JP7226917B2 - 散乱中心を含むクラッドを有する光拡散光学素子 - Google Patents

Description

関連出願の相互参照

本出願は、その内容が依拠され、その全体がここに参照することによって本願に援用される、２０１５年２月６日出願の米国仮特許出願第６２／１１２，８５２号の米国法典第３５編特許法１１９条に基づく優先権の利益を主張する。

本開示は、光を拡散させて広範囲照明を提供するための光学素子に関する。より詳細には、本開示は、光の効率的な拡散を達成するために高い散乱効率を有する光学素子に関する。光学素子は、ＬＥＤ及びレーザダイオード照明源への効率的な結合を可能にする、高開口数も有しうる。

多くの光学系は、光ファイバを利用して、光を遠隔光源から目的とする送り先へと伝送する。典型的な系では、光源がファイバに結合し、該光源が供給する光は、ファイバによって目的とする送り先へと誘導される。光ファイバは、光信号の形態の符号化された情報を配信するために、電気通信に幅広く用いられている。電気通信リンクは、電気信号を光信号に変換する送信器を備えている。光信号は、ファイバ内に入射し、リンクの送り先端においてさらに処理するために、光信号を電気信号へと再変換する受信器に伝送される。光ファイバはまた、点照明源としても用いられている。これらの用途では、光源からの光は、ファイバの受信端に結合され、ファイバの送り先端から照射ビームとして出てくる。

近年、光ファイバの使用を広範囲照明の用途へ拡大することに関心が集まっている。これらの系では、ファイバの長さの少なくとも一部に沿った、光の制御放出を達成することが目的である。ファイバを使用して光を閉じこめ、光源からの損失を最小限にしつつ光を伝送してファイバ軸の方向に配置された目標に光信号又は点照明を提供するのではなく、ファイバの半径方向に動作する広範囲照明源としてファイバの外側面を使用することが目的である。

光拡散ファイバは、広範囲照明源として使用可能なファイバの一種である。光拡散ファイバは、ファイバ軸の方向に伝搬する光をファイバの外へと半径方向に散乱するように設計される。放射状の散乱は、典型的には、ファイバのコア領域にナノ構造のボイドを導入することによって達成される。ボイドは、典型的にはガスで満たされ、かつ、ファイバを通じて伝搬する光の波長と類似した寸法を有する、低屈折率領域である。ボイドと周囲の高密度ガラスマトリクスとの屈折率コントラストは、光の散乱に影響を及ぼす。散乱効率、それ故に散乱光の強度は、ボイドの寸法、空間的配列及び数密度を制御することによって制御されうる。広範囲照明に加えて、光拡散ファイバは、表示装置に、及び光化学用途における光源として、使用されてもよい。光拡散ファイバ及び代表的な用途についてのさらなる情報は、それらの開示がここに参照することによって本明細書に取り込まれる、特許文献１及び２に見出されうる。

従来の白熱光源離れの傾向が増すにつれて、ＬＥＤ及びレーザダイオードは、ますます光ファイバの重要な光源となっている。ＬＥＤ及びレーザダイオードを光ファイバに効率的に結合するためには、断面積及び開口数（ＮＡ）の不整合の理由から、課題が示されている。ＬＥＤ及びレーザダイオードの断面積及び開口数は、典型的な光ファイバの断面積及び開口数よりはるかに大きい。

結合効率を改善するための１つの方策は、光ファイバの直径を増加させることである。しかしながら、この試みの欠点は、ファイバの可撓性を維持するために、ガラス部分（コア＋クラッド）の直径を約１２５μｍ以下に維持することが望ましいことである。ＬＥＤ及びレーザダイオードへの効率的な結合のためには、はるかに大きい直径が必要とされることから、この試みは、ファイバの可撓性が所望される用途では、有効性は限られている。

結合効率を改善するための第２の方策は、ファイバの開口数を増加させることである。しかしながら、この方策は、光拡散ファイバに必要とされる散乱効率をもたらすためにコア領域に用いられるボイドは低屈折率領域であり、コアの平均屈折率の低下をもたらすことから、通常の光拡散光ファイバには実施困難である。高開口数はコアの屈折率の増加にとって好ましいことから、コア領域に低屈折率ボイドを含むことによる、光拡散光ファイバにおける散乱効率を増加させる必要性は、光拡散ファイバの開口数を増加させるという目標と矛盾し、ＬＥＤ及びレーザダイオードと光拡散光ファイバとの間の効率的な結合の達成をより困難にする。

米国特許第７４５０８０６号明細書 米国特許第８５９１０８７号明細書

狭い空間、屈曲構成、及び通常の光源を配置することが不可能な領域における配置に必要とされる可撓性を維持しながら、ＬＥＤ及びレーザダイオードに効率的に結合する光拡散光学素子が必要とされている。

本開示は、ＬＥＤ及びレーザダイオード光源に効率的に結合する、広範囲照明のための光拡散素子を提供する。光拡散素子は、コア及びクラッドを備えている。コアは、ガラスで構成されている。クラッドは、ガラス又はポリマーで構成されている。クラッドは、散乱中心を含む。コアもまた、散乱中心を含みうる。散乱中心としては、ドーパント、ナノ粒子、及び内部ボイドが挙げられる。光源から供給される光はコアに入り、光拡散素子を通じて誘導される。

散乱中心は、素子の中心軸の方向に伝搬する光を、半径方向、横方向、又はオフ軸方向に向け直す作用をする、ナノ構造又はマイクロ構造領域でありうる。散乱光は、素子の外側面から出て、広範囲照明を提供しうる。コアからクラッドに入るエバネッセント光は、クラッド内の散乱中心によって散乱されて、照明効果を提供する。

散乱中心は、素子の断面方向全体に分布されて差し支えなく、あるいはその特定の領域に限局されてもよい。散乱中心は、コアの断面積全体に分布されて差し支えなく、あるいはコアの特定の領域に限局されてもよい。散乱中心は、クラッドの断面積全体に分布されてもよく、あるいはクラッドの特定の領域に限局されてもよい。散乱中心は、コア、クラッド、又はコア及びクラッドの両方に存在しうる。

散乱中心は、２５ｎｍから２０μｍの範囲の１つ以上の光の波長を散乱するように構成されうる。

光拡散素子は、光源に直接結合してよく、あるいは、介在素子を通じて光源に結合してもよい。光源は、ランプ、レーザ、レーザダイオード、又はＬＥＤでありうる。介在素子は、光学素子、透明なガラスロッド、又は光透過性ポリマーでありうる。

本記載は、以下に及ぶ：
６５μｍを超える直径を有するガラスコアと、
前記ガラスコアを取り囲むクラッドであって、前記ガラスコアより低い屈折率を有し、かつ、少なくとも２５ｎｍの寸法の断面を有する第１の散乱中心を含む、クラッドと
を備え、
少なくとも０．１ｄＢ／ｍの光散乱損失を示す、
光拡散素子。

本記載は、以下に及ぶ：
光拡散素子に光学的に結合した光源を備えた照明システムであって、前記光拡散素子が、
６５μｍを超える直径を有するガラスコアと、
前記ガラスコアを取り囲むクラッドであって、前記ガラスコアより低い屈折率を有し、かつ、少なくとも２５ｎｍの寸法の断面を有する第１の散乱中心を含む、クラッドと
を備えており、
前記素子が、少なくとも０．１ｄＢ／ｍの光散乱損失を示す、
照明システム。

本記載は、以下に及ぶ：
ガラスを含むコアを形成する工程と、
少なくとも２５ｎｍの寸法の断面を有する第１の散乱中心を含むクラッドを、前記コア上に形成する工程と
を含む、光拡散素子を形成する方法。

さらなる特徴及び利点は、以下の詳細な説明に記載されており、一部には、その説明から当業者にとって容易に明らかとなり、あるいは、以下の詳細な説明、特許請求の範囲、並びに添付の図面を含めた、本明細書に記載される実施形態を実施することによって認識される。

前述の概要及び以下の詳細な説明は、いずれも、単なる例示であり、特許請求の範囲の本質及び特徴を理解するための概観および枠組みを提供することが意図されているものと理解されるべきである。添付の図面は、さらなる理解を提供するために含まれ、本明細書に取り込まれ、その一部を構成する。図面は、１つ以上の実施形態を例証しており、その説明と併せて、さまざまな実施形態の原理及び動作を説明する役割を果たす。

光拡散素子の断面の概略図 コア内に散乱中心を有する光拡散素子の断面の概略図 クラッド内に散乱中心を有する光拡散素子の断面の概略図 コア及びクラッド内に散乱中心を有する光拡散素子の断面の概略図 光拡散素子に結合した光源を備えた照明システム ガラスコア、ポリマークラッド、及び保護コーティングを有する光拡散素子 内部ボイド及びナノ粒子の形態の散乱中心を有する光拡散素子における光信号の計算減衰値の比較

本開示は、ＬＥＤ及びレーザダイオードを含めたさまざまな光源に効率的に結合する、広範囲照明のための光拡散素子を提供する。光拡散素子は、コア及びクラッドを備えている。コアは、ガラスから構成されている。クラッドは、ガラス又はポリマーから構成されている。クラッドは散乱中心を含む。コアもまた散乱中心を含みうる。散乱中心としては、ドーパント、ナノ粒子、及びボイドが挙げられる。光源から供給される光は、コアに入り、光拡散素子を通じて誘導される。光拡散素子内の誘導された光の伝搬方向は、本明細書では、長手方向又は軸方向と称されうる。散乱中心は、光拡散素子内を伝搬する光の散乱に影響を及ぼす。本明細書で用いられる場合、散乱とは、伝搬する光を長手方向以外の方向に向け直すことを指す。散乱光の方向は、オフ軸方向、側面方向、又は横方向と称されうる。散乱光の少なくとも一部は、光拡散素子の外側面を通り、光拡散素子から出て、照明効果を提供する。照明効果は、例えば、素子の長さのすべて又は一部に沿った照明によってもたらされる、広範囲アレイ照明でありうる。

光拡散素子は、コア及び該コアを取り囲むクラッドを備えている。コアは、本明細書では、コア領域とも称されうる。クラッドは、本明細書では、クラッド、クラッド領域、又はクラッディング領域とも称されうる。コアは、クラッドより大きい屈折率を有する。光拡散素子は、ある長さ寸法の長さ及びある断面寸法の断面を有する。長さ寸法は、素子の軸方向の寸法であり、断面寸法は、光の伝搬方向を横切る方向である。光拡散素子がロッド構成を有する事例では、例えば、光拡散素子の長さ寸法は軸寸法であり、断面は円形であってよく、断面寸法は直径でありうる。しかしながら、光拡散素子の断面は、任意の形状であってよく、丸みを帯びた又は扁平な面を含みうることが理解されるべきである。断面の形状としては、円形、長円形、正方形、矩形、及び多角形、並びに、丸みを帯びた面と扁平な面との組合せを含む形状が挙げられうる。本明細書で用いられる場合、断面寸法とは、断面の輪郭（例えば円周、外周）の２点を結ぶ、最長の直線距離を指す。例として、円形断面については、断面寸法は直径であり、楕円形断面については、断面寸法は長軸の長さであり、正方形又は矩形断面については、断面寸法は対角の距離である。さらには、断面の形状及び／又は寸法は、光拡散素子の長さ寸法に沿って一定であっても可変であってもよいことが理解される。円形断面を有する光拡散素子は、例えば、円形断面の直径が光拡散素子の長さに沿って変化する、テーパ状でありうる。

図１は、円形の断面を有する光拡散素子の断面を示している。光拡散素子１０は、コア１２及びクラッド１４を備えている。光拡散素子１０は、必要に応じて、クラッド１４を取り囲む保護コーティング（図示せず）を備えていてもよい。コアの断面寸法は、少なくとも６５μｍ、又は少なくとも８０μｍ、又は少なくとも１００μｍ、又は少なくとも１５０μｍ、又は少なくとも２００μｍ、又は少なくとも２５０μｍ、又は少なくとも３００μｍ、又は６５μｍ～５００μｍ、又は１００μｍ～４００μｍ、又は２００μｍ～３５０μｍでありうる。クラッド１４の厚さは、少なくとも１０μｍ、又は少なくとも１５μｍ、少なくとも２０μｍ、少なくとも２５μｍ、又は１０μｍ～８０μｍ、又は１０μｍ～４０μｍ、又は１５μｍ～３５μｍ、又は２０μｍ～３０μｍでありうる。存在する場合には、クラッド１４を取り囲む随意的な保護コーティングは、少なくとも２０μｍ、又は少なくとも４０μｍ、少なくとも６０μｍ、少なくとも８０μｍ、又は２０μｍ～１２０μｍ、又は３０μｍ～１００μｍ、又は４０μｍ～８０μｍの厚さを有しうる。

一実施形態では、光拡散素子のコア及びクラッドの合計断面寸法は、通常の伝送用光ファイバのコア及びクラッドの合計領域の典型的な断面寸法の約１２５μｍよりも著しく大きい。導波路の光捕捉効率は、Ｇ＝Ｓ（ＮＡ）^２として定義される、そのエタンデューに比例し、ここでＳは断面積であり、ＮＡは導波路の開口数である。光拡散素子の断面寸法が大きくなると、通常の伝送用光ファイバと比較してエタンデューの増加をもたらし、この開口数の増加により、ＬＥＤ及びレーザダイオード光源への結合効率が改善される。典型的な伝送用光ファイバは約０．２ｍｍ^２の断面積及び約０．５以下の開口数を有するのに対し、典型的なＬＥＤ源は、例えば、１ｍｍ^２以上の断面積及び約０．９の開口数（ＮＡ）を有する。

光拡散素子１０の長さは、少なくとも１ｃｍ、又は少なくとも５ｃｍ、又は少なくとも２０ｃｍ、又は少なくとも５０ｃｍ、又は少なくとも１００ｃｍ、又は１ｃｍ～１０００ｃｍ、又は１ｃｍ～１００ｃｍ、又は１ｃｍ～５０ｃｍ、又は１ｃｍ～２０ｃｍ、又は５ｃｍ～１００ｃｍ、又は５ｃｍ～５０ｃｍ、又は５ｃｍ～２０ｃｍでありうる。

コアは、シリカガラス又は修飾シリカガラスなどのガラスである。クラッドは、ガラス又はポリマーでありうる。クラッドガラスには、シリカガラス又は修飾シリカガラスが含まれる。クラッドポリマーには、アクリレートポリマーが含まれる。

一実施形態では、クラッドポリマーは、硬化性架橋剤、硬化性希釈剤、及び重合開始剤を含むクラッド組成物の硬化生成物である。クラッド組成物は、１つ以上の硬化性架橋剤、１つ以上の硬化性希釈剤、及び／又は１つ以上の重合開始剤を含みうる。一実施形態では、硬化性架橋剤は、ウレタン及び尿素官能基を実質的に含まない。

本明細書で用いられる場合、用語「硬化性」は、成分が、硬化エネルギーの適切な供給源に曝露された場合に、該成分をそれ自体又は他の成分に結合させてポリマー性クラッド材料（すなわち硬化生成物）を形成することに関与する、共有結合を形成可能な１つ以上の硬化性官能基を含むことを意味することが意図されている。硬化プロセスは、放射線又は熱エネルギーによって誘発されうる。放射線硬化性成分は、適切な強度で十分な時間、適切な波長の放射線に曝露された場合に、硬化反応を被るように誘発可能な成分である。放射線硬化反応は、光開始剤の存在下で生じうる。放射線硬化性成分はまた、必要に応じて、熱硬化性であってもよい。同様に、熱硬化性成分は、十分な強度の熱エネルギーに十分な時間、曝露された場合に、硬化反応を被るように誘発可能な成分である。熱硬化性成分はまた、必要に応じて、放射線硬化性であってもよい。

硬化性成分は、１つ以上の硬化性官能基を含みうる。硬化性官能基を１つだけ有する硬化性成分は、本明細書では単官能性硬化性成分と称されうる。２つ以上の硬化性官能基を有する硬化性成分は、本明細書ではマルチ官能性硬化性成分又は多官能性硬化性成分と称されうる。マルチ官能性硬化性成分は、硬化プロセスの間に共有結合を形成可能な２つ以上の官能基を含み、硬化プロセスの間に形成されるポリマー性ネットワーク内に架橋を導入することができる。マルチ官能性硬化性成分はまた、本明細書では「架橋剤」又は「硬化性架橋剤」とも称されうる。硬化プロセスの間の共有結合の形成に関与する官能基の例は、以後に特定される。

以下のクラッド組成物の記載において、クラッドポリマーの形成に用いられるクラッド組成物のさまざまな成分が論じられ、クラッド組成物中の特定の成分の量は、質量パーセント（ｗｔ％）又は百分率（ｐｐｈ）単位で指定される。クラッド組成物の成分は、基本成分及び添加剤を含む。基本成分の濃度は質量％単位で表され、添加剤の濃度はｐｐｈ単位で表される。

本明細書で用いられる場合、特定の基本成分の質量パーセントとは、添加剤を除外したものを基礎とした、クラッド組成物中に存在する成分の量を指す。添加剤を含まないクラッド組成物は基本成分のみを含み、本明細書では、基本組成物又は基本クラッド組成物と称されうる。クラッド組成物中に存在する任意の架橋剤成分、希釈剤成分、及び重合開始剤は、個別には基本成分と見なされ、集合的には基本組成物と見なされる。基本組成物は、放射線硬化性成分及び重合開始剤を、最小限に含む。放射線硬化性成分は、放射線硬化性架橋剤又は放射線硬化性希釈剤でありうる。基本組成物は、しかしながら、１つ以上の放射線硬化性架橋剤成分、１つ以上の放射線硬化性希釈剤成分、１つ以上の非放射線硬化性成分、及び１つ以上の重合開始剤を含んでいてもよい。クラッド組成物中の基本成分の集合的な量は、本明細書では、１００質量パーセントに等しいとみなされる。

添加剤は随意的であり、接着促進剤、酸化防止剤、触媒、キャリア又は界面活性剤、粘着付与剤、安定剤、及び光学的増白剤のうちの１つ以上を含みうる。代表的な添加剤は、以下にさらに詳細に記載されている。クラッド組成物内に導入される添加剤の量は、本明細書では、基本組成物に対する百分率（ｐｐｈ）で表される。例えば、１ｇの特定の添加剤が１００ｇの基本組成物に添加される場合、添加剤の濃度は、本明細書では１ｐｐｈと表される。

一実施形態では、硬化性架橋剤は、クラッド組成物の放射線硬化性成分であり、そのようなものとして、ポリマー性クラッド材料内への架橋剤の共有結合又は架橋に関与可能な１つ以上の官能基を含む。一実施形態では、硬化性架橋剤は、２つ以上の放射線硬化性官能基を含む。架橋に関与可能な例示的な官能基としては、α，β－不飽和エステル、アミド、イミド又はビニルエーテル基が挙げられる。

一実施形態では、硬化性架橋剤は、ウレタン又は尿素基を実質的に含まない。硬化性架橋剤はまた、チオウレタン又はチオ尿素基も実質的に含まない場合がある。「実質的に含まない」とは、硬化性架橋剤成分の１質量パーセント未満しか（チオ）ウレタン又は（チオ）尿素基を含まないことが好ましい。好ましい実施形態では、硬化性架橋剤成分の合計０．５質量パーセント未満が、（チオ）ウレタン又は（チオ）尿素基を含む。最も好ましい実施形態では、硬化性架橋剤成分は、（チオ）ウレタン及び（チオ）尿素基を全く含まない。

ウレタン及びチオウレタン基、又は尿素及びチオ尿素基、又はイソシアネート又はチオイソシアネート基などのある特定の基を特定する場合、これらの基は、本明細書では、概して、硫黄原子がその基内に存在しても存在しなくてもよいことを示す、（チオ）ウレタン、（チオ）尿素、又は（チオ）イソシアネート又はジ（チオ）イソシアネートとして特定されうる。このような基は、本明細書では（チオ）基と称され、（チオ）基を含む成分は、本明細書では（チオ）成分と称されうる。本実施形態は、（チオ）官能基内に硫黄原子を有する又は硫黄原子を有しない（チオ）成分を含むクラッド組成物、並びに、硫黄原子を有する幾つかの（チオ）成分及び硫黄原子を有しない幾つかの（チオ）成分を含む組成物に及ぶ。

ある特定の実施形態では、硬化性架橋剤成分は、α，β－不飽和エステル、アミド、イミド、又はビニルエーテル基、若しくはそれらの組合せのうち、２つ以上を含む、１つ以上のポリオールを含む。これらのポリオール架橋剤の例となる種類としては、限定されることなく、アクリレート、メタクリレート、マレエート、フマレート、アクリルアミド、マレイミド又はビニルエーテル基のうちの２つ以上を含む、ポリオールアクリレート、ポリオールメタクリレート、ポリオールマレエート、ポリオールフマレート、ポリオールアクリルアミド、ポリオールマレイミド、又はポリオールビニルエーテルが挙げられる。硬化性架橋剤のポリオール部分は、ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、ポリカーボネートポリオール、又は炭化水素ポリオールでありうる。

硬化性架橋剤成分は、好ましくは、約１５０ｇ／ｍｏｌ～約１５０００ｇ／ｍｏｌ、幾つかの実施形態では、より好ましくは約２００ｇ／ｍｏｌ～約９０００ｇ／ｍｏｌ、幾つかの実施形態では、好ましくは約１０００ｇ／ｍｏｌ～約５０００ｇ／ｍｏｌ、他の実施形態では、好ましくは約２００ｇ／ｍｏｌ～約１０００ｇ／ｍｏｌの分子量を有する。硬化性架橋剤は、さらに、１００ｇ／ｍｏｌ～３０００ｇ／ｍｏｌの範囲、又は１５０ｇ／ｍｏｌ～２５００ｇ／ｍｏｌの範囲、又は２００ｇ／ｍｏｌ～２０００ｇ／ｍｏｌの範囲、又は５００ｇ／ｍｏｌ～１５００ｇ／ｍｏｌの範囲の分子量を有していてもよい。

硬化性架橋剤成分は、クラッド組成物中に、約１～約２０質量パーセントの量、又は約２～約１５質量パーセントの量、又は約３～約１０質量パーセントの量で存在する。

硬化性希釈剤は、調合物に添加されて、通常の液体コーティング設備を用いたコーティング組成物の施用に必要とされる流動性をもたらすように粘度を制御する、概して、より低分子量（すなわち、約１２０～６００ｇ／ｍｏｌ）の液体モノマーである。硬化性希釈剤は、該希釈剤を、硬化の間に活性化される際に、硬化プロセスの間に硬化性架橋剤及び他の硬化性成分から形成されるポリマーに連結可能にする、少なくとも１つの官能基を含む。硬化性希釈剤中に存在しうる官能基としては、限定されることなく、アクリレート、メタクリレート、マレエート、フマレート、マレイミド、ビニルエーテル、及びアクリルアミド基が挙げられる。

単官能性希釈剤は、単一の反応性（硬化性）官能基のみを含むのに対し、多官能性希釈剤は２つ以上の反応性（硬化性）官能基を含む。前者が硬化の間にクラッドポリマーネットワークに連結可能であるのに対し、後者は、クラッドポリマーネットワーク内に架橋を形成することができる。

耐湿性成分の使用が望ましい場合、希釈剤成分は、選択された耐湿性架橋剤又は成分との相容性に基づいて選択される。このような架橋剤又は成分は、非常に非極性であることから、このような液体モノマーのすべてが、耐湿性架橋剤又は成分と首尾よくブレンド及び共重合化されるとは限らない。満足なクラッド組成物の相容性及び耐湿性のためには、主に飽和脂肪族のモノ－又はジ－アクリレートモノマー又はアルコキシアクリレートモノマーを含む、液体アクリレートモノマー成分を使用することが望ましい。

適切な多官能性エチレン性不飽和モノマー希釈剤としては、限定されることなく、３以上、好ましくは３～約３０の範囲のエトキシル化度を有するエトキシル化トリメチロールプロパントリアクリレート（例えばＩＧＭ Ｒｅｓｉｎｓ社から入手可能なＰｈｏｔｏｍｅｒ ４１４９、及びＳａｒｔｏｍｅｒ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｉｎｃ．社から入手可能なＳＲ４９９）、３以上、好ましくは３～３０の範囲のプロポキシル化度を有するプロポキシル化トリメチロールプロパントリアクリレート（例えばＩＧＭ Ｒｅｓｉｎｓ社から入手可能なＰｈｏｔｏｍｅｒ ４０７２；及びＳａｒｔｏｍｅｒ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｉｎｃ．社から入手可能なＳＲ４９２及びＳＲ５０１）、及びジトリメチロールプロパンテトラアクリレート（例えばＩＧＭ Ｒｅｓｉｎｓ社から入手可能なＰｈｏｔｏｍｅｒ ４３５５）などのアルコキシル化された及びされていないメチロールプロパンポリアクリレート；３以上のプロポキシル化度を有するプロポキシル化グリセリントリアクリレート（例えばＩＧＭ Ｒｅｓｉｎｓ社から入手可能なＰｈｏｔｏｍｅｒ ４０９６；及びＳａｒｔｏｍｅｒ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｉｎｃ．社から入手可能なＳＲ９０２０）などのアルコキシル化グリセリントリアクリレート；ペンタエリスリトールテトラアクリレート（例えばＳａｒｔｏｍｅｒ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｉｎｃ．社から入手可能なＳＲ２９５）、エトキシル化ペンタエリスリトールテトラアクリレート（例えばＳａｒｔｏｍｅｒ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｉｎｃ．社から入手可能なＳＲ４９４）、及び、ジペンタエリスリトールペンタアクリレート（例えばＩＧＭ Ｒｅｓｉｎｓ社から入手可能なＰｈｏｔｏｍｅｒ ４３９９；及びＳａｒｔｏｍｅｒ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｉｎｃ．社から入手可能なＳＲ３９９）などのアルコキシル化された及びされていないエリスリトールポリアクリレート；トリス－（２－ヒドロキシエチル）イソシアヌレートトリアクリレート（例えばＳａｒｔｏｍｅｒ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｉｎｃ．社から入手可能なＳＲ３６８）及びトリス－（２－ヒドロキシエチル）イソシアヌレートジアクリレートなどの適切な官能性イソシアヌレートをアクリル酸又は塩化アクリルと反応させることによって形成されるイソシアヌレートポリアクリレート；トリシクロデカンジメタノールジアクリレート（例えばＳａｒｔｏｍｅｒ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｉｎｃ．社から入手可能なＣＤ４０６）、アルコキシル化ヘキサンジオールジアクリレート（例えばＳａｒｔｏｍｅｒ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｉｎｃ．社から入手可能なＣＤ５６４）、トリプロピレングリコールジアクリレート（例えばＳａｒｔｏｍｅｒ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｉｎｃ．社から入手可能なＳＲ３０６）、及び、２以上、好ましくは約２～３０の範囲のエトキシル化度を有するエトキシル化ポリエチレングリコールジアクリレートなどのアルコキシル化された及びアルコキシル化されていないアルコールポリアクリレート；ビスフェノールＡジグリシジルエーテルなどにアクリレートを加えることによって形成されるエポキシアクリレート（例えばＩＧＭ Ｒｅｓｉｎｓ社から入手可能なＰｈｏｔｏｍｅｒ ３０１６）；及び、ジシクロペンタジエンジアクリレートなどの単環式及び多環式の環状芳香族又は非芳香族ポリアクリレートが挙げられる。

硬化生成物が水を吸収する、他のクラッド組成物材料に接着する、又は応力下で挙動する度合いに影響を及ぼすように導入可能な、ある特定の量の単官能性エチレン性不飽和モノマー希釈剤を使用することもまた所望でありうる。例示的な単官能性エチレン性不飽和モノマー希釈剤としては、限定されることなく、アクリル酸２－ヒドロキシエチル、アクリル酸２－ヒドロキシプロピル、及びアクリル酸２－ヒドロキシブチルなどのアクリル酸ヒドロキシアルキル；アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸プロピル、アクリル酸イソプロピル、アクリル酸ブチル、アクリル酸アミル、アクリル酸イソブチル、アクリル酸ｔ－ブチル、アクリル酸ペンチル、アクリル酸イソアミル、アクリル酸ヘキシル、アクリル酸ヘプチル、アクリル酸オクチル、アクリル酸イソオクチル（例えばＳａｒｔｏｍｅｒ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｉｎｃ．社から入手可能なＳＲ４４０；及びＣＰＳ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ．社から入手可能なＡｇｅｆｌｅｘ ＦＡ８）、アクリル酸２－エチルヘキシル、アクリル酸ノニル、アクリル酸デシル、アクリル酸イソデシル（例えばＳａｒｔｏｍｅｒ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｉｎｃ．社から入手可能なＳＲ３９５；及びＣＰＳ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ．社から入手可能なＡｇｅｆｌｅｘ ＦＡ１０）、アクリル酸ウンデシル、アクリル酸ドデシル、アクリル酸トリデシル（例えばＳａｒｔｏｍｅｒ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｉｎｃ．社から入手可能なＳＲ４８９）、アクリル酸ラウリル（例えばＳａｒｔｏｍｅｒ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｉｎｃ．社から入手可能なＳＲ３３５、ＣＰＳ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ．（米国ニュージャージー州オールドブリッジ所在）社から入手可能なＡｇｅｆｌｅｘ ＦＡ１２、及びＩＧＭ Ｒｅｓｉｎｓ社から入手可能なＰｈｏｔｏｍｅｒ ４８１２）、アクリル酸オクタデシル、及びアクリル酸ステアリル（例えばＳａｒｔｏｍｅｒ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｉｎｃ．社から入手可能なＳＲ２５７）などの長鎖及び短鎖アクリル酸アルキル；アクリル酸ジメチルアミノエチル、アクリル酸ジエチルアミノエチル、及びアクリル酸７－アミノ－３，７－ジメチルオクチルなどのアクリル酸アミノアルキル；アクリル酸ブトキシエチル、アクリル酸フェノキシエチル（例えばＳａｒｔｏｍｅｒ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｉｎｃ．社から入手可能なＳＲ３３９、ＣＰＳ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ．社から入手可能なＡｇｅｆｌｅｘ ＰＥＡ、及びＩＧＭ Ｒｅｓｉｎｓ社から入手可能なＰｈｏｔｏｍｅｒ ４０３５）、フェノキシグリシジルアクリレート（例えばＳａｒｔｏｍｅｒ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｉｎｃ．社から入手可能なＣＮ１３１）、ラウリルオキシグリシジルアクリレート（例えばＳａｒｔｏｍｅｒ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｉｎｃ．社から入手可能なＣＮ１３０）、及びエトキシエトキシエチルアクリレート（例えばＳａｒｔｏｍｅｒ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｉｎｃ．社から入手可能なＳＲ２５６）などのアクリル酸アルコキシアルキル；アクリル酸シクロヘキシル、アクリル酸ベンジル、アクリル酸ジシクロペンタジエン、アクリル酸ジシクロペンタニル、アクリル酸トリシクロデカニル、アクリル酸ボルニル、アクリル酸イソボルニル（例えば、Ｓａｒｔｏｍｅｒ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｉｎｃ．社から入手可能なＳＲ４２３及びＳＲ５０６、及び、ＣＰＳ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ．社から入手可能なＡｇｅｆｌｅｘ ＩＢＯＡ）、アクリル酸テトラヒドロフルフリル（例えばＳａｒｔｏｍｅｒ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｉｎｃ．社から入手可能なＳＲ２８５）、カプロラクトンアクリレート（例えば、Ｓａｒｔｏｍｅｒ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｉｎｃ．社から入手可能なＳＲ４９５；及び、米国コネチカット州ダンベリー所在のＵｎｉｏｎ Ｃａｒｂｉｄｅ Ｃｏｍｐａｎｙ社から入手可能なＴｏｎｅ Ｍ１００）、及びアクリロイルモルホリンなどの単環式及び多環式の環状芳香族又は非芳香族アクリレート；ポリエチレングリコールモノアクリレート、ポリプロピレングリコールモノアクリレート、メトキシエチレングリコールアクリレート、メトキシポリプロピレングリコールアクリレート、メトキシポリエチレングリコールアクリレート、エトキシジエチレングリコールアクリレート、並びに、エトキシル化（４）ノニルフェノールアクリレート（例えばＩＧＭ Ｒｅｓｉｎｓ社から入手可能なＰｈｏｔｏｍｅｒ ４００３；及びＳａｒｔｏｍｅｒ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｉｎｃ．社から入手可能なＳＲ５０４）及びプロポキシル化ノニルフェノールアクリレート（例えばＩＧＭ Ｒｅｓｉｎｓ社から入手可能なＰｈｏｔｏｍｅｒ ４９６０）のようなさまざまなアルコキシル化アルキルフェノールアクリレートなどのアルコール系アクリレート；ジアセトンアクリルアミド、イソブトキシメチルアクリルアミド、Ｎ，Ｎ'－ジメチル－アミノプロピルアクリルアミド、Ｎ，Ｎ－ジメチルアクリルアミド、Ｎ，Ｎ－ジエチルアクリルアミド、及びｔ－オクチルアクリルアミドなどのアクリルアミド；Ｎ－ビニルピロリドン及びＮ－ビニルカプロラクタム（いずれも、米国ニュージャージー州ウェイン所在のＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ社から入手可能）などのビニル化合物；及び、マレイン酸エステル及びフマル酸エステルなどの酸エステルが挙げられる。

硬化性モノマー希釈剤は、単一の希釈剤成分、又は、２つ以上のモノマー希釈剤成分の組合せを含みうる。硬化性モノマー希釈剤は、（集合的に）典型的には、約１０～約６０質量パーセント、より好ましくは約２０～約５０質量パーセント、最も好ましくは約２５～約４５質量パーセントの量でクラッド組成物中に存在する。

クラッド組成物は重合開始剤を含む。重合開始剤は、光拡散素子のコアに施用後に、クラッド組成物の重合（すなわち、硬化）を生じさせるのに適した試薬である。クラッド組成物における使用に適した重合開始剤としては、熱開始剤、化学的開始剤、電子ビーム開始剤、及び光開始剤が挙げられる。光開始剤は、好ましい重合開始剤である。大抵のアクリレート系クラッドポリマー調合物については、既知のケトン性光開始剤及び／又はホスフィンオキシド光開始剤などの通常の光開始剤が好ましい。本願のクラッド組成物に用いられる場合、光開始剤は、迅速な紫外線硬化をもたらすのに十分な量で存在する。大まかには、これは約０．５～約１０．０質量パーセント、より好ましくは約１．５～約７．５質量パーセント含まれる。

光開始剤は、少量だが放射線硬化を促すのに有効な量で用いられる場合には、コーティング組成物の早すぎるゲル化を生じることなく、合理的な硬化速度を提供すべきである。望ましい硬化速度は、コーティング材料の実質的な硬化を生じるのに十分な速度である。

適切な光開始剤としては、限定されることなく、１－ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン（例えばＢＡＳＦ社から入手可能なＩｒｇａｃｕｒｅ １８４）、（２，６－ジメトキシベンゾイル）－２，４，４－トリメチルペンチルホスフィンオキシド（例えばＢＡＳＦ社から入手可能な市販ブレンドＩｒｇａｃｕｒｅ １８００、１８５０、及び１７００）、２，２－ジメトキシ－２－フェニルアセトフェノン（例えばＢＡＳＦ社から入手可能なＩｒｇａｃｕｒｅ ６５１）、ビス（２，４，６－トリメチルベンゾイル）フェニル－ホスフィンオキシド（例えばＢＡＳＦ社から入手可能なＩｒｇａｃｕｒｅ ８１９）、（２，４，６－トリメチルベンゾイル）ジフェニルホスフィンオキシド（例えばドイツ国ミュンヘン所在のＢＡＳＦ社から入手可能なＬｕｃｅｒｉｎ ＴＰＯ）、エトキシ（２，４，６－トリメチルベンゾイル）フェニルホスフィンオキシド（例えばＢＡＳＦ社から入手可能なＬｕｃｅｒｉｎ ＴＰＯ－Ｌ）、及びそれらの組合せが挙げられる。

ポリマー性クラッド組成物はまた、１つ以上の添加剤も含みうる。代表的な添加剤としては、接着促進剤、酸化防止剤、触媒、キャリア又は界面活性剤、粘着付与剤、安定剤、及び光学的増白剤が挙げられる。一部の添加剤（例えば、触媒、反応性界面活性剤、及び光学的増白剤）を作動させて重合プロセスを制御してもよく、それによって、クラッド組成物から形成される硬化生成物の物理的特性（例えば、弾性率、ガラス転移温度）に影響を与えてもよい。他の添加剤は、クラッド組成物の硬化生成物の完全性（例えば、脱重合又は酸化分解に対する保護）に影響を与えうる。

接着促進剤は、下層のガラス繊維への一次コーティングの接着を促進する。任意の適切な接着促進剤を使用することができる。適切な接着促進剤の例としては、限定されることなく、有機官能性シラン、チタネート、ジルコネート、及びそれらの混合物が挙げられる。１つの好ましい種類は、ポリ（アルコキシ）シランである。適切な代替的な接着促進剤としては、限定されることなく、ビス（トリメトキシシリルエチル）ベンゼン、３－メルカプトプロピルトリメトキシシラン（米国ペンシルベニア州ブリストル所在のＵｎｉｔｅｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社から入手可能な３－ＭＰＴＭＳ；米国ペンシルベニア州モリスビル所在のＧｅｌｅｓｔ社からも入手可能）、３－アクリルオキシプロピルトリメトキシシラン（Ｇｅｌｅｓｔ社から入手可能）、３－メタアクリルオキシプロピルトリメトキシシラン（Ｇｅｌｅｓｔ社から入手可能）、及びビス（トリメトキシシリルエチル）ベンゼン（Ｇｅｌｅｓｔ社から入手可能）が挙げられる。他の適切な接着促進剤は、その各々がここに参照することによって本明細書に取り込まれる、Ｌｅｅらに対する米国特許第４，９２１，８８０号及び同第５，１８８，８６４号の各明細書に記載されている。接着促進剤は、存在する場合には、約０．１～約１０ｐｐｈ、より好ましくは 約０．２５～約３ｐｐｈの量で用いられる。

任意の適切な酸化防止剤を使用することができる。好ましい酸化防止剤としては、限定されることなく、ビスヒンダードフェノールスルフィド又はチオジエチレンビス（３，５－ジ－ｔｅｒｔ－ブチル）－４－ヒドロキシヒドロケイヒ酸（例えばＢＡＳＦから入手可能なＩｒｇａｎｏｘ １０３５）、２，６－ジ－ｔ－ブチル－４－メチルフェノール（ＢＨＴ）が挙げられる。酸化防止剤は、存在する場合には、約０．１ｐｐｈ～約３ｐｐｈ、より好ましくは約０．２５ｐｐｈ～約２ｐｐｈの量で用いられる。

適切なキャリア、より具体的には反応性界面活性剤として機能するキャリアとしては、ポリアルコキシポリシロキサンが挙げられる。例示的な好ましいキャリアは、ＴＥＧＯＲＡＤ ２２００及びＴＥＧＯＲＡＤ ２７００という商品名の下でＧｏｌｄｓｃｈｍｉｄｔ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ．社（米国バージニア州ホープウェル所在）から入手可能である（アクリル化されたシロキサン）。これらの反応性界面活性剤は、約０．０１ｐｐｈ～約５ｐｐｈ、より好ましくは約０．２５ｐｐｈ～約３ｐｐｈの好ましい量で存在しうる。適切なキャリアの他の種類は、ポリオール及び非反応性界面活性剤である。適切なポリオール及び非反応性界面活性剤の例としては、限定されることなく、Ｂａｙｅｒ社（米国ペンシルバニア州ニュータウン・スクエア所在）から入手可能なポリオールＡｃｃｌａｉｍ ３２０１（ポリ（エチレンオキシド－ｃｏ－プロピレンオキシド））、及びＧｏｌｄｓｃｈｍｉｄｔ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ．社から入手可能な非反応性界面活性剤Ｔｅｇｏｇｌｉｄｅ ４３５（ポリアルコキシ－ポリシロキサン）が挙げられる。ポリオール又は非反応性界面活性剤は、約０．０１ｐｐｈ～約１０ｐｐｈ、より好ましくは約０．０５ｐｐｈ～約５ｐｐｈ、最も好ましくは約０．１ｐｐｈ～約２．５ｐｐｈの好ましい量で存在しうる。

適切なキャリアはまた、両親媒性分子であってもよい。両親媒性分子は、親水性セグメント及び疎水性セグメントの両方を有する分子である。疎水性セグメントは、代替的に、脂肪親和性（脂質／油を好む）セグメントとして説明されうる。粘着付与剤は、このような両親媒性分子の一例である。粘着付与剤は、ポリマー生成物の時間依存性のレオロジー特性を改質することができる分子である。概して、粘着付与添加剤は、より高い歪み速度又は剪断速度ではポリマー生成物をより硬くし、低い歪み速度又は剪断速度ではポリマー生成物をより柔らかくする。粘着付与剤は、接着剤産業において一般に用いられる添加剤であり、コーティングが施される物体と結合を生じるコーティングの能力を高めることが知られている。好ましい粘着付与剤の１つは、米国ニューヨーク州パーチェス所在のＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｐａｐｅｒ Ｃｏ．から入手可能なＵｎｉ－ｔａｃ（登録商標）Ｒ－４０（以後「Ｒ－４０」）である。Ｒ－４０は、ポリエーテルセグメントを含み、アビエチン酸エステルの化学的ファミリに由来する、トール油ロジンである。適切な代替的な粘着付与剤は、Ｅｘｘｏｎ社から入手可能なＥｓｃｏｒｅｚ（登録商標）系の炭化水素粘着付与剤である。Ｅｓｃｏｒｅｚ（登録商標）粘着付与剤に関するさらなる情報については、ここに参照することによってその全体が本明細書に取り込まれる、Ｍａｏに対する米国特許第５，２４２，９６３号明細書を参照されたい。前述のキャリアはまた、組み合わせて用いることもできる。好ましくは、粘着付与剤は、約０．０１ｐｐｈ～約１０ｐｐｈの量、より好ましくは約０．０５ｐｐｈ～約５ｐｐｈの量で組成物中に存在する。

任意の適切な安定剤を使用することができる。１つの好ましい安定剤は、例えば、Ｓｉｇｍａ－Ａｌｄｒｉｃｈ社（米国ミズーリ州セントルイス所在）からのペンタエリスリトールテトラキス（３－メルカプトプロピオネート）などの四官能性チオールである。安定剤は、存在する場合には、約０．０１ｐｐｈ～約１ｐｐｈ、より好ましくは 約０．０１ｐｐｈ～約０．２ｐｐｈの量で用いられる。

任意の適切な光学的増白剤を使用することができる。例示的な光学的増白剤としては、限定されることなく、Ｕｖｉｔｅｘ ＯＢ、２，５－チオフェンジイルビス（５－ｔｅｒｔ－ブチル－１，３－ベンゾオキサゾール）（ＢＡＳＦ社）；Ｂｌａｎｋｏｐｈｏｒ ＫＬＡ、Ｂａｙｅｒ社から入手可能；ビスベンゾオキサゾール化合物；フェニルクマリン化合物；及びビス（スチリル）ビフェニル化合物が挙げられる。光学的増白剤は、望ましくは、約０．００３ｐｐｈ～約０．５ｐｐｈ、より好ましくは約０．００５ｐｐｈ～約０．３ｐｐｈの濃度で組成物中に存在する。

光拡散素子の開口数を増加させ、高開口数の光源への結合効率を改善するためには、コアとクラッドの間の屈折率コントラストを最大限にすることが望ましい。光拡散素子の開口数を増加させるための１つの方策は、ポリマークラッドの屈折率を低下させることである。ポリマークラッドの屈折率は、クラッド組成物に用いられる架橋剤及び／又はモノマー希釈剤のフッ素化された又は部分的にフッ素化された類似体を導入することによって低下させることができる。上述の架橋剤及びモノマー希釈剤のフッ素置換された変型は、当技術分野で知られた方法を使用して調製されうる。

図２～４は、それぞれ、コア及び／又はクラッド内に散乱中心を含む、図１の光拡散素子１０の変型１０ａ～１０ｃを示している。一実施形態では、コアは散乱中心を含み、クラッドは散乱中心を欠いている。別の実施形態では、コアは散乱中心を欠き、クラッドは散乱中心を含む。さらに別の実施形態では、コアは散乱中心を含み、クラッドは散乱中心を含む。本明細書において領域（コア又はクラッド）が散乱中心を欠いていると示される場合、領域内への散乱中心の意図的な導入は生じていないことを意味することが意図されている。しかしながら、組成物における欠陥又は変動、密度等が散乱を誘発しうることが認識されよう。

図２は、コア１２ａ及びクラッド１４ａを有する光拡散素子１０ａを示しており、ここで、コア１２ａは散乱中心を含み、クラッド１４ａは散乱中心を欠いている。コア１２ａの領域２０ａの拡大部３０ａは、散乱中心４０ａを示している。図３は、コア１２ｂ及びクラッド１４ｂを有する光拡散素子１０ｂを示しており、ここで、コア１２ｂは散乱中心を欠き、クラッド１４ｂは散乱中心を含む。コア１２ｂの領域２０ｂの拡大部３０ｂは、散乱中心４０ｂを示している。図４は、コア１２ｃ及びクラッド１４ｃを有する光拡散素子１０ｃを示しており、ここで、コア１２ｃは散乱中心を含み、クラッド１４ｃは散乱中心を含む。コア１２ｃの領域２０ｃの拡大部３０ｃは散乱中心４０ｃを示しており、コア１２ｄの領域２０ｄの拡大部３０ｄは散乱中心４０ｄを示している。例証の目的で、散乱中心４０ａ～４０ｄは、均一な断面サイズ及び形状を有するように示されている。実際には、散乱中心のサイズ（断面及び／又は長さ寸法）及び形状の分布が存在する。散乱中心の大きさ及び形状の分布、並びに数は、クラッドに対してコアの断面内で、及び／又は、光拡散素子の長さに沿って変動しうる。

コア及びクラッドの散乱中心は、ドーパント、ナノ粒子、及び内部ボイドを含む。光拡散素子のガラス領域のための好ましい散乱中心は、ドーパント及び内部ボイドである。ポリマー領域のための好ましい散乱中心は、ナノ粒子及び内部ボイドである。

一実施形態では、散乱中心はドーパントである。ドーパントは、基本ガラス組成物内に導入されて屈折率を改変する元素である。ドーパントには、アップドーパントとダウンドーパントが含まれる。アップドーパントは、基本ガラス組成物の屈折率を上昇させるドーパントであり、ダウンドーパントは、基本ガラス組成物の屈折率を低下させるドーパントである。一実施形態では、（コア及び／又はクラッドの）基本ガラス組成物は、シリカガラスである。シリカガラスのためのアップドーパントとしては、Ｇｅ、Ａｌ、Ｐ、Ｔｉ、Ｃｌ、及びＢｒが挙げられる。シリカガラスのためのダウンドーパントとしては、Ｆ及びＢが挙げられる。ガラスコア又はガラスクラッドにおけるドーパントの導入により、レイリー散乱及び／又は小角散乱の機構を通じて散乱が増進される。

別の実施形態では、散乱中心はボイドである。ボイドは、コア又はクラッド内の内部ガス充填された領域である。内部ボイドを満たすガスとしては、ＳＯ_２、希ガス、ＣＯ_２、Ｎ_２、Ｏ_２、空気、又はそれらの混合物が挙げられる。内部ボイドは、取り囲む固体のコア材料又は固体のクラッド材料よりも低い屈折率を有する。存在する場合には、内部ボイドは、コア又はクラッドの平均屈折率の低下に寄与し、光を散乱する中心を提供する。内部ボイドは、コア及び／又はクラッドの断面全体を通じて分布されてよく、あるいは、それらの１つ以上の離散的領域内に限局されていてもよい。内部ボイドは、ランダム又は非周期的配列で構成されてよく、サイズ又は数の均一又は不均一な分布を有していてもよい。

ガラス内において、内部ボイドは、少なくとも５０ｎｍ、又は少なくとも１００ｎｍ、又は少なくとも５００ｎｍ、又は５０ｎｍ～２０μｍ、又は１００ｎｍ～１０μｍ、又は５００ｎｍ～１０μｍ、又は５００ｎｍ～５μｍの寸法の断面を有しうる。クラッドポリマー内では、内部ボイドは、ある寸法、又は少なくとも２５ｎｍ、又は少なくとも１００ｎｍ、又は少なくとも２５０ｎｍ、又は少なくとも５００ｎｍ、又は少なくとも１０００ｎｍ、又は２５ｎｍ～４０μｍ、又は１００ｎｍ～４０μｍ、又は２５０ｎｍ～４０μｍ、５００ｎｍ～２０μｍ、又は１０００ｎｍ～１０μｍの断面を有しうる。ガラスでは、内部ボイドは、数マイクロメートルから数メートル；例えば、１μｍ～５０ｍ、又は１０μｍ～３０ｍ、又は１００μｍ～２０ｍ、又は１μｍ～１ｍ、又は１μｍ～１００ｃｍ、又は１μｍ～１０ｃｍ、又は１０μｍ～１０ｍ、又は１０μｍ～１ｍ、又は１０μｍ～１００ｃｍ、又は１０μｍ～１０ｃｍ、又は１００μｍ～１ｍの範囲の長さを有しうる。クラッドポリマーでは、内部ボイドは、２５ｎｍ～４０μｍ、又は１００ｎｍ～４０μｍ、又は２５０ｎｍ～４０μｍ、又は５００ｎｍ～２０μｍ、又は５００ｎｍ～４０μｍ、又は５００ｎｍ～２０μｍ、又は５００ｎｍ～１０μｍ、又は５００ｎｍ～５μｍの長さを有しうる。コア又はクラッド内の内部ボイドは、断面寸法及び長さの分布を含みうる。

コア内では、内部ボイドは、コアの０．５％～２０％、又はコアの１％～１５％、又はコアの２％～１０％の充填率を占有しうる。クラッド（ガラス又はポリマー）内では、内部ボイドは、クラッドの０．５％～３０％、又はクラッドの１％～１５％、又はクラッドの２％～１０％の充填率を占有しうる。本明細書で用いられる場合、充填率とは、内部ボイドによって占有される断面積の割合を指す。一実施形態では、充填率は光拡散素子の長さに沿って一定である。別の実施形態では、充填率は光拡散素子の長さに沿って変動する。良好な近似値に対しては、充填率は内部ボイドの体積分率に対応する。コア内のボイドの体積分率は、少なくとも０．５％、又は少なくとも１．０％、又は少なくとも２．０％、又は少なくとも５．０％、又は０．５％～２０％、又は１％～１５％、又は２％～１０％でありうる。クラッド（ガラス又はポリマー）内のボイドの体積分率は、少なくとも０．５％、又は少なくとも１．０％、又は少なくとも２．０％、又は少なくとも５．０％、又は０．５％～３０％、又は１．０％～１５％、又は２．０％～１０％、又は２．０％～３０％、又は３．０％～２０％でありうる。

内部ボイドの断面分布は、光拡散素子の長さに沿って、コア及び／又はクラッドの異なる位置において変動しうる。上述のように、内部ボイドの長さ及び断面の特質（例えば形状及びサイズ又は密度）は変動しうる。変型もまた、光拡散素子の軸又は長さ方向において生じうる。内部ボイドの長さは光拡散素子の全長には延在しないことから、特定の内部ボイドは、一部の断面には存在し、他の断面には存在しなくてよい。

さらなる実施形態では、散乱中心はナノ粒子である。ナノ粒子は、ナノスケール領域の寸法を有する微粒子物質である。ナノ粒子の断面寸法は、少なくとも２５ｎｍ、又は少なくとも５０ｎｍ、又は少なくとも１００ｎｍ、又は少なくとも１５０ｎｍ、又は少なくとも２００ｎｍ、又は２５ｎｍ～５００ｎｍ、又は５０ｎｍ～４００ｎｍ、又は５０ｎｍ～３００ｎｍ、又は５０ｎｍ～２００ｎｍ、又は１００ｎｍ～４００ｎｍ、又は１００ｎｍ～３００ｎｍでありうる。一実施形態では、ナノ粒子は、ほぼ球状であり、断面寸法は球体の直径である。ナノ粒子の濃度は、１容積％～３０容積％、又は２容積％～２５容積％、又は５容積％～２０容積％でありうる。

一実施形態では、ナノ粒子は酸化物ナノ粒子である。酸化物ナノ粒子の代表的な組成物としては、ＴｉＯ_２、ＺｒＯ_２、他の遷移金属酸化物、希土類酸化物、混合金属酸化物（例えばＹ_３Ａｌ_５Ｏ_１２などのガーネット）、ＳｉＯ_２、及びＡｌ_２Ｏ_３が挙げられる。フッ化物又はカルコゲン化物のナノ粒子もまた用いられうる。一実施形態では、ナノ粒子は、発光性（例えば蛍光性又はリン光性）である。発光性ナノ粒子は、発光金属中心を含む酸化物を含む。発光金属中心としては、Ｃｒ^３＋、Ｃｅ^３＋、Ｎｄ^３＋、Ｔｂ^３＋、Ｅｕ^３＋、及びＰｒ^３＋が挙げられる。発光金属中心は、その他の非発光性無機ホスト格子（例えばＹ_３Ａｌ_５Ｏ_１２又はＡｌ_２Ｏ_３などの酸化物格子）内にドーパントとして取り込まれうる。発光性ナノ粒子には、量子ドット又は、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＺｎＴｅ、ＺｎＳ、又は他の直接遷移ＩＩ－ＶＩ族又はＩＩＩ－Ｖ族半導体材料などの発光半導体材料も含まれる。発光性散乱中心の使用により、光拡散素子から放出される光の色の制御が可能になる。クラッド内の発光性散乱中心は、コアから散乱する光の少なくとも一部を吸収し、異なる波長で光を再放射し、光の色を改変する。複数の波長で放射する発光ナノ粒子は、色に対してより大きい制御をもたらすように取り込まれ、スペクトルにおいて任意の色又は色の組合せ（白色光を含む）を達成する。発光性散乱中心を包含することによって、光拡散素子に別のリンコーティング層を施す必要性が回避される。

一実施形態では、光拡散素子は、ドープされていないガラスコアと、内部ボイドを有するガラスクラッドとを備えている。別の実施形態では、光拡散素子は、ドープされたガラスコアと、内部ボイドを有するガラスクラッドとを備えている。さらに別の実施形態では、光拡散素子は、ドープされていないガラスコアと、内部ボイドを有するポリマークラッドとを備えている。さらに別の実施形態では、光拡散素子は、ドープされたガラスコアと、内部ボイドを有するポリマークラッドとを備えている。さらなる実施形態では、光拡散素子は、ドープされていないガラスコアと、ナノ粒子を有するポリマークラッドとを備えている。追加的な実施形態では、光拡散素子は、ドープされたガラスコアと、ナノ粒子を有するポリマークラッドとを備えている。

一実施形態では、光拡散素子は、内部ボイドを有するガラスコアと、内部ボイドを有するガラスクラッドとを備えている。別の実施形態では、光拡散素子は、内部ボイドを有するガラスコアと、内部ボイドを有するポリマークラッドとを備えている。さらに別の実施形態では、光拡散素子は、内部ボイドを有するガラスコアと、ナノ粒子を有するポリマークラッドとを備えている。

コア及び／又はクラッドは、１種類以上の散乱中心を含みうる。一実施形態では、コアは、ドーパント及び内部ボイドを含むガラスである。別の実施形態では、クラッドは、ドーパント及び内部ボイドを含むガラスである。さらに別の実施形態では、クラッドは、内部ボイド及びナノ粒子を含むポリマーである。

光拡散素子は、コア及び／又はクラッドにおける散乱中心の場所及び濃度を制御することによって、その長さのすべて又は一部に沿って光を散乱するように構成されうる。光拡散素子の散乱中心を含む領域は、光を効率的に散乱して、照明効果を生じうるが、光拡散素子の散乱中心を欠く領域はそうではない。以下にさらに十分に説明されるように、処理条件を用いて、散乱中心が光拡散素子の特定の領域に形成されるかどうか、並びに、形成する内部ボイドの空間及び寸法特性が制御されうる。光拡散素子は、散乱中心を含む断面又は延伸長さとともに、光をほとんど又は全く散乱しない、散乱中心を有しない固体ガラスの断面又は延伸長さを含みうる。散乱中心を有する又は有しない領域又は断面は、散在していてもよく、あるいは、光拡散素子の長さに沿って交互になっていてもよい。

照明源としての光拡散素子の輝度は、外表面を通過する散乱光の強度に応じて決まる。散乱光の強度は、光拡散素子を通じて伝搬する光の散乱損失に応じて決まる。本明細書で用いられる場合、散乱損失とは、コア及びクラッドを合わせた散乱によって光拡散素子の外側に向かう光のことを指す。散乱損失が高くなると、光拡散素子の単位長さあたりの散乱光の強度はより大きくなり、光拡散素子の輝度は増加する。光拡散素子の散乱損失は、少なくとも０．１ｄＢ／ｍ、又は少なくとも０．５ｄＢ／ｍ、又は少なくとも１ｄＢ／ｍ、又は少なくとも２ｄＢ／ｍ、又は少なくとも５ｄＢ／ｍ、又は少なくとも１０ｄＢ／ｍでありうる。

幾つかの用途では、光拡散素子又はそれらの選択された領域の長さに沿った照明強度の均一性を達成することが望ましいであろう。素子の外表面を通過する散乱光の強度は、最大値を有しうる。素子の外表面を通過する散乱光の強度の変化は、照明波長における素子又はそれらの選択された部分の長さに沿った最大値の５０％未満、又は、照明波長における素子又はそれらの選択された部分の長さに沿った最大値の３０％未満、又は、照明波長における素子又はそれらの選択された部分の長さに沿った最大値の２０％未満で変動しうる。

散乱効率は、光拡散素子の長さに沿って変動しうる。光拡散素子又はそれらの選択された部分の長さに沿った照明波長の散乱の変化の度合いを制御して、より均一な照明効果を達成することが望ましいであろう。散乱効率は、素子の送出終端の近くに対し、素子の光源端近くで異なりうる。散乱効率は、素子の光源端からの距離が増加するにつれて、素子に沿って増加しうる。光源からの位置が遠ざかるほど高くなる散乱効率は、光源からの距離が増加するにつれて光源光の強度の損失を補償することによって、照明強度を保つ作用をする。光は、光拡散素子の光源から離れて伝搬するにつれて、散乱し、その強度は徐々に低下する。輝度を維持するため、光拡散素子は、光源光の強度が光源からの距離の増加にともなって小さくなるにつれて散乱効率の増加をもたらすように構成されうる。散乱効率は、例えば、光拡散素子の長さに沿って散乱中心の濃度、サイズ、及び／又は組成を変化させることによって、制御可能である。

素子の長さに沿った散乱効率は、最大値を有しうる。光拡散素子又はそれらの選択された部分の長さに沿った照明波長における散乱効率は、最大値の５０％未満、又は最大値の３０％未満、又は最大値の２０％未満で変動しうる。散乱効率の上記変化、散乱光強度、及び／又は上記散乱損失は、光拡散素子において同時に実現されうる。

クラッド内の散乱中心の包含により、光拡散素子上の別の外表面インク層の必要性が排除される。当技術分野で知られているように、インク層は、光拡散素子から散乱する光の角度分布を制御又は修正するために、光拡散素子に一般的に適用されている。インク層は、散乱光の分布及び／又は性質を増強するために用いられうる。インク層は、コア領域からの光の散乱における方向バイアス（例えば前方散乱対後方散乱）を補償することによって、光拡散素子から散乱する光の角度分布をより均一にし、光の散乱におけるより大きい角度均一性を提供しうる。光拡散素子から散乱する光の分布における角度の独立性は、角度方向における、より均一な強度分布を促進する。クラッド内の散乱中心の存在によって、表面インク層の利益が本質的にもたらされる。

光拡散素子のガラス部分は、化学気相蒸着法（ＣＶＤ）、外付け気相蒸着法（ＯＶＤ）、気相軸付け法（ＶＡＤ）、火炎加水分解法、火炎酸化法、又は当技術分野で知られた他の技法を通じてスート含有光ファイバプリフォームを形成することによって製造されうる。ドーパントは、プリフォームの製造に用いられるガラス組成物内に提供されうる。プリフォームは、コア領域及び／又はクラッド領域を含んでよく、ここで、ドーピングは、各領域で異なっていて差し支えない。

内部ボイドを形成するため、スートプリフォームは、該プリフォームを取り囲む気体雰囲気下で圧密化されうる。気体雰囲気の存在下での圧密化により、気体雰囲気の一部が圧密化の間にプリフォーム内に捕捉され、それによって、圧密化されたプリフォーム内に内部ボイドの形成を生じさせる。ボイドは、圧密化されたプリフォーム内に非周期的に分布されてよく、各ボイドは、圧密化されたガラスプリフォーム内の少なくとも１つの捕捉かつ圧密化された気体の領域に対応しうる。ボイドを有する圧密化されたプリフォームは、次に、延伸されて、本開示に従った光拡散素子が作製される。圧密化の間にプリフォーム内に形成されたボイドの少なくとも一部は、延伸された素子内に残留する。１つ又は複数の光拡散ファイバをファイバプリフォームの代わりに用いてもよい。

圧密化が生じる条件を操作して、ボイドのサイズ、形状、長さ、充填率、及び空間分布を制御してもよい。ボイド特性の方向制御（例えば軸方向に沿って、に対して横方向に沿ってなど）もまた達成されうる。圧密化条件は、圧密化されたガラスブランク内に捕捉された気体をかなりの量で生じ、それによって、圧密化されたガラスプリフォーム内に非周期的に分布したボイドの形成を生じるのに効果的でありうる。結果として得られるプリフォームは、内部にボイドを有する光拡散素子を形成するために用いられる。比較的低い透過性の気体及び／又は比較的高い焼結速度を使用することにより、圧密化プロセスの間に圧密化されたガラス内に孔が捕捉されうる。スートの圧密化工程の間に、該スートは、高熱への曝露によって開放多孔（例えば、高密度化ガラスによって取り囲まれていないスート間の細孔）を除去し、高密度化ガラスを残すことによる、高密度化プロセスを被る。本開示の文脈では、圧密化プロセスにおいて存在する多量の周囲気体の捕捉により、ガラスの完全な高密度化が生じないようにし、圧密化後にガラス内にボイドが残留する。スートの圧密化は、スート圧密化加熱炉内で行われうる。焼結速度は、圧密化加熱炉の焼結ゾーンを通じたスートプリフォームの焼結温度の増加及び／又は下向き供給（downfeed）速度の増加によって増加されうる。ある特定の焼結条件下では、捕捉気体の面積分率が、プリフォーム全体の面積又は体積の有意な割合を占めるガラスを得ることが可能である。

スートプリフォームは、回転かつ平行移動するマンドレル又はベイトロッドの外表面上にシリカ含有スートを堆積させることによって形成されうる。このプロセスは、ＯＶＤ又は外付け気相蒸着として知られている。マンドレルは、好ましくはテーパ状をしており、スートは、ガス状のガラス前駆体をバーナーの火炎に供給し、それを酸化することによって形成される。メタン（ＣＨ_４）などの燃料及び酸素などの支燃焼ガスがバーナーに供給され、着火されて火炎を形成する。ガラス形成化合物（例えばＳｉＣｌ_４、オクタメチルシクロテトラシロキサン）は、火炎内で酸化されて、概して円筒形状をしたスート領域をマンドレル又は基板上に形成する。ドーパント化合物が含まれていてもよい。

スートプリフォームは、圧密化加熱炉内で圧密化されて、圧密化ブランクを形成しうる。圧密化の前に、マンドレルが取り外され、中空の円筒形状のスートブランクプリフォームが形成される。圧密化プロセスの間に、スートプリフォームは、例えば、圧密化加熱炉の純粋石英のマッフル管内に保持機構によって吊るされる。好ましくは、圧密化工程の前に、プリフォームは、乾燥雰囲気に晒される。例えば、適切な乾燥雰囲気は、約９５０℃～１２５０℃の温度かつ約０．５～４．０時間の適切な乾燥時間範囲において、約９５％～９９％のヘリウム及び１％～５％の塩素ガスを含みうる。

好ましくはスート乾燥工程の後に行われる、圧密化工程の間に、炉内温度を上昇させ、プリフォームを、例えば約１３９０℃～１５３５℃などの適切な温度で圧密化して、圧密化プリフォームを形成する。

傾斜焼結が用いられてよく、それによって、スートプリフォームが、約１２２５℃～１５５０℃、又は約１３９０℃～１５３５℃の温度で維持される加熱炉のホットゾーンを通って下降駆動される。例えば、プリフォームは、所望の乾燥温度（９５０～１２５０℃）で維持される等温ゾーン内に保持されてよく、その後、スートプリフォームは、１℃超／分で上昇するプリフォーム温度をもたらすのに十分な速度で、所望の圧密化温度（例えば１２２５℃～１５５０℃、又は１３９０℃～１５３５℃）で維持されるゾーンを通って駆動される。加熱炉の上部ゾーンは、乾燥及び不純物除去工程を促進する、より低い温度で維持されうる。下部ゾーンは、圧密化に所望される、より高い温度で維持されうる。スート含有プリフォームは、第１の下向き供給速度で、圧密化ホットゾーンを通じて下向き供給されてよく、その後、第１の下向き供給速度未満の第２の下向き供給速度で、第２のホットゾーンを通じたプリフォームが下向き供給されうる。このような圧密化の技法は、残りのプリフォームを焼結する前に、スートプリフォームの外側部分に焼結を生じ、それによってガスの捕捉を促進し、今度は、結果として得られる圧密化ガラス内でのボイドの形成及び保持を促進する。

例えば、プリフォームは、１５℃超／分、より好ましくは１７℃超／分で上昇するプリフォーム温度を生じるのに十分な第１の速度で、このような適切な圧密化温度（例えば約１３９０℃超）に曝露されて差し支えなく、その後、少なくとも約１２℃／分、より好ましくは１４℃超／分でのプリフォームの加熱をもたらすのに十分な少なくとも第２の下向き供給速度／圧密化温度の組合せに曝露されうる。好ましくは、第１の圧密化速度は、第２の圧密化速度の加熱速度より大きい、２℃超、又は１０℃超、又は約２０℃超、最も好ましくは５０℃超／分の速度で、温度上昇する、プリフォームの外側を結果的に生じる。所望により、より遅い速度で（例えば１０℃未満／分）加熱する、第３の圧密化工程又はさらなる圧密化工程を使用することができる。あるいは、スートプリフォームは、温度が１５５０℃超、又は１７００℃超、より一層好ましくは１９００℃超である加熱炉のホットゾーンを通してスートプリフォームを駆動することによって、より多くのボイドを生成するために、さらに速い速度で焼結されうる。あるいは、スートと接触させて裸火又はプラズマトーチを使用することによって、加熱炉の外部でより速い速度でスートプリフォームを焼結させてもよい。

ボイドは、焼結及び／又は圧密化の間に、プリフォームをガスに曝露することによって形成されうる。プリフォーム内に内部ボイドを形成するために用いられるガスは、本明細書ではボイド生成ガスと称されうる。好ましいボイド生成ガスは、Ｎ_２、Ａｒ、Ｋｒ、ＣＯ_２、Ｏ_２、空気、ＳＯ_２、Ｃｌ_２、ＣＦ_４、又はそれらの混合物のうちの１つ以上を含む。ボイド生成ガスは、焼結又は圧密化の間に、直接、又は希釈ガスの存在下で用いられうる。ボイド生成ガスの各々は、本開示の方法に従った内部ボイドの形成に適した圧密化温度以下において、シリカガラスにおける比較的低い透過性を示す。好ましくは、これらのボイド生成ガスは、５容積％～１００容積％、又は約２０容積％～１００容積％、又は約４０容積％～１００容積％の量で、単独で又は組み合わせて用いられる。焼結又は圧密化ガス雰囲気の残りは、適切な希釈剤又は、例えば、ヘリウム、水素、重水素、又はそれらの混合物などのキャリアガスで構成される。一般的にいえば、焼結用ガスに用いられるボイド生成ガスのパーセンテージが大きくなるほど、結果として得られる圧密化ガラス内にボイドがより大きくより豊富になる。結果的に、内部ボイドのサイズ、形状、数密度、及び空間分布の制御は、ボイド生成ガス、処理環境におけるボイド生成ガスの圧力、及び／又はボイド生成ガスの希釈ガスに対する比を変動させることを通じて達成されうる。

ボイドを生成する圧密化プロセスの後に、結果として得られるガラスプリフォーム又はケーンにＯＶＤによってさらなるスートを堆積することが所望される場合には、ＯＶＤプロセスで形成される水素に曝露される際の速度の損失を回避するために、１０％未満のＯ_２、又は５％未満のＯ_２を含む、又はＯ_２を含まない焼結用ガスが、用いられうる。ボイド生成ガスは、Ｎ_２とＡｒの組合せであってよく、該Ｎ_２とＡｒの組合せは、１０容積％超、又は３０容積％超、又は５０容積％超の量で、焼結雰囲気内で用いられる。

本明細書に記載される焼結用ガスを使用して、圧密化ガスの少なくともの一部の意図的な捕捉が生じるのに十分な速度及び温度でのプリフォームの下向き供給を含む、圧密化プロセスを使用することが望ましい。これは、例えば、スートプリフォームの少なくとも一部を、約１０℃超／分、より好ましくは約１２℃超／分、より一層好ましくは約１４℃超／分で加熱することによって生じうる。本発明に用いられる焼結温度は、好ましくは、１１００℃超、又は１３００℃超、又は１４００℃超、又は１４５０℃超である。

圧密化プロセスの間に用いられる気体雰囲気、圧密化加熱炉内の温度、及びプリフォームの圧密化速度は、スートの圧密化プロセスの間に、ガスがプリフォーム内に意図的に捕捉されて、圧密化されたガラス内に内部ボイドが形成されるように、選択されうる。これらのガス含有内部ボイドは、好ましくは、素子の延伸プロセスの前及び／又は間に完全には脱ガスされず、したがって、ガラスが延伸された後に、ガラス内に内部ボイドが残る。さまざまな処理パラメータを制御して、ボイドのサイズを変動及び制御してもよい。温度の上昇はボイド内に捕捉されたガスを膨張させることから、例えば、圧密化の時間又は温度の増加は、ボイドサイズを増加させうる。同様に、ボイドのサイズ及び面積率は、延伸条件の影響を受けうる。例えば、延伸加熱炉内のより長いホットゾーン、及び／又は、より速い延伸速度は、ボイドのサイズ及び面積率を増加させる傾向にある。圧密化温度において、ガラスに対し、より透過性のガスを選択することにより、より小さいボイドが生じる。

焼結速度もまた、ボイドサイズ及びボイド密度に、かなりの影響を有しうる。より速い焼結速度により、より多くより大きいボイドの形成が生じる。しかしながら、遅すぎる焼結速度を使用すると、ガスがガラスを通って逃げる時間があることから、ボイドは形成されない。故に、プリフォームの下向き供給速度及び／又は用いられる圧密化温度は、好ましくは、約１０℃超／分、より好ましくは約１２℃超／分、より一層好ましくは約１４℃超／分の速度で、プリフォームの少なくとも一部の加熱をもたらすのに十分に高い。一般的にいえば、より低いスート密度を有するプリフォームは、より多くのボイドの形成を生じる。しかしながら、特定のプリフォームにおける堆積されたスートの密度を、より多くのボイド（領域ボイド面積率がより大きい）を所望される場所に位置づけるように、変動させてもよい。例えば、第１の高密度スート領域は、圧密化ガラス（例えば純粋シリカ）コアケーン上に直接堆積されてよく、その後、第１の密度より低い密度を有するスートの第２の領域が堆積されうる。我々は、これにより、より高いボイド面積率がコア近辺（すなわち高密度スート領域）に形成されることを見出した。シリカ含有スートは、好ましくは、約０．１０ｇ／ｃｍ^３～１．７ｇ／ｃｍ^３、より好ましくは約０．３０ｇ／ｃｍ^３～１．０ｇ／ｃｍ^３のバルク密度を有する。この効果は、ボイド低含有又は非含有領域と、ボイド高含有領域とが交互になった、圧密化されたボイド含有プリフォームの形成にも用いられうる；ここで、初期スート密度の半径方向変化は、少なくとも１００μｍの距離に対し、３パーセント超である。製作及び加工についての追加的な情報は、ここに参照することによってその開示が本明細書に取り込まれる、米国特許第７，４５０，８０６号明細書に見出されうる。

ポリマークラッドは、プリフォームからコアを延伸するプロセスの間にガラスコアに上述の種類のクラッド組成物を施すことによって、ガラスコア（ドープされた又はドープされていない、内部ボイドを有する又は有しない）上に形成されうる。クラッド組成物は液体であり、噴霧、ブラッシング又は他の方法によって、延伸されたガラスコアに施されうる。クラッド組成物の反応により、ガラスコア上にポリマークラッドがもたらされる。一実施形態では、反応は、光反応であり、クラッド組成物の重合（硬化）は、施されたコーティング組成物を適切な波長の放射線に曝露する際に生じる。適切な波長は、硬化反応を開始可能な波長であり、クラッド組成物に用いられる光開始剤の選択によって決定されうる。

内部ボイドは、ボイド生成ガスの存在下で硬化を行うことによって、ポリマークラッド内に形成されうる。硬化反応が進行するにつれて、クラッド組成物はますます粘性になり、ボイド生成ガスがポリマー内に捕捉されて、内部ボイドを形成する。ボイドを保持するためには、ボイド生成ガスは、ポリマークラッドに不溶性又はわずかに可溶性であることが好ましい。ボイド生成ガスはまた、ポリマークラッドにおける低い拡散係数も有するべきである。ポリマークラッドにとって適切なボイド生成ガスとしては、Ｏ_２、Ｎ_２、空気、及びＡｒが挙げられる。ポリマークラッド内の内部ボイドのサイズ、形状、及び数密度は、ボイド生成ガスの種類、硬化の間のクラッド組成物のボイド生成ガスへの曝露時間、及び硬化環境内のボイド生成ガスの圧力又は濃度を変化させることによって制御されうる。

一実施形態では、ポリマークラッド内に形成される内部ボイドの特性は、クラッドポリマーに、硬化環境内のボイド生成ガスとともに可溶性のガスを含めることによって変動する。可溶性ガスはボイド生成ガスを希釈し、可溶性ガスとボイド生成ガスの混合物が、初めに内部ボイドとして取り込まれる。硬化が進行し、及び／又は時間が経過するにつれて、可溶性ガスは内部ボイドから出て、クラッドポリマーに溶解し、内部ボイドの部分的な崩壊（収縮）を生じる。可溶性ガスとボイド生成ガスとの相対的比率を制御することにより、内部ボイドのサイズを系統的に変化させることが可能である。ボイド生成ガスを有する混合物中の高比率の可溶性ガスは、平均して、より小さい内部ボイドを生成すると予測され、逆の場合も同様である。一実施形態では、可溶性ガスはＣＯ_２である。

ナノ粒子は、延伸されたガラスコアにクラッド組成物を施す前に、ナノ粒子（固体として直接、懸濁液の形態で、又は溶媒中）をクラッド組成物に添加することによってポリマークラッド内に取り込まれうる。硬化反応が進行し、ポリマークラッドが形成されるにつれて、ナノ粒子はポリマークラッド内に取り込まれる。一実施形態では、ナノ粒子は、ポリマークラッド内に分散相として取り込まれる。

光拡散素子は、クラッドを取り囲む保護コーティングを備えていてもよい。保護コーティングは、光拡散素子を機械的損傷から保護することが意図されている。保護コーティングは、１つ以上のモノマーを含む硬化性保護コーティング組成物から形成されうる。モノマーは、エチレン性不飽和化合物を含みうる。硬化性保護コーティング組成物は、１つ以上のオリゴマー、１つ以上の重合開始剤、及び１つ以上の添加剤も含みうる。一実施形態では、保護コーティングは、ウレタンアクリレートモノマーを含む保護コーティング組成物の重合生成物である。

硬化性保護コーティング組成物のモノマー成分は、１つ以上のモノマーを含みうる。１つ以上のモノマーは、５０質量％以上の量で、又は約７５質量％～約９９質量％の量で、又は約８０質量％～約９９質量％の量で、又は約８５質量％～約９８質量％の量で存在しうる。

硬化性保護コーティング組成物のモノマー成分は、エチレン性不飽和化合物を含みうる。エチレン性不飽和モノマーは、単官能性又は多官能性でありうる。官能基は、重合性基、及び／又は、架橋を促進又は可能にする基でありうる。２つ以上のモノマーの組合せにおいて、構成モノマーは、単官能性、多官能性、又は単官能性及び多官能性化合物の組合せでありうる。エチレン性不飽和モノマーのための適切な官能基としては、限定されることなく、（メタ）アクリレート、アクリルアミド、Ｎ－ビニルアミド、スチレン、ビニルエーテル、ビニルエステル、酸エステル、及びそれらの組合せが挙げられる。

例示的な単官能性エチレン性不飽和モノマーとしては、限定されることなく、アクリル酸２－ヒドロキシエチル、アクリル酸２－ヒドロキシプロピル、及びアクリル酸２－ヒドロキシブチルなどのアクリル酸ヒドロキシアルキル；アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸プロピル、アクリル酸イソプロピル、アクリル酸ブチル、アクリル酸アミル、アクリル酸イソブチル、アクリル酸ｔ－ブチル、アクリル酸ペンチル、アクリル酸イソアミル、アクリル酸ヘキシル、アクリル酸ヘプチル、アクリル酸オクチル、アクリル酸イソオクチル、アクリル酸２－エチルヘキシル、アクリル酸ノニル、アクリル酸デシル、アクリル酸イソデシル、アクリル酸ウンデシル、アクリル酸ドデシル、アクリル酸ラウリル、アクリル酸オクタデシル、及びアクリル酸ステアリルなどの長鎖及び短鎖アクリル酸アルキル；アクリル酸ジメチルアミノエチル、アクリル酸ジエチルアミノエチル、及びアクリル酸７－アミノ－３，７－ジメチルオクチルなどのアクリル酸アミノアルキル；アクリル酸ブトキシエチル、アクリル酸フェノキシエチル（例えば、Ｓａｒｔｏｍｅｒ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｉｎｃ．社のＳＲ３３９）、及びエトキシエトキシエチルアクリレートなどのアクリル酸アルコキシアルキル；アクリル酸シクロヘキシル、アクリル酸ベンジル、アクリル酸ジシクロペンタジエン、アクリル酸ジシクロペンタニル、アクリル酸トリシクロデカニル、ボミルアクリレート、アクリル酸イソボルニル（例えば、Ｓａｒｔｏｍｅｒ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｉｎｃ．社のＳＲ４２３、Ｓａｒｔｏｍｅｒ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｉｎｃ．社）、テトラヒドロフルフリルアクリレート（例えば、Ｓａｒｔｏｍｅｒ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｉｎｃ．社のＳＲ２８５）、カプロラクトンアクリレート（例えば、Ｓａｒｔｏｍｅｒ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｉｎｃ．社のＳＲ４９５）、及びアクリロイルモルホリンなどの単環式及び多環式の環状芳香族又は非芳香族アクリレート；ポリエチレングリコールモノアクリレート、ポリプロピレングリコールモノアクリレート、メトキシエチレングリコールアクリレート、メトキシポリプロピレングリコールアクリレート、メトキシポリエチレングリコールアクリレート、エトキシジエチレングリコールアクリレート、及び、エトキシル化（４）ノニルフェノールアクリレート（例えば、ＩＧＭ Ｒｅｓｉｎｓ社のＰｈｏｔｏｍｅｒ ４０６６）のようなさまざまなアルコキシル化アルキルフェノールアクリレートなどのアルコール系アクリレート；ジアセトンアクリルアミド、イソブトキシメチルアクリルアミド、Ｎ，Ｎ'－ジメチル－アミノプロピルアクリルアミド、Ｎ，Ｎ－ジメチルアクリルアミド、Ｎ，Ｎ－ジエチルアクリルアミド、及びｔ－オクチルアクリルアミドなどのアクリルアミド；Ｎ－ビニルピロリドン及びＮ－ビニルカプロラクタムなどのビニル化合物；及び、マレイン酸エステル及びフマル酸エステルなどの酸エステルが挙げられる。上に列挙した長鎖及び短鎖アクリル酸アルキルに関しては、短鎖アクリル酸アルキルは、６個以下の炭素を有するアルキル基であり、長鎖アクリル酸アルキルは、７個以上の炭素を有するアルキル基である。

代表的な多官能性エチレン性不飽和モノマーとしては、限定されることなく、２以上のアルコキシル化度を有するエトキシル化されたビスフェノールＡジアクリレートなどのアルコキシル化されたビスフェノールＡジアクリレートが挙げられる。二次組成物のモノマー成分としては、２～約３０の範囲のエトキシル化度を有するエトキシル化されたビスフェノールＡジアクリレート（例えば、米国ペンシルベニア州ウェストチェスター所在のＳａｒｔｏｍｅｒ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｉｎｃ．社から入手可能なＳＲ３４９及びＳＲ６０１、並びに、ＩＧＭ Ｒｅｓｉｎｓ社から入手可能なＰｈｏｔｏｍｅｒ ４０２５及びＰｈｏｔｏｍｅｒ ４０２８）、又は、例えば２～約３０の範囲など、２以上のプロポキシル化度を有するプロポキシル化されたビスフェノールＡジアクリレート；例えば３～約３０の範囲など、３以上のエトキシル化度を有するエトキシル化されたトリメチロールプロパントリアクリレートのようなアルコキシル化されている及びされていない、メチロールプロパンポリアクリレート（例えば、ＩＧＭ Ｒｅｓｉｎｓ社のＰｈｏｔｏｍｅｒ ４１４９、及びＳａｒｔｏｍｅｒ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｉｎｃ．社のＳＲ４９９）；例えば３～３０の範囲など、３以上のプロポキシル化度を有するプロポキシル化－トリメチロールプロパントリアクリレート（例えば、ＩＧＭ Ｒｅｓｉｎｓ社のＰｈｏｔｏｍｅｒ ４０７２、及びＳａｒｔｏｍｅｒ社のＳＲ４９２）；ジトリメチロールプロパンテトラアクリレート（例えば、ＩＧＭ Ｒｅｓｉｎｓ社のＰｈｏｔｏｍｅｒ ４３５５）；３以上のプロポキシル化度を有するプロポキシル化されたグリセリントリアクリレート（例えば、ＩＧＭ Ｒｅｓｉｎｓ社のＰｈｏｔｏｍｅｒ ４０９６、及びＳａｒｔｏｍｅｒ社のＳＲ９０２０）など、アルコキシル化されたグリセリントリアクリレート；ペンタエリスリトールテトラアクリレート（例えば、Ｓａｒｔｏｍｅｒ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｉｎｃ．社（米国ペンシルベニア州ウェストチェスター所在）から入手可能なＳＲ２９５）、エトキシル化されたペンタエリスリトールテトラアクリレート（例えば、Ｓａｒｔｏｍｅｒ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｉｎｃ．社のＳＲ４９４）、及びジペンタエリスリトールペンタアクリレート（例えば、ＩＧＭ Ｒｅｓｉｎｓ社のＰｈｏｔｏｍｅｒ ４３９９、及びＳａｒｔｏｍｅｒ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｉｎｃ．社のＳＲ３９９）など、アルコキシル化されている及びされていない、エリスリトールポリアクリレート；例えばトリス－（２－ヒドロキシエチル）イソシアヌレートトリアクリレート（例えば、Ｓａｒｔｏｍｅｒ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｉｎｃ．社のＳＲ３６８）及びトリス－（２－ヒドロキシエチル）イソシアヌレートジアクリレートなど、適切な官能性イソシアヌレートをアクリル酸又は塩化アクリルと反応させることによって形成されるイソシアヌレートポリアクリレート；トリシクロデカンジメタノールジアクリレート（例えば、Ｓａｒｔｏｍｅｒ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｉｎｃ．社のＣＤ４０６）及び、例えば約２～３０の範囲など、２以上のエトキシル化度を有するエトキシル化されたポリエチレングリコールジアクリレートなど、アルコキシル化されている及びされていないアルコールポリアクリレート；アクリレートをビスフェノールＡジグリシジルエーテルなどに加えることによって形成されるエポキシアクリレート（例えば、ＩＧＭ Ｒｅｓｉｎｓ社のＰｈｏｔｏｍｅｒ ３０１６）；及び、ジシクロペンタジエンジアクリレート及びジシクロペンタンジアクリレートなどの単環式及び多環式の環状芳香族又は非芳香族ポリアクリレートが挙げられうる。

保護コーティング組成物は、オリゴマー成分を含んでも含まなくてもよい。１種類以上のオリゴマーが、保護組成物中に存在してもよい。含まれうるオリゴマーの種類の１つは、エチレン性不飽和オリゴマーである。用いられる場合、適切なオリゴマーは、単官能性オリゴマー、多官能性オリゴマー、又は単官能性オリゴマーと多官能性オリゴマーの組合せでありうる。存在する場合には、オリゴマー成分としては、脂肪族及び芳香族ウレタン（メタ）アクリレートオリゴマー、尿素（メタ）アクリレートオリゴマー、ポリエステル及びポリエーテル（メタ）アクリレートオリゴマー、アクリル化アクリル系オリゴマー、ポリブタジエン（メタ）アクリレートオリゴマー、ポリカーボネート（メタ）アクリレートオリゴマー、及びメラミン（メタ）アクリレートオリゴマー又はそれらの組合せが挙げられうる。保護コーティング組成物は、ウレタン基、ウレタンアクリレート化合物、ウレタンオリゴマー、又はウレタンアクリレートオリゴマーを含まない場合がある。

保護コーティング組成物のオリゴマー成分は、二官能性オリゴマーを含みうる。二官能性オリゴマーは、下記式（Ｉ）に従った構造を有しうる：
Ｆ_１－Ｒ_１－［ウレタン－Ｒ_２－ウレタン］_ｍ－Ｒ_１－Ｆ_１ （Ｉ）
式中、Ｆ_１は、独立して、アクリレート、メタクリレート、アクリルアミド、Ｎ－ビニルアミド、スチレン、ビニルエーテル、ビニルエステル、又は当技術分野で知られた他の官能基などの反応性官能基であってよく；Ｒ_１は、独立して、－Ｃ_２－１２Ｏ－、－（Ｃ_２－４－Ｏ）_ｎ－、－Ｃ_２－１２Ｏ－（Ｃ_２－４－Ｏ）_ｎ－、－Ｃ_２－１２Ｏ－（ＣＯ－Ｃ_２－５Ｏ）_ｎ－、又は－Ｃ_２－_１２Ｏ－（ＣＯ－Ｃ_２－５ＮＨ）_ｎ－を含んでよく、ここで、ｎは、例えば１～１０を含む、１～３０の整数であり；Ｒ_２は、ポリエーテル、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリウレタン、ポリ尿素、又はそれらの組合せであってよく；ｍは、例えば１～５を含む、１～１０の整数である。式（Ｉ）の構造において、ウレタン部分は、ジイソシアネートとＲ_２及び／又はＲ_１との反応から形成される残基でありうる。用語「独立して」は、各Ｆ_１が、別のＦ_１とは異なっていてもよいことを示すために本明細書で用いられ、各Ｒ_１についても同じことがいえる。

硬化性保護組成物のオリゴマー成分は、多官能性オリゴマーを含みうる。多官能性オリゴマーは、以下に記載される式（ＩＩ）、式（ＩＩＩ）、又は式（ＩＶ）に従った構造を有しうる：
マルチウレタン－（Ｆ_２－Ｒ_１－Ｆ_２）_ｘ （ＩＩ）
ポリオール－［（ウレタン－Ｒ_２－ウレタン）_ｍ－Ｒ_１－Ｆ_２］_ｘ （ＩＩＩ）
マルチウレタン－（Ｒ_１－Ｆ_２）_ｘ （ＩＶ）
式中、Ｆ_２は、独立して、アクリレート、メタクリレート、アクリルアミド、Ｎ－ビニルアミド、スチレン、ビニルエーテル、ビニルエステル、又は当技術分野で知られた他の官能基など、１～３の官能基を表してよく；Ｒ_１は、－Ｃ_２－１２Ｏ－、－（Ｃ_２－４－Ｏ）_ｎ－、－Ｃ_２－１２Ｏ－（Ｃ_２－４－Ｏ）_ｎ－、－Ｃ_２－１２Ｏ－（ＣＯ－Ｃ_２－５ Ｏ）_ｎ－、又は－Ｃ_２－１２Ｏ－（ＣＯ－Ｃ_２－５ＮＨ）_ｎ－を含んでよく、ここで、ｎは、例えば１～５を含む、１～１０の整数であり；Ｒ_２は、ポリエーテル、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリウレタン、ポリ尿素又はそれらの組合せであってよく；ｘは、例えば２～５を含む、１～１０の整数であり；ｍは、例えば１～５を含む、１～１０の整数である。式（ＩＩ）の構造において、マルチウレタン基は、マルチイソシアネートとＲ_２との反応から形成される残基でありうる。同様に、式（ＩＩＩ）の構造におけるウレタン基は、ジイソシアネートのＲ_２及び／又はＲ_１への結合後に形成される反応生成物でありうる。

ウレタンオリゴマーは、脂肪族又は芳香族ジイソシアネートと、二価ポリエーテル又はポリエステル、最も典型的にはポリエチレングリコールなどのポリオキシアルキレングリコールとの反応によって調製されうる。耐湿性オリゴマーは、主として飽和かつ主として非極性の脂肪族ジオールを選好して、極性ポリエーテル又はポリエステルグリコールが回避されることを除いて、同様の方式で合成されうる。これらのジオールには、エーテル又はエステル基を実質的に含まなくてよい、約２～２５０個の炭素原子のアルカン又はアルキレンジオールが含まれうる。

ポリ尿素成分は、これらの方法によって調製されたオリゴマー内に、例えば、合成の過程でジオール又はポリオールをジアミン又はポリアミンに置き換えることによって、取り込まれうる。

保護コーティング組成物はまた、該保護コーティング組成物をクラッドに施した後に重合（硬化）を促進するために、重合開始剤も含みうる。多くのアクリレート系コーティング調合物には、既知のケトン性光開始剤及び／又はホスフィンオキシド添加剤などの光開始剤が用いられうる。光開始剤の量は、放射線硬化を促進して、保護コーティング組成物の早すぎるゲル化を生じることなく、合理的な硬化速度を提供するように調整されうる。望ましい硬化速度は、約９０％超、又は９５超％のコーティング組成物の硬化を生じさせるのに十分な速度でありうる。用量対弾性率曲線で測定して、約７５μｍのコーティング厚のための硬化速度は、例えば、１．０Ｊ／ｃｍ^２未満又は０．５Ｊ／ｃｍ^２未満でありうる。

保護コーティング組成物のための適切な光開始剤としては、限定されることなく、２，４，６－トリメチルベンゾイル－ジフェニルホスフィンオキシド（例えばＬｕｃｉｒｉｎ ＴＰＯ）；１－ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン（例えばＢＡＳＦ社から入手可能なＩｒｇａｃｕｒｅ １８４）；（２，６－ジエトキシベンゾイル）－２，４，４－トリメチルペンチルホスフィンオキシド（例えば、ＢＡＳＦ社の市販ブレンドＩｒｇａｃｕｒｅ １８００、１８５０、及び１７００）；２，２－ジメトキシ－２－フェニルアセトフェノン（例えば、ＢＡＳＦ社のＩｒｇａｃｕｒｅ ６５１）；ビス（２，４，６－トリメチルベンゾイル）フェニルホスフィンオキシド（例えば、ＢＡＳＦ社のＩｒｇａｃｕｒｅ ８１９）；（２，４，６－トリエチルベンゾイル）ジフェニルホスフィンオキシド（例えば、ＢＡＳＦ社の市販ブレンドＤａｒｏｃｕｒ ４２６５）；２－ヒドロキシ－２－メチル－１－フェニルプロパン－１－オン（例えば、ＢＡＳＦ社の市販ブレンドＤａｒｏｃｕｒ ４２６５）及びそれらの組合せが挙げられうる。

上述の成分に加えて、本発明の保護コーティング組成物は、必要に応じて、１種類の添加剤又は複数の添加剤の組合せを含みうる。代表的な添加剤としては、限定されることなく、酸化防止剤、触媒、潤滑剤、低分子量の非架橋性樹脂、接着促進剤、及び安定剤が挙げられる。添加剤は、重合プロセスを制御するように動作し、それによって、組成物から形成された重合生成物の物理的特性（例えば、弾性率、ガラス転移温度）に影響を与えうる。添加剤は、組成物の重合生成物の完全性（例えば、脱重合又は酸化分解に対する保護）に影響を与えうる。

保護コーティング組成物は、チオジエチレンビス（３，５－ジ－ｔｅｒｔ－ブチル）－４－ヒドロキシヒドロケイヒ酸（例えば、ＢＡＳＦ社から入手可能なＩｒｇａｎｏｘ １０３５）を酸化防止剤として含みうる。保護コーティング組成物は、アクリル化酸接着促進剤（Ｅｂｅｃｒｙｌ １７０（ＵＣＢ Ｒａｄｃｕｒｅ社（米国ジョージア州スマーナ所在）から入手可能）など）を含みうる。

保護コーティングは、クラッドポリマー材料より高い弾性率を有する。保護コーティングは、約０．５６ｃｍ（約０．０２２インチ）の直径を有する硬化されたロッドとして構成された場合に、少なくとも約１０００ＭＰａ、又は少なくとも約１２００ＭＰａ、又は少なくとも約１４００ＭＰａ、又は少なくとも約１６００ＭＰａ、又は少なくとも約１８００ＭＰａのヤング弾性率を有する。

保護コーティングの厚さは、３０μｍ～９０μｍの範囲、又は４０μｍ～８０μｍの範囲、又は５０μｍ～７０μｍの範囲である。随意的な白色インク層を保護コーティングの上に施してもよい。インク層の機能は、散乱された放射線がすべての方向に均一になることを確実にすることである。白色インク層は、保護コーティングに用いられる種類のコーティング材料に負荷されたＴｉＯ_２粉末を含みうる。あるいは、ＴｉＯ_２粉末は、保護コーティングに直接負荷されてもよい。

保護コーティングは、保護コーティング組成物をクラッドに施し、保護コーティング組成物の反応を開始して、クラッド上に保護コーティングを形成することによって形成される。一実施形態では、保護コーティングは、ガラスプリフォームの延伸の間に、保護コーティング組成物を硬化することによって形成される。クラッドが、クラッド組成物の硬化によって形成されたポリマーの場合、保護コーティング組成物は、クラッド組成物の硬化の前又は後にクラッド組成物に施されうる（ウェット・オン・ウェット又はウェット・オン・ドライ配置）。

最初の処理後、製作された素子は、円筒形状又はロッドの構成を有しうる。製作後の処理を行って、光拡散素子の形状を変化させてもよい。通常の軟化、曲げ、及び／又は鋳造技法を用いて、例えば、本開示に従ったボイドを有する湾曲又は任意の形状の光拡散素子の製造を達成してもよい。

光拡散素子は、光源を備えた光学系に導入されうる。光源は、ランプ、ダイオード、レーザ、レーザダイオード、ＬＥＤ（発光ダイオード）又は他の供給源でありうる。光源は、２００ｎｍ～２０００ｎｍのスペクトル範囲のすべて又は一部にわたって動作しうる。光拡散素子への光源の効率的な結合を確実にするため、光拡散素子の開口数が、光源の開口数に匹敵するか、またはそれを上回ることを確実にすることが望ましい。光拡散素子の開口数は、コア及びクラッドの相対屈折率によって制御される。光拡散素子の開口数は、コアの屈折率の増加及び／又はクラッドの屈折率の低下によって増加させることができる。コアの屈折率は、コアガラス組成物中に散乱中心としてアップドーパントを含むことによって増加させることができる。クラッドの屈折率は、クラッド中に散乱中心として内部ボイドを取り込むこと、シリカガラスクラッドの代わりにポリマークラッドを使用すること、及びクラッドポリマー材料のフッ素化型を使用することによって低下させることができる。光拡散素子の開口数は、少なくとも０．４、又は少なくとも０．５、又は少なくとも０．６、又は少なくとも０．７、又は少なくとも０．８でありうる。

図５は、光拡散素子を取り込む照明システムを示している。照明システム１２０は、光源１２５及び光拡散素子１３０を備えている。光源１２５は、光源光１３５を光拡散素子１３０内へと送り出す。光拡散素子１３０内の内部ボイドは、光源光１３５を散乱して照明光１４０を生成し、これが光拡散素子１３０の外表面を通って出る。光源１２５は、光拡散素子１３０と直接接触させてもよく（例えば「当接結合」）、あるいは、空隙が存在していてもよい。照明光１４０は、説明の便宜上の理由から平行光として描かれているが、照明光１４０は、ランダムな方向に向けられた光線を含みうると理解されるべきである。

照明システム１５０は、光源１５５、光学素子１６０、及び光拡散素子１６５を備えている。光源１５５は、光源光１７０を光学素子１６０内へと送り出し、これが光源光１７０を処理して、光拡散素子１６５に光源光１７２を提供する。光拡散素子１６５内の内部ボイドは、光源光１７２を散乱して照明光１７５を生成し、これが光拡散素子１６５の外表面を通って出る。照明光１７５は、説明の便宜上の理由から、平行な光線として描かれているが、照明光１７５は、ランダムな方向に向けられた光線を含みうると理解されるべきである。

照明システム内に導入されうる光源としては、ランプ、レーザ、ダイオード、レーザダイオード、及び発光ダイオードが挙げられる。図５に示される光学素子１６０などの介在光学素子は、光拡散素子への光源の結合を促進しうる、照明システムの素子である。光学素子は、光源から供給される光を、集光、コリメート化、集束、及び／又は他の方法で処理しうる。光学素子は、固体ガラス素子、固体ポリマー又はプラスチック素子、ガラス又はポリマー光ファイバ、レンズ又は他の結合素子でありうる。

本開示に従った光拡散素子は、光源として（例えば、光化学反応、冷却空間、加熱空間、又は制御環境を伴った閉空間）、及び照明器具として、照明システム内に配備されうる。光拡散素子は、機能的及び装飾的照明用途に適している。

図６は、例示される光拡散素子の一部の画像を示している。光拡散素子２００は、ガラスコア２１０、ポリマークラッド２２０、及び保護コーティング２３０を備えている。ガラスコア２１０は、シリカガラスで作られており、１２５μｍの直径を有する。ポリマークラッド２２０は、３２．５μｍの厚さを有する低弾性率のウレタンアクリレートポリマーである。保護コーティング２３０は、３２．５μｍの厚さを有する高弾性率のウレタンアクリレートポリマーである。光拡散素子２００は、ポリマークラッド２２０内に複数の散乱中心２４０を含む。散乱中心２４０は、Ｎ_２ガスが充填された、さまざまなサイズの内部ボイドであり、これは、クラッド組成物をガラスコア２１０に施す間にクラッド組成物をＮ_２ガスに曝露し、その後にクラッド組成物を硬化してポリマークラッド２２０を形成することによって作製された。ガラスコア２１０及び保護コーティング２３０は、散乱中心を欠いている。

散乱損失を評価するため、一連の計算を行った。計算において、散乱中心を含むバルク材料からの光の散乱に起因する減衰を決定した。光は、５６０ｎｍの波長を有していた。バルク材料は、５６０ｎｍにおいて１．３７の屈折率を有する、フッ素化アクリレートポリマーであった。フッ素化アクリレートポリマーは、クラッドポリマー材料の代表である。散乱中心は、１．０の屈折率を有する球状気泡の形態の内部ボイド及び２．４の屈折率を有するＴｉＯ_２ナノ粒子を含んでいた。第１の計算では、散乱中心は、バルク材料内の１μｍの直径及び１００／ｍｍ^３の濃度を有する球状気泡であった。散乱損失は、２ｄＢ／ｍと算出された。第２の計算では、散乱中心は、バルク材料内の５μｍの直径及び１０／ｍｍ^３の濃度を有する球状気泡であった。散乱損失は、３ｄＢ／ｍと算出された。第３の計算では、散乱中心は、バルク材料における１０μｍの直径及び１／ｍｍ^３の濃度を有する球状気泡であった。散乱損失は、１．６ｄＢ／ｍと算出された。第４の計算では、散乱中心は、バルク材料内の０．２μｍの直径及び２０００／ｍｍ^３の濃度を有するＴｉＯ_２ナノ粒子であった。散乱損失は、２．４ｄＢ／ｍと算出された。

図７は、フッ素化アクリレートポリマーバルク材料におけるガス充填された内部ボイド及びＴｉＯ_２の散乱中心の半径の関数としての減衰損失を示す、別の計算の結果を示している。図７の計算は、１立方マイクロメートルあたり１つの散乱中心の一定濃度と仮定している。減衰の大きさはｍ^－１単位であり、これを１０倍することによってｄＢ／ｍ単位に変換することができる。１μｍ未満の半径値のデータ点は、ＴｉＯ_２散乱中心に対応する。１μｍを超える半径値のデータ点は、ガス充填された内部ボイドの散乱中心に対応する。各タイプの散乱中心のデータ点は、１μｍの半径値において与えられる。結果は、散乱中心の半径が増加するにつれて減衰（散乱損失）が増加することを示している。先に示されたように、クラッド内のガス充填された内部ボイドの存在は、クラッドの平均屈折率を低下させ、したがって、光拡散素子の開口数を増加させて、高開口数を有する光源とのより良好な結合効率を達成するための推奨される方策である。ＴｉＯ_２ナノ粒子の存在は、対照的に、クラッドの平均屈折率の増加をもたらし、高開口数を有する光拡散素子を得ることをより困難にする。

本明細書に記載される計算は、現行の光拡散素子の構成をしたクラッドポリマー材料の代わりにバルククラッドポリマー材料について言及しているが、結果は、散乱中心を有しないガラスコア、及び、ガス充填された内部ボイド又はＴｉＯ_２ナノ粒子を散乱中心として有するフッ素化アクリレートポリマーを備えた光拡散素子について期待される散乱損失の予測となる。典型的な光拡散素子では、ほとんどの光はコアによって導かれ、光のおよそ２～３％が、エバネッセント場としてのクラッド内に入る。バルク材料について計算された散乱損失は、したがって、本明細書に記載されるポリマークラッドの構成をしたバルク材料から利用可能な散乱損失の推定値を提供するようにスケーリング可能である。

他に明確に記載されない限り、本明細書に記載されるいずれの方法も、その工程が特定の順序で行われることを要すると解釈されることは全く意図されていない。したがって、方法の請求項が、その工程が従うべき順序を実際に記載していない場合、あるいは、その工程が特定の順序に限定されるべきであることが請求項又は明細書に明確に別記されていない場合、順序が推定されることは全く意図されていない。

例証される実施形態の精神及び範囲から逸脱することなく、さまざまな修正及び変更がなされうることは当業者にとって明白であろう。例証される実施形態の精神及び実態を取り込む、開示される実施形態の修正、組合せ、部分的組合せ、及び変形が当業者に想起されうることから、その記載は、添付の特許請求の範囲及びそれらの等価物の範囲内のあらゆるものを含むと解釈されるべきである。

以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。

実施形態１
６５μｍを超える直径を有するガラスコアと、
前記ガラスコアを取り囲むクラッドであって、前記ガラスコアより低い屈折率を有し、かつ、少なくとも２５ｎｍの寸法の断面を有する第１の散乱中心を含む、クラッドと
を備えた光拡散素子であって、
少なくとも０．１ｄＢ／ｍの光散乱損失を示す、
光拡散素子。

実施形態２
前記ガラスコアがシリカガラスを含むことを特徴とする、実施形態１に記載の光拡散素子。

実施形態３
前記シリカガラスがドープされていることを特徴とする、実施形態２に記載の光拡散素子。

実施形態４
前記ガラスコアが５００μｍ未満の直径を有することを特徴とする、実施形態１～３のいずれかに記載の光拡散素子。

実施形態５
前記クラッドがガラスを含むことを特徴とする、実施形態１～４のいずれかに記載の光拡散素子。

実施形態６
前記第１の散乱中心が、ガスによって満たされ、かつ、５０ｎｍ～２０μｍの寸法の断面を有する内部ボイドを含むことを特徴とする、実施形態５に記載の光拡散素子。

実施形態７
前記ガスが、Ｎ_２、Ｏ_２、空気、Ａｒ、ＣＯ_２、ＳＯ_２、及びＣｌ_２からなる群より選択されることを特徴とする、実施形態６に記載の光拡散素子。

実施形態８
前記内部ボイドが、５００ｎｍ～１０μｍの寸法の断面を有することを特徴とする、実施形態６又は７に記載の光拡散素子。

実施形態９
前記内部ボイドが１μｍ～５０ｍの長さを有することを特徴とする、実施形態６～８のいずれかに記載の光拡散素子。

実施形態１０
前記クラッド中の前記内部ボイドの濃度が、少なくとも１容積％であることを特徴とする、実施形態６～９のいずれかに記載の光拡散素子。

実施形態１１
前記ガラスコアが第２の散乱中心を含むことを特徴とする、実施形態５～１０のいずれかに記載の光拡散素子。

実施形態１２
前記第２の散乱中心が、ドーパント又は内部ボイドであることを特徴とする、実施形態１１に記載の光拡散素子。

実施形態１３
前記クラッドがポリマーを含むことを特徴とする、実施形態１～４のいずれかに記載の光拡散素子。

実施形態１４
前記ポリマーが、第１の放射線硬化性成分を含む硬化性組成物の硬化生成物であることを特徴とする、実施形態１３に記載の光拡散素子。

実施形態１５
前記第１の放射線硬化性成分が第１のエチレン性不飽和官能基を含むことを特徴とする、実施形態１４に記載の光拡散素子。

実施形態１６
前記第１のエチレン性不飽和官能基が、アクリレート基又はメタクリレート基であることを特徴とする、実施形態１５に記載の光拡散素子。

実施形態１７
前記硬化性組成物が、第２の放射線硬化性成分をさらに含むことを特徴とする、実施形態１５又は１６に記載の光拡散素子。

実施形態１８
前記第２の放射線硬化性成分が第２のエチレン性不飽和官能基を含むことを特徴とする、実施形態１７に記載の光拡散素子。

実施形態１９
前記第２の放射線硬化性成分が、第３のエチレン性不飽和官能基をさらに含むことを特徴とする、実施形態１８に記載の光拡散素子。

実施形態２０
前記第２のエチレン性不飽和基がアクリレート又はメタクリレート基であり、前記第３のエチレン性不飽和基がアクリレート又はメタクリレート基であることを特徴とする、実施形態１９に記載の光拡散素子。

実施形態２１
前記ポリマーがフッ素を含むことを特徴とする、実施形態１３～２０のいずれかに記載の光拡散素子。

実施形態２２
前記第１の散乱中心が、ガスで満たされており２５ｎｍ～４０μｍの寸法の断面を有する内部ボイドを含むことを特徴とする、実施形態１３～２１のいずれかに記載の光拡散素子。

実施形態２３
前記ガスが、Ｎ_２、空気、及びＡｒからなる群より選択されることを特徴とする、実施形態２２に記載の光拡散素子。

実施形態２４
前記内部ボイドが、５０ｎｍ～２０μｍの寸法の断面を有することを特徴とする、実施形態２２又は２３に記載の光拡散素子。

実施形態２５
前記クラッド中の前記内部ボイドの濃度が、少なくとも１．０容積％であることを特徴とする、実施形態２２～２４のいずれかに記載の光拡散素子。

実施形態２６
前記ガラスコアが第２の散乱中心を含むことを特徴とする、実施形態１３～２５のいずれかに記載の光拡散素子。

実施形態２７
前記第２の散乱中心がドーパント又は内部ボイドであることを特徴とする、実施形態２６に記載の光拡散素子。

実施形態２８
前記第１の散乱中心が、少なくとも２５ｎｍの寸法の断面を有するナノ粒子を含むことを特徴とする、実施形態１３～２７のいずれかに記載の光拡散素子。

実施形態２９
前記ナノ粒子の前記断面寸法が５００ｎｍ未満であることを特徴とする、実施形態２８に記載の光拡散素子。

実施形態３０
前記ナノ粒子が、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、ＺｒＯ_２、Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２、及び希土類酸化物からなる群より選択される組成物を有することを特徴とする、実施形態２８又は２９に記載の光拡散素子。

実施形態３１
前記ナノ粒子が発光性であることを特徴とする、実施形態２９に記載の光拡散素子。

実施形態３２
前記ナノ粒子が、前記クラッド中、少なくとも１．０容積％の濃度を有することを特徴とする、実施形態２９～３１のいずれかに記載の光拡散素子。

実施形態３３
前記クラッドが第２の散乱中心をさらに含み、該第２の散乱中心が、ガスで満たされており２５ｎｍ～４０μｍの寸法の断面を有する内部ボイドを含むことを特徴とする、実施形態２９～３２のいずれかに記載の光拡散素子。

実施形態３４
前記素子が、少なくとも０．５ｄＢ／ｍの光散乱損失を示すことを特徴とする、実施形態１～３３のいずれかに記載の光拡散素子。

実施形態３５
前記素子が、少なくとも０．４の開口数を有することを特徴とする、実施形態１～３４のいずれかに記載の光拡散素子。

実施形態３６
前記クラッドを取り囲む保護コーティングをさらに含むことを特徴とする、実施形態１～３５のいずれかに記載の光拡散素子。

実施形態３７
光拡散素子に光学的に結合した光源を備えた照明システムであって、前記光拡散素子が、
６５μｍを超える直径を有するガラスコアと、
前記ガラスコアを取り囲むクラッドであって、前記ガラスコアより低い屈折率を有し、かつ、少なくとも２５ｎｍの寸法の断面を有する第１の散乱中心を含む、クラッドと
を備え、
前記素子が、少なくとも０．１ｄＢ／ｍの光散乱損失を示す、
照明システム。

実施形態３８
前記光源が、ＬＥＤ又はレーザダイオードであることを特徴とする、実施形態３７に記載の照明システム。

実施形態３９
ガラスを含むコアを形成する工程と、
少なくとも２５ｎｍの寸法の断面を有する第１の散乱中心を含むクラッドを、前記コア上に形成する工程と
を含む、光拡散素子を形成する方法。

実施形態４０
前記コアを形成する工程が、ガラスプリフォームを延伸する工程を含むことを特徴とする、実施形態３９に記載の方法。

実施形態４１
前記ガラスプリフォームを延伸する工程が、さらに前記クラッドを形成する工程を含むことを特徴とする、実施形態４０に記載の方法。

実施形態４２
前記クラッドを形成する工程が、前記コアに硬化性組成物を施し、前記硬化性組成物を硬化する工程を含むことを特徴とする、実施形態４０又は４１に記載の方法。

実施形態４３
前記クラッドを形成する工程が、ボイド生成ガスの存在下で前記硬化性組成物を硬化する工程を含むことを特徴とする、実施形態４２に記載の方法。

実施形態４４
前記硬化性組成物が、エチレン性不飽和基を含む放射線硬化性成分を含むことを特徴とする、実施形態４２又は４３に記載の方法。

実施形態４５
前記第１の散乱中心がナノ粒子であり、前記硬化性組成物が前記ナノ粒子をさらに含むことを特徴とする、実施形態４２～４４のいずれかに記載の方法。

実施形態４６
前記コアが第２の散乱中心を含むことを特徴とする、実施形態３９～４５のいずれかに記載の方法。

実施形態４７
前記第２の散乱中心が内部ボイドを含み、前記コアを形成する工程が、ボイド生成ガスの存在下でガラスプリフォームを延伸する工程を含むことを特徴とする、実施形態４６に記載の方法。

１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ 光拡散素子
１２、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ コア
１４、１４ａ、１４ｂ、１４ｃ クラッド
２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ 領域
３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ 拡大部
４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄ 散乱中心
１２０ 照明システム
１２５ 光源
１３０ 光拡散素子
１３５ 光源光
１４０ 照明光
１５０ 照明システム
１５５ 光源
１６０ 光学素子
１６５ 光拡散素子
１７０、１７２ 光源光
１７５ 照明光
２００ 光拡散素子
２１０ ガラスコア
２２０ ポリマークラッド
２３０ 保護コーティング
２４０ 散乱中心

Claims (11)

1. ６５μｍを超える直径を有し、かつ内部ボイドを含むガラスコアと、
   （ｉ）前記ガラスコアを取り囲み、（ｉｉ）前記ガラスコアより低い屈折率を有するとともに、（ｉｉｉ）少なくとも２５ｎｍの寸法の断面を有する第１の散乱中心を含むクラッドとを備え、
   少なくとも０．１ｄＢ／ｍの光散乱損失を示し、
   前記内部ボイドが、前記コアの断面全体に亘って分布しており、
   前記散乱中心が、（ｉ）前記クラッド全体に分布される；および／または（ｉｉ）前記コア／クラッドの境界に、あるいはエバネッセント光が前記コアから前記クラッドに入る程度に前記コア／クラッドに近接して配置される、
   光拡散素子。
2. 前記クラッドがガラスを含むことを特徴とする、請求項１に記載の光拡散素子。
3. 前記第１の散乱中心が、ガスによって満たされており５０ｎｍ～２０μｍの寸法の断面を有する内部ボイドを含むことを特徴とする、請求項１又は２に記載の光拡散素子。
4. 前記クラッド中の前記内部ボイドの濃度が、少なくとも１容積％であることを特徴とする、請求項３に記載の光拡散素子。
5. 前記クラッドがポリマーを含むことを特徴とする、請求項１に記載の光拡散素子。
6. 前記ポリマーがフッ素を含むことを特徴とする、請求項５に記載の光拡散素子。
7. 前記第１の散乱中心が、ガスで満たされており２５ｎｍ～４０μｍの寸法の断面を有する内部ボイドを含むことを特徴とする、請求項５又は６に記載の光拡散素子。
8. 前記クラッド中の前記内部ボイドの濃度が、少なくとも１．０容積％であることを特徴とする、請求項７に記載の光拡散素子。
9. 前記第１の散乱中心が、少なくとも２５ｎｍの寸法の断面を有するナノ粒子を含むことを特徴とする、請求項１～８のいずれかに記載の光拡散素子。
10. 光拡散素子に光学的に結合した光源を備えた照明システムであって、前記光拡散素子が、
    ６５μｍを超える直径を有しかつ内部ボイドを含むガラスコアと、
    （ｉ）前記ガラスコアを取り囲み、（ｉｉ）前記ガラスコアより低い屈折率を有するとともに、（ｉｉｉ）少なくとも２５ｎｍの寸法の断面を有する第１の散乱中心を含むクラッドとを備え、
    前記素子が、少なくとも０．１ｄＢ／ｍの光散乱損失を示し、
    前記内部ボイドが、前記コアの断面全体に亘って分布しており、
    前記散乱中心が、（ｉ）前記クラッド全体に分布される；および／または（ｉｉ）前記コア／クラッドの境界に、あるいはエバネッセント光が前記コアから前記クラッドに入る程度に前記コア／クラッドに近接して配置される、
    照明システム。
11. 請求項１記載の光拡散素子を形成する方法であって、
    ガラスを含むコアを形成する工程であって、ガラスプリフォームを延伸することを含み、前記コアが該コアの断面全体を通じて分布される内部ボイドを含む工程と、
    少なくとも２５ｎｍの寸法の断面を有する第１の散乱中心を含むクラッドを前記コア上に形成する工程であって、前記コアに硬化性組成物を施し、該硬化性組成物を硬化することを含む工程と
    を含むことを特徴とする光拡散素子を形成する方法。

Images