一のファイバには効率的に結合しないＬＥＤ光源とともに用いられるファイバ束として利用できる点で有利である。
【００５６】
ファイバ束
本発明の別の実施形態は、発光ダイオード、すなわちＬＥＤに結合された、複数本の光拡散性ファイバ（ＬＦＤ）１００（好ましくは７〜２００本、さらに好ましくは１２本から５０本の光拡散性ファイバ）を有するファイバ束を含む。ＬＥＤは、その寸法が好ましくは光ファイバの寸法より大きく、開口数（ＮＡ）が光ファイバのＮＡより大きい−例えば、１.０のＮＡ対０.５のＮＡ−面光源である。光拡散性光ファイバをＬＥＤに効率よく（＞６０％の効率で）結合するためには、複数本の光拡散性ファイバ１００を束またはリボンの形態で用いることが好ましい。束またはリボンの光拡散性光ファイバ１００の本数は、可視波長及び、必要に応じて近赤外（ＩＲ）波長における光取り出し効率が高い条件下で、７本から数１０００本とすることができる（本明細書に定義されるように、ＩＲスペクトルは８００ｎｍから２０００ｎｍの波長範囲内にある光を含む）。複数本の光拡散性ファイバ１００はまとめられて、それらのファイバを囲むファイバ束外被２２０をもつファイバ束３００にされる。ファイバ束外被２２０は透光性材料または半透光性材料でつくられることが好ましい。ファイバ束３００は、ＬＥＤまたはライトチューブのような拡がりのある光源への効率的結合を与えるために用いられ得る点で有利である。例えば、いくつかの実施形態において、光拡散性ファイバ１００は、透明ＰＶＣチューブのような、保護チューブ内に緩めに収められる（すなわち、ファイバは相互に滑ることができる）。すなわち、ファイバ束外被２２０、例えばこのチューブは、その中に配されたチューブを保護し、同時にそれらのチューブの相対運動を可能にする。
【００５７】
散乱サイト組み入れの様々な選択肢も、澄明外被保護をもつ単一ファイバによって与えられる放射光角度一様性と同様の放射光角度一様性を与えることができる。一実施形態例において、（本明細書では散乱中心とも称される）散乱粒子２９０は、複数本の光拡散性ファイバ１００に添加される材料、ＴｉＯ２、シリカ、アルミナ、気泡及び／またはＺｒのような材料を含む（散乱中心２９０は、例えば、散乱被覆または散乱層１４０内に存在することができる）。上述したように、これらのファイバはファイバ束外被２２０内に収められる。光は、ファイバの長さに沿う散乱層の長さを通ってはそれほど伝搬することなく、散乱被覆または散乱層１４０から散乱される（例えば、図３Ａを参照されたい）。ファイバ束内のそれぞれの光拡散性ファイバ１００からの散乱光は、ファイバ束外被２２０の透明外被材料を通過して、一様な照明を与える。さらに、ファイバ１００間の複数の散乱事象がファイバ束３００でも生じる。ファイバ１００間のこれらの複数の散乱事象は、一本の光拡散性ファイバ１００で与えられる散乱光に比較して、さらに一層一様な散乱パターンを与える（さらに一様な照明光がファイバ束３００から放射される）。この実施形態において、ファイバ束３００に用いられるファイバの構造は図１Ａに示されるファイバと同様である。光拡散性ファイバ１００は外被２２０で囲まれ、ファイバ１００は例えば空隙２１０で外被２２０の内壁から少なくともある程度隔てられている。この実施形態において、外被２２０は澄明である−すなわち、動作／散乱波長において透光性である。
【００５８】
ファイバ束外被は、例えば、アクリル、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリエステル、ＣＰＶＣ、スチレン／無水マレイン酸コポリマー、環状オレフィン、フルオロポリマー、ポリ乳酸、ポリウレタン、エチレン酢酸ビニルコポリマー、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリシリコーン及びＡＢＳ（アクリロニトリル−ブタジエン−スチレンコポリマー）のような、ただしこれらには限定されない、熱可塑性押出成形級ポリマーで作製することができる。散乱剤をこれらのポリマーに添加し、次いでＬＤＦ用外被材料として押出成形することができる。
【００５９】
いくつかの実施形態において、ファイバ束を形成する光拡散性ファイバ１００は散乱層１４０を有していない。代わりに、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、Ｚｒ、アルミナまたは気泡のような散乱材料が、被覆１４０と同様の構成にある散乱層または散乱被覆２７０として、例えば外被２２０の外被材料２８０（例えば、ＰＶＣ）の外表面上に与えられる。一実施形態において、散乱サイト２９０は熱押出中にまたはファイバ束外被内にファイバを束ねた後にＰＶＣ材料の表面に与えられる（図３Ｃを参照されたい）。
【００６０】
別の実施形態において、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、Ｚｒ、アルミナまたは気泡のような散乱サイトは、厚さが１〜２ｍｍの外被２２０の外被材料２８０の壁を通して分散される（例えば図３Ｄを参照されたい）。外被材料２８０は、例えば、透明または半透明のＰＶＰ（ポリビニルピロリドン）材料とすることができる。いくつかの実施形態において、粒子２９０は散乱層内で層をなす。例えば、いくつかの実施形態において、粒子層は約１μｍから約５μｍの厚さを有することができる。別の実施形態において、散乱層１４０の厚さは、大角度（例えば、約１５°より大きい角度）で光拡散性光ファイバ束３００から散乱される光のより一様な強度変化を与えるように、ファイバ１００の軸長に沿って変えることができる。
【００６１】
いくつかの実施形態（図３Ｃ）において、散乱サイト２９０は、ファイバと外皮材料の間の空きスペース内に分散させることができる、散乱粉末材料の形態にあることができる。この粉末は、寸法が５μｍより小さく、より好ましくは４μｍより小さい（例えば、≦３μｍまたは≦２μｍ）、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、アルミナまたはＺｒの粒子あるいは他のいずれかの小粒子材料のとすることができる。
【００６２】
ここで図３Ａ及び３Ｂを参照すれば、光拡散性光ファイバ束３００の一実施形態が簡略に示されている。ファイバ束は複数本の光拡散性光ファイバ１００を有し、光拡散性光ファイバはコアを有し、さらに、コアは散乱領域を有する。散乱領域は、本明細書に参照として含められる、米国特許出願第１２／９５００４５号、同第１３／０９７２０８号及び同第１３／２６９０５５号の各明細書に示されるような、気体充填空孔を含むことができ、あるいは、マイクロ粒子またはナノ粒子のような、固体粒子のファイバコア内への包有異物を含むことができる。
【００６３】
気体充填空孔は、コア全体にわたって存在することができ、コアとクラッド層の界面近傍に存在することができ、あるいはコア内に環状リングとして存在することができる。気体充填空孔はランダムまたは規則的なパターンで配置することができ、ファイバの長さに沿って平行に延びることができ、あるいは螺旋を描く（すなわち、ファイバの長軸に沿って回る）ことができる。散乱領域は多数の気体充填空孔、例えば、５０より多いか、１００より多いか、または２００より多くの空孔を、ファイバの断面内に含むことができる。気体充填空孔には、例えば、ＳＯ２，Ｋｒ，Ａｒ，ＣＯ２，Ｎ２，Ｏ２またはこれらの混合気を入れることができる。空孔の断面寸法（例えば、直径）は約１０ｎｍから約１０μｍとすることができ、長さは約１μｍから約５０ｍまで変わり得る。いくつかの実施形態において、空孔の断面寸法は、約１０ｎｍ、２０ｎｍ、３０ｎｍ、４０ｎｍ、５０ｎｍ、６０ｎｍ、７０ｎｍ、８０ｎｍ、９０ｎｍ、１００ｎｍ、１２０ｎｍ、１４０ｎｍ、１６０ｎｍ、１８０ｎｍ、２００ｎｍ、２５０ｎｍ、３００ｎｍ、４００ｎｍ、５００ｎｍ、６００ｎｍ、７００ｎｍ、８００ｎｍ、１μｍ、２μｍ、３μｍ、４μｍ、５μｍ、６μｍ、７μｍ、８μｍ、９μｍまたは１０μｍである。いくつかの実施形態において、空孔の長さは、約１μｍ、２μｍ、３μｍ、４μｍ、５μｍ、６μｍ、７μｍ、８μｍ、９μｍ、１０μｍ、２０μｍ、３０μｍ、４０μｍ、５０μｍ、６０μｍ、７０μｍ、８０μｍ、９０μｍ、１００μｍ、２００μｍ、３００μｍ、４００μｍ、５００μｍ、６００μｍ、７００μｍ、８００μｍ、９００μｍ、１０００μｍ、５ｍｍ、１０ｍｍ、５０ｍｍ、１００ｍｍ、５００ｍｍ、１ｍ、５ｍ、１０ｍ、２０ｍまたは５０ｍである。
【００６４】
図１Ａ〜３Ｄに示される実施形態において、ファイバ１００のコア領域１１０はシリカベースガラスを有し、屈折率，ｎを有する。いくつかの実施形態において、コアに対する屈折率は約１.４５８である。コア領域１１０は約１０μｍから約６００μｍの半径を有し得る。いくつかの実施形態において、コアの半径は約３０μｍから約４００μｍである。別の実施形態において、コアの半径は約１２５μｍから約３００μｍである。また別の実施形態において、コアの半径は、約５０μｍ、６０μｍ、７０μｍ、８０μｍ、９０μｍ、１００μｍ、１２０μｍ、１４０μｍ、１６０μｍ、１８０μｍ、２００μｍ、２２０μｍ、２４０μｍまたは２５０μｍである。
【００６５】
ファイバ１００のコア内の空孔は光拡散性光ファイバのコア内を伝搬している光を、光がコア領域から径方向に外側に向けられ、よって光拡散性光ファイバ及び光拡散性光ファイバを囲む空間を照明するように、散乱させるために用いられる。散乱誘起減衰は空孔の濃度を高めるかまたはファイバ全体にわたって空孔を配置することによって大きくすることができ、あるいは、空孔が環状リングに限定されている場合には、環の幅を大きくすることで、同じ空孔密度に対して散乱誘起減衰を大きくすることもできる。さらに、空孔が螺旋状である構成においては、ファイバの長さにわたり螺旋状空孔のピッチを変えることで散乱誘起減衰を大きくすることもできる。詳しくは、ピッチが小さい螺旋空孔はピッチが大きい螺旋空孔より多くの光を散乱することが分かっている。したがって、軸長に沿うファイバの照明の強度は軸長に沿う螺旋空孔のピッチを変えることによって制御する（すなわち、あらかじめ定める）ことができる。螺旋空孔のピッチは、本明細書に用いられるように、単位長当たりに螺旋空孔がファイバの長軸を巻くかまたは回る回数の逆数を指す。
【００６６】
図３Ａ及び３Ｃ〜３Ｄをまだ参照すれば、光拡散性光ファイバ１００はさらに、コア領域を囲んでコア領域に直接に接している低屈折率クラッド層を有することができる。いくつかの実施形態において、クラッド層はフッ素及びホウ素が共ドープされたガラスを含む。いくつかの実施形態において、クラッド層はポリマーを含む。クラッド層は、光拡散性光ファイバ１００の開口数（ＮＡ）を大きくするため、低屈折率を有する材料で形成することができる。いくつかの実施形態において、クラッド層は約１.３５より低い（コアの屈折率に比較した）屈折率コントラストを有する。例えば、ファイバの開口数は約０.３より大きくすることができ、いくつかの実施形態においては、約０.５より大きくすることができる。一実施形態において、クラッド層は、大韓民国京畿道安山市木内洞４０３−２のＳＳＣＰ ＣＯ．Ｌｔｄから入手できるＰＣ４５２のような、ＵＶ硬化性または熱硬化性のフルオロアクリレート、またはシリコーンのような、低屈折率ポリマー材料を含む。別の実施形態において、クラッド層は、米国イリノイ州エルジンのＤＳＭ Ｄｅｓｏｔｅｃｈ社で製造されている、ＣＰＣ６のような、ウレタンアクリレートを含む。別の実施形態において、クラッド層は、例えばフッ素及びホウ素のような、下げドーパントで下げドープされたシリカガラスで形成することができる。クラッド層は一般にコア領域の屈折率より低い屈折率を有する。いくつかの実施形態において、クラッド層は、シリカガラスに対して負の相対屈折率をもつ、低屈折率ポリマークラッド層である。例えば、クラッド層の相対屈折率は約−０.５％より低くすることができ、いくつかの実施形態においては−１％より低い。
【００６７】
図３Ｅを参照すれば、図示される実施形態において、未散乱光がファイバ束３００内に収められた光拡散ファイバ１００を矢印１５０で示される方向に伝搬していく。拡散性ファイバ束３００を出る散乱光は、ファイバ束３００の軸方向と、光拡散性ファイバ束３００を出るときの、散乱光の方向の間の角度差を表す角度１７０をなす矢印１６０として示されている。いくつかの実施形態において、光拡散性光ファイバ束３００の可視スペクトル及び／または近ＩＲスペクトルは角度１７０に依存しない。いくつかの実施形態において、角度１７０が１５°及び１５０°であるときのスペクトル強度はピーク波長で測定して±３０％以内である。いくつかの実施形態において、角度１７０が１５°及び１５０°であるときのスペクトル強度はピーク波長で測定して、±２０％、±１５％、±１０％または±５％以内である。照明システムは光拡散性ファイバのコア内に波長が約３００ｎｍから約４５０ｎｍの光を放射する発光デバイスを備えることができるが、光源は４００〜２０００ｎｍの範囲（例えば、４５０〜１７００ｎｍの範囲）で動作することもできる。光源（発光デバイス、例えばレーザまたはＬＥＤ）と光拡散性光ファイバ束３００の間に結合光学系を配置することができる。
【００６８】
本明細書に説明されるいくつかの実施形態において、光拡散性光ファイバ束は一般に約１００ｍから約０.１５ｍの長さを有するであろう。いくつかの実施形態において、光拡散性光ファイバは一般に、約１００ｍ、７５ｍ、５０ｍ、４０ｍ、３０ｍ、２０ｍ、１０ｍ、９ｍ、８ｍ、７ｍ、６ｍ、５ｍ、４ｍ、３ｍ、２ｍ、１ｍ、０.７５ｍ、０.５ｍ、０.２５ｍ、０.１５ｍまたは０.１ｍの長さを有するであろう。
【００６９】
さらに、本明細書に説明される光拡散性光ファイバ束は４００〜１７００ｎｍの波長において約０.２ｄＢ/ｍより大きい散乱誘起減衰損失を有する。例えば、いくつかの実施形態において、散乱誘起減衰損失は、４００ｎｍ、５００ｎｍ、６０００ｎｍ、７００ｎｍ、８００ｎｍ、９００ｎｍ、１０００ｎｍ、１２００ｎｍ、１４００ｎｍ及び１６００ｎｍにおいて、約０.５ｄＢ/ｍ、０.６ｄＢ/ｍ、０.７ｄＢ/ｍ、０.８ｄＢ/ｍ、０.９ｄＢ/ｍ、１ｄＢ/ｍ、１.２ｄＢ/ｍ、１.４ｄＢ/ｍ、１.６ｄＢ/ｍ、１.８ｄＢ/ｍ、２.０ｄＢ/ｍ、２.５ｄＢ/ｍ、３.０ｄＢ/ｍ、３.５ｄＢ/ｍ、４ｄＢ/ｍ、５ｄＢ/ｍ、６ｄＢ/ｍ、７ｄＢ/ｍ、８ｄＢ/ｍ、９ｄＢ/ｍ、１０ｄＢ/ｍ、２０ｄＢ/ｍ、３０ｄＢ/ｍ、４０ｄＢ/ｍまたは５０ｄＢ/ｍより大きくなり得る。
【００７０】
本明細書に説明されるように、光拡散性ファイバ束はファイバ束の全長に沿って一様な照明を生じるか、またはファイバの全長より短いファイバのセグメントに沿って一様な照明を生じるように、構成することができる。語句「一様な照明」は、本明細書に用いられるように、光拡散性ファイバ束から放射される光の強度が指定された長さにわたって２５％〜３０％より大きくは変わらないことを意味する。
【００７１】
いくつかの実施形態において、光拡散性ファイバ１００と外被材料の間の空きスペースに散乱粉末材料を分散させることができる。この粉末は、寸法が＜２〜５μｍの、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、アルミナまたはＺｒの粒子あるいはいずれか他の小粒子材料とすることができる。
【００７２】
したがって、一実施形態にしたがえば、ファイバ束またはファイバリボンを作製する方法は、光拡散性ファイバを作製する工程及び光拡散性ファイバを束ねてファイバ束外被を有するファイバ束にする工程を含み、ファイバ束外被は、散乱材料を含むか、または散乱材料を含む被覆で被覆される。
【実施例】
【００７３】
実施例１−この実施形態において、光拡散性ファイバ１００は、シリカコア１１０，ポリマークラッド層１２０，３０μｍ厚の二次被覆１３０及び２μｍ厚の散乱層１４０を有する。散乱層１４０はポリマー内に懸濁されたＴｉＯ２粒子を含む。ポリマー材料の屈折率は１.５５であり、ＴｉＯ２粒子の屈折率は約２.５であって、かなりの屈折率不整合及びＴｉＯ２粒子の小径（〜０.２μｍ）により、入射角に対する散乱角の関数として一様な散乱を達成することができる。
【００７４】
実施例２−この実施形態において、光拡散性ファイバ１００は、シリカコア１１０，ポリマークラッド層１２０及び、散乱粒子または散乱サイトが内部に配されている二次被覆層に用いられる一般的な材料を含む、３０μｍ厚の単層１４０を有する。
【００７５】
実施例３−この実施形態において、光拡散性ファイバ１００は、シリカコア１１０，ポリマークラッド層１２０及び３０μｍ厚の二次被覆１３０を有し、二次被覆１３０の上面に直接に配された散乱層１４０は有していないが、澄明外被２６０及び、ファイバ外被２６０の外表面上に配された、（本明細書では散乱外被被覆層とも称される）散乱層２７０を有する。散乱被覆層２７０には高効率散乱粒子、例えば、白色インク（ＴｉＯ２ベース充填ポリマー）を用いる。ＴｉＯ２粒子は４００〜１７００ｎｍにおいて透明であり、可視／近ＩＲ用途に適している。
【００７６】
実施例４−この実施形態において、光拡散性ファイバ１００は、シリカコア１１０，ポリマークラッド層１２０及び二次被覆１３０を有する。澄明外被がファイバ１００を囲み、散乱粉末がファイバと外被の間に分散される。散乱粉末には、寸法が＜２μｍのいずれかの光非吸収材料のような、高効率散乱体を用いる。
【００７７】
実施例５−この実施形態において、ファイバ束３００は３９本の光拡散性ファイバ１００を有する。これらのファイバのそれぞれは、シリカコア、ポリマークラッド層、３０μｍ厚の二次被覆、２μｍ厚の散乱層、及び澄明で透明なＰＶＣ外被材料を有する。散乱層はポリマーベース内にＴｉＯ２粒子を含む。
【００７８】
実施例６−この実施形態において、ファイバ束３００は３９本の光拡散性ファイバ１００を有する。これらのファイバのそれぞれは、シリカコア、ポリマークラッド層及び、二次被覆材料及び散乱粒子のいずれも含む、２５μｍ厚の単層を有し、全てが澄明で透明なＰＶＣ外被材料内に封入されている。散乱層（すなわち、２５μｍ厚の層）は、例えば、ポリマーベース内にＴｉＯ２粒子を含むことができる。
【００７９】
実施例７−この実施形態において、ファイバ束３００は３９本の光拡散性ファイバ１００を有する。これらのファイバのそれぞれは、シリカコア、ポリマークラッド層、二次被覆及び澄明で透明なＰＶＣ外被材料を有し、散乱層が外被材料の外側に施されている。散乱層はポリマーベース内にＴｉＯ２粒子を含む。
【００８０】
実施例１〜７のそれぞれにおいて、最適なスペクトル依存性及び角度依存性を得るためにそれぞれの層の厚さ及びドーパントの濃度を変更した。これらの構成例は青色波長（４４５ｎｍ）から赤色波長（６５０ｎｍ）において色一様角度強度をもつファイバ及びファイバ束を与える。
【００８１】
一実施形態例において、光拡散性ファイバに結合される入射光は４４５ｎｍから６５０ｎｍの波長範囲にあった。光拡散性ファイバ１００は内部散乱サイトとしてランダムな空気線（気体充填空孔）を含んでいた。均一化被覆１４０に対し、発明者等は二次被覆内に配されたＴｉＯ２粒子を用いた。結果は、角度分布がかなり変わり得ることを示す（図４）。図４の曲線ｄに対応するファイバは、ランダム空気線コア、ポリマークラッド層及び、ＴｉＯ２粒子を含む、散乱層を有し、散乱損失は〜３ｄＢ/ｍである。図４に見られるように、曲線ｄは光が広く一様に散乱されることを示す。図４に示される光の一様分布（曲線ｄ）は広範な用途においてファイバの表面からのカバレッジ距離を最大にするために重要である。
【符号の説明】
【００８２】
１００    光拡散性光ファイバ（ＬＤＦ）
１１０    コア
１２０    クラッド層
１３０    二次被覆層
１４０，２７０    散乱層／散乱被覆
１７０    視角
２１０，２５０    空隙／空きスペース
２２０    ファイバ束外被
２６０    外被
２８０    外被材料
２９０    散乱サイト／散乱粒子
３００    ファイバ束
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
2016513274.tif 000004
【図１Ｃ】
2016513274.tif 000005
【図１Ｄ】
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【図２Ａ】
2016513274.tif 000007
【図２Ｂ】
2016513274.tif 000008
【図２Ｃ】
2016513274.tif 000009
【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図２Ｆ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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【図４】
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【国際調査報告】
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