JP7332619B2 - 色変換を有する光拡散装置および関連する照明システム - Google Patents

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関連出願

本願は、米国特許法第１１９条のもと、２０１８年４月２日に出願された米国仮出願第６２／６５１，３２４号明細書の優先権の利益を主張し、その内容は本明細書の依拠するところであって、その全体が参照により本明細書に援用されるものとする。

本開示は、概して、照明用途で使用するための光拡散装置に関し、より詳細には、色変換層を有する光拡散装置に関する。

エリア照明のために、光源からの光を誘導して光を分配する光拡散装置が利用可能となっている。光拡散装置は、その長さに沿って光を外部へ放出し、これによって装置を照明するものである。可視光範囲の波長にある電磁放射を放出可能な光源を光拡散装置に結合して、種々の色を有する光を光拡散装置に導入することができる。この場合、このような色光は、光拡散装置の側面または縁部から外部へ放出される。

本開示の一実施形態は、光源に光学的に結合され、光源から受信した入力光に応答して出力光を生成するように構成された光拡散型光ファイバに関する。光拡散型光ファイバは、コアと、コアを取り囲む散乱層と、散乱層を取り囲む光変換層とを含む。光変換層は、ポリマー母材およびポリマー母材内の発光団を含む。発光団は、入力光の吸収に応答して光を放出するように構成されており、放出光は、５８０ｎｍ～６８０ｎｍのピーク波長を有している。ＣＩＥ１９３１ｘ，ｙ色度空間によって測定された出力光の色には、０．５５～０．７５のｘ、０．１５～０．４のｙが含まれる。

本開示の別の実施形態は、光拡散装置に関する。光拡散装置は、シリカ系ガラスから形成されたコアと、コアを取り囲む散乱層と、散乱層を取り囲む光変換層とを含む。光変換層は、ポリマー母材および発光団を含む。発光団は、入力光の吸収に応答して光を放出するように構成されている。光変換層の半径方向の厚さは、１５０μｍ～４５０μｍである。光変換層は、２．５質量％～１５質量％の発光団を含む。

本開示の別の実施形態は、５００ｎｍ未満のピーク波長を有する入力光を生成する光源を含む、照明システムに関する。照明システムは、入力光に応答して出力光を生成する光拡散型光ファイバを含む。光拡散型光ファイバは、シリカ系ガラスから形成されたコアと、コアを取り囲む散乱層と、散乱層を取り囲む光変換層とを含む。光変換層は、ポリマー母材および発光団を含む。光拡散型光ファイバは、光源によって生成された入力光が光変換層に搬送されるように、光源に光学的に結合されている。発光団は、入力光の吸収に応答して光を放出するように構成されており、放出光は、入力光のピーク波長よりも大きいピーク波長を有している。ＣＩＥ１９３１ｘ，ｙ色度空間によって測定された出力光の色には、０．５５～０．７５のｘ、０．１５～０．４のｙが含まれる。

さらなる特徴および利点を以下の詳細な説明に記載するが、これらは、部分的には、以下の詳細な説明、特許請求の範囲および添付の図面を含めて、本明細書において説明する実施形態を実施することにより、当業者に容易に明らかとなるかまたは認識されるであろう。

上述の一般的な説明および以下の詳細な説明は、いずれも例示的なものに過ぎず、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枠組みを提供することを意図していることを理解されたい。添付の図面は、さらなる理解のために設けたものであり、本明細書に組み込まれてその一部を構成する。図面は、１つ以上の実施形態を示しており、説明とともに、種々の実施形態の基本方式および動作を説明するのに役立つものである。

例示的な実施形態による、光変換ＬＤＦを含む照明システムの概略図である。 例示的な実施形態による、図１の光変換ＬＤＦの断面図である。 例示的な実施形態による、図１のＬＤＦのＣＩＥ色出力を示す。 例示的な実施形態による、４５０ｎｍのポンプ光および光変換層における種々の量の赤色蛍光体を利用する場合の、図１のＬＤＦからのＬＤＦ出力光に存在するポンプ光の強度を示す。 例示的な実施形態による、４５０ｎｍのポンプ光および光変換層における種々の量の赤色蛍光体を利用する場合の、図１のＬＤＦからのＬＤＦ出力光における赤色光の強度を示す。 例示的な実施形態による、４０５ｎｍのポンプ光および光変換層における種々の量の赤色蛍光体を利用する場合の、図１のＬＤＦからのＬＤＦ出力光に存在するポンプ光の強度を示す。 例示的な実施形態による、４０５ｎｍのポンプ光および光変換層における種々の量の赤色蛍光体を利用する場合の、図１のＬＤＦからのＬＤＦ出力光における赤色光の強度を示す。 １０容量％の赤色蛍光体および約１．３質量％のＴｉＯ_２でのコーティング厚さの関数としてのＬＤＦ出力光中のポンプ光の割合を示すプロットである。

図を概して参照すると、色変換層を有する光拡散型ファイバ（ＬＤＦ）などの光拡散装置および関連する照明システムの種々の実施形態が示され、記載されている。概して、本明細書で説明する色変換光ファイバは、発光団（種々のフルオロフォアまたは蛍光体などの発光を発現する原子または化合物）を含む色変換層を含む。本明細書に開示しているＬＤＦで使用される発光団は、概して、長波長（low wavelength）光源からの光をより短い波長（higher wavelength）の出力光に変換する材料である。本明細書に開示している特定の実施形態では、光源は青色または紫色の波長の光源であり、色変換層は、赤色、オレンジ色または黄色の出力光などのより長い波長（lower wavelength）の出力光を生成するように構成されている。

出願人は、より長い波長（lower wavelength）の出力光（例えば、赤色、オレンジ色または黄色の出力光）を生成するための本明細書で説明する構成が、これらの色を有する出力光を生成するための他のアプローチと比較して、多くの驚くべき利点を有することを見出している。第１に、出願人は、本明細書で説明するアプローチを用いた照明システムが、より長い波長（lower wavelength）の光源（例えば、赤色ポンプレーザダイオード）を用いた照明システムよりも信頼性が高く、より長い寿命を有することを見出している。出願人は、青色または紫色レーザダイオードのようなより短い波長（lower wavelength）の光源が、はるかに長い動作寿命を有することを見出している。また、これらのより短い波長（lower wavelength）の光源は、一般的に赤色レーザダイオードよりも低温で動作するため、エネルギ効率や装置の寿命が向上し、受動冷却システムを利用した照明システムを実現することができる。

これらの動作上の利点に加えて、出願人は、本明細書に開示している色変換層を利用する照明システムが、出力光の品質に関連する多くの利点を提供することを見出している。特に、出願人は、本明細書に開示している色変換ＬＤＦが、長波長（low wavelength）光源を使用する照明システムと比較して、出力光の色空間へのより高い柔軟性またはより広域のアクセスを可能にすることを見出している。特に、色変換層の種々の設計パラメータ（例えば、色変換層の厚さ、色変換層中の発光団材料の量、色変換層中に存在する散乱材料の種類と量、フィルタリング層の使用など）を選択することにより、幅広い出力色を生成することができる。対照的に、出力光の所望の色を提供するように光源を構成／選択すると、通常、システムは、レーザダイオードなどの光源によって生成できる狭い範囲の色に制限される。さらに、本明細書で説明する色変換プロセスは、レーザダイオードなどの幾つかの光源に通常存在するスペックルパターンを低減または除去する。

図１を参照すると、例示的な実施形態による照明システム１０が示されている。照明システム１０は、レーザダイオード１２として示している短波長（low wavelength）光源と、ＬＤＦ１４として示される色変換光拡散素子または色変換光拡散装置とを含む。ＬＤＦ１４は、概して、レーザダイオード１２に直接に、または光ファイバ１６のような中間構造を介して、光学的に結合されている。概して、かつ以下でより詳細に説明するように、レーザダイオード１２は、比較的短い波長（low wavelength）の光（例えば、ポンプ光または入力光）を生成し、ＬＤＦ１４の色変換層は、ポンプ光の大部分をより長い波長（higher wavelength）に変換し、レーザダイオード１２からのポンプ光よりも長い波長（higher wavelength）を有する出力光１８を生成する。

特定の実施形態では、レーザダイオード１２は、５００ｎｍ未満、具体的には３５０ｎｍ～５００ｎｍ、より具体的には３９５ｎｍ～４６５ｎｍのピーク波長を有する光を生成する。特定の実施形態では、レーザダイオード１２は、４４０ｎｍ～４６０ｎｍのピーク出力波長を有する青色レーザダイオードである。特定の実施形態では、レーザダイオード１２は、４５０ｎｍ～４５５ｎｍのピーク出力を有する青色レーザダイオードである。別の特定の実施形態では、レーザダイオード１２は、４００ｎｍ～４１０ｎｍ、具体的には４０５ｎｍのピーク出力を有する紫色レーザダイオードである。図２および図３に関して以下でより詳細に説明するように、ＬＤＦ１４は、当該短波長（low wavelength）の入力光またはポンプ光を、ＬＤＦ１４からの出力光が赤色、黄色またはオレンジ色のような種々の色を有するような、より長い波長（higher wavelength）を有する放出光に変換する色変換層を含む。

種々の実施形態では、レーザダイオード１２は、種々のパワーおよび／または明るさを有していてよい。特定の実施形態では、レーザダイオード１２は、２０ｍＷ～１０Ｗのパワーを有する。

種々の実施形態では、照明システム１０は、レーザダイオード１２を冷却する受動冷却システム２０を含んでいてよい。赤色レーザダイオードのような長波長（high wavelength）光源を使用するシステムとは対照的に、短波長（low wavelength）のレーザダイオード１２の低い動作温度により、受動冷却システム２０を介した冷却が可能となり、照明システム１０の全体的なエネルギ効率が向上する。

種々の実施形態では、照明システム１０は、フィルタリング装置、フィルタリング層またはフィルタリング構成要素２２を含んでもよい。フィルタリング構成要素２２は、フィルタリングされた出力光２４の色を変化させるために、所望の波長で光を吸収するようにＬＤＦ１４を取り囲むかまたはコーティングする、有色の材料シートまたは材料層であってもよく、当該フィルタリングされた出力光２４が、フィルタリング構成要素２２から出射されて、ユーザに観察される。図４Ａ、図４Ｂ、図５Ａ、図５Ｂおよび図６に関連して後述するように、出力光１８は、光源からの残光（例えば、未変換光）などの望ましくない成分を含みうる。このような実施形態では、フィルタリング構成要素２２は、このような光成分を除去して、所望の色のフィルタリングされた出力光２４を生成するために利用可能である。特定の実施形態では、フィルタリング構成要素２２は、ＬＤＦ１４と観察者との間に配置されたフィルム、レンズ、または他の構造物（例えば、車載用途におけるテールライトのカバーレンズ）であってよい。他の実施形態では、フィルタリング構成要素２２は、ＬＤＦ１４を取り囲むフィルタリングコーティングであってもよい。

種々の実施形態では、照明システム１０は、単一のレーザダイオード１２によって駆動される複数のＬＤＦ１４を含むことができる。このような一実施形態では、照明システム１０は、４５０ｎｍのレーザダイオード光源または４０５ｎｍのレーザダイオード光源のような単色光源からＲＧＹＢ出力光を生成するために、種々の色変換層を有する少なくとも４つのＬＤＦを含むことができる。他の実施形態では、照明システム１０は、複数のレーザダイオード１２によって駆動される複数のＬＤＦ１４を含んでいてもよい。

特定の実施形態では、照明システム１０は、車載用照明システムである。特定の実施形態では、照明システム１０は、赤色光（例えば、テールライトまたはブレーキライト）を生成するように構成されている。このような実施形態では、ＬＤＦ１４は、以下でより詳細に説明するように、入力光を赤色光に変換するように構成されており、幾つかのこのような実施形態では、フィルタリング構成要素２２は、赤色アクリルなどの赤色半透明ポリマー材料から製造された、ブレーキまたはテールライトのレンズまたはカバーであってもよい。別の特定の実施形態では、照明システム１０は、黄色光（例えば、ターンシグナル光）を生成するように構成されている。このような実施形態では、ＬＤＦ１４は、入力光を黄色光に変換するように構成されており、幾つかのこのような実施形態では、フィルタリング構成要素２２は、黄色アクリルなどの黄色の半透明ポリマー材料から製造された、ターンシグナルのレンズまたはカバーであってもよい。

図２を参照すると、ＬＤＦ１４の長手方向断面図（例えば、長手方向軸線に対して垂直な図）が示されている。ＬＤＦ１４は、１μｍ超かつ２５０μｍ未満、具体的には１μｍ超かつ２００μｍ未満、より具体的には１μｍ超かつ１７０μｍ未満の外半径を有するコア部分３０を含む。

幾つかの実施形態では、コア部分３０は、光がコア部分３０から半径方向外側に配向されるように、コア部分３０内を伝搬する光を散乱させる構造（例えば、ナノ構造、空隙、ナノ粒子など）を含み、これにより、ＬＤＦ１４およびＬＤＦ１４を取り囲む空間を照明する。散乱誘起減衰は、空隙の密度を増大させることで制御可能であり、ファイバ全体の空隙の配置、または空隙が環状リングに限定されている場合には空隙を含むリングの幅の増大によっても、同じ密度の空隙に対して散乱誘起減衰が増大する。さらに、空隙が螺旋状である組成物では、散乱誘起減衰は、ファイバ長にわたる螺旋状空隙のピッチの変化によっても増大しうる。以下でさらに詳細に説明するように、当該散乱構造は、コア３０内に配置される代わりに、またはこれに加えて、層３４内に配置されてもよい。

さらに図２を参照すると、ＬＤＦ１４は、コア部分３０を取り囲みかつコア部分３０と直接に接触する層３２を含む。層３２は、ＬＤＦ１４の開口数（ＮＡ）を増大させるために、比較的低い屈折率を有する材料から形成される。種々の実施形態では、ＬＤＦ１４の開口数は、約０．３よりも大きく、幾つかの実施形態では、約０．４よりも大きい。層３２は、SSCP Co.Ltd（403-2、Moknae、Ansan、Kyunggi、韓国）から入手可能なＰＣ４５２などの、ＵＶ硬化性もしくは熱硬化性のフルオロアクリレートのような低屈折率ポリマー材料、またはシリコーンを含むことができる。このような低屈折率ポリマー層は、純粋な非ドープのシリカと比較して負の相対屈折率を有しうる。例えば、低屈折率ポリマー材料の相対屈折率は、約－０．５％未満、または約－１．０％未満であってよい。また、層３２は、高弾性材料を含むことができる。代替的に、層３２がシリカガラスを含んでいてもよい。本開示の実施形態によれば、クラッド内のシリカガラスは、例えばフッ素などのダウンドーパントでダウンドープ可能である。本明細書で使用しているように、「ダウンドーパント」なる語は、純粋な非ドープのシリカと比較して屈折率を低下させる傾向を有するドーパントを意味する。層３２は、概して、コア部分３０の屈折率よりも小さい屈折率を有する。

層３２は、概して、コア部分３０の外半径から延在している。層３２の半径方向の厚さは、約１．０μｍよりも大きくてよい。例えば、層３２の半径方向の厚さは、約５．０μｍ～約３００μｍ、例えば約２００μｍ未満であってよい。層３２の半径方向の厚さは、例えば、約２．０μｍ～約１００μｍ、約２．０μｍ～約５０μｍ、少なくとも約２．０μｍ～約２０μｍ、さらには約２．０μｍ～約１２μｍであってもよい。層３２の半径方向の厚さは、例えば、少なくとも約７．０μｍであってもよい。特定の実施形態では、層３２の半径方向の厚さは、層３２で測定された外径が１７１μｍ～２１０μｍ、より具体的には約１９０μｍである。

ＬＤＦ１４は、層３２を取り囲みかつ層３２と直接に接触する２次コーティング層３４を含む。２次コーティング層３４は、ＴｉＯ_２、アルミナ、シリカ、もしくはジルコニア粒子などの散乱粒子、または本明細書で説明している他の散乱材料もしくは構造のいずれかでドープされている。

種々の実施形態では、層３４の半径方向の厚さは、約１．０μｍよりも大きくてよい。例えば、層３４の半径方向の厚さは、５．０μｍ～３００μｍ、例えば２００μｍ未満であってよい。層３４の半径方向の厚さは、例えば、２．０μｍ～１００μｍ、２．０μｍ～５０μｍ、少なくとも２．０μｍ～２０μｍ、またはさらには２．０μｍ～１２μｍであってもよい。層３４の半径方向の厚さは、例えば、少なくとも７．０μｍであってもよい。特定の実施形態では、層３４の半径方向の厚さは、層３４で測定された外径が２００μｍ～２６０μｍ、より具体的には約２３０μｍである。

種々の実施形態では、層３４は、光拡散ファイバが外力を受けたときに外側コーティング層を介して伝達される機械的外乱を散逸させることにより光拡散ファイバのガラス部分をより良く保護するために含有させることができる低弾性率材料から形成されている。一実施形態では、層３４は、硬化性架橋剤、硬化性希釈剤、および重合開始剤を含む組成物の硬化物である。組成物は、１種以上の硬化性架橋剤、１種以上の硬化性希釈剤、および／または１種以上の重合開始剤を含むことができる。一実施形態では、硬化性架橋剤は、ウレタン官能基および尿素官能基を実質的に含まない。種々の実施形態では、層３４は、層３６のポリマー材料とは異なるポリマー材料から形成され、種々の実施形態では、層３４は、色変換ポリマー層３６よりも低い屈折率を有する。

ＬＤＦ１４はさらに、層３４を取り囲みかつ層３４と直接に接触する色変換ポリマー層３６を含む。図２は、層３６をＬＤＦ１４の最外層として示しているが、本開示の実施形態では、１つ以上の付加的なコーティング、例えば、外側ポリマーコーティング層３６を取り囲む保護コーティングおよび／または光フィルタリングコーティングを有するコーティングされた光拡散装置が企図されていることを理解されたい。

種々の実施形態では、色変換ポリマーコーティング層３６は、散乱材料および発光団を含む。コーティング層３６は、任意の液体ポリマーまたはプレポリマー材料でありうるポリマー材料を含むことができ、その中に散乱組成物（散乱材料を含む）および発光団を添加することができ、混合物は、液体としてファイバに塗布され、ファイバに塗布された後に、固体に変換することができる。幾つかの実施形態では、コーティング層３６は、熱ポリマー材料から形成される。他の実施形態では、コーティング層３６は、アクリレートベースのポリマーまたはシリコーンベースのポリマーのようなポリマー材料から形成される。特定の実施形態では、層３６のポリマー母材は、ＥｌｖａｌｏｙもしくはＥｌｖａｘなどのＰＶＣ、ＥＶＡおよびＥＶＡコポリマー、ＰＦＡ、ＥＴＦＥ、ＰＶＤＦ、ＦＥＰ、Ｔｅｆｚｅｌなどのフッ素化熱可塑性プラスチック、ポリカーボネート、Ｔｒｉｔａｎなどのコポリエステル、ＡｐｏｌｈｙａもしくはＰｅｂａｘなどのＴＰＥ熱可塑性エラストマーなどを含む、多様な適切な材料であってよい。

概して、出願人は、発光団材料の種類、発光団材料の量／密度、および／または層３６の厚さを選択して、ＬＤＦ１４からの出力光１８の色を制御することができることを突き止めている。層３６のこれらの態様は、短波長（low wavelength）（例えば、青色または紫色レーザダイオード）光源および色変換ＬＤＦを利用して赤色出力光１８を生成する照明システムに特に適用可能である。

図３を参照すると、本明細書で説明しているＬＤＦ１４によって生成された出力光１８の色を示すＣＩＥ色空間が示されている。種々の実施形態では、本明細書で説明している短波長（low wavelength）入力光源に基づいて、層３６が、ＣＩＥ１９３１ｘ，ｙ色度空間によって測定される、０．５５～０．７５のｘ、０．１５～０．４のｙを有する色の出力光１８を生成するように構成されている。種々の実施形態では、本明細書で説明している短波長（low wavelength）入力光源に基づいて、層３６が、ＣＩＥ１９３１ｘ，ｙ色度空間によって測定される、０．６～０．７３のｘ、０．２５～０．３５のｙを有する色の出力光１８を生成するように構成されている。

特定の実施形態では、これらのＣＩＥ１９３１ｘ，ｙ色度空間座標を有する出力光１８を生成するために、層３６は、概して、５８０ｎｍ～６８０ｎｍ、具体的には６００ｎｍ～６４０ｎｍのピーク波長で光波を放出する発光団を含む。特定の実施形態では、このような発光団は赤色蛍光体材料であってよい。特定の実施形態では、層３６の発光団は、窒化物蛍光体、Ｅｕドープ蛍光体、またはＭｎドープ蛍光体であってもよい。特定の実施形態では、層３６の発光団は、Dongtai Tianyuan Optoelectronic Technology Co,Ltd.から入手した窒化物蛍光体である。

さらに、出願人は、層３６に存在する発光団の量を変化させることによって、出力光１８のカラープロファイルを変化させることができることを見出している。種々の実施形態では、層３６は、２．５容量％～１５容量％の発光団（例えば、赤色蛍光体）、具体的には７．５容量％～１２．５容量％の発光団（例えば、赤色蛍光体）、より具体的には９．５容量％～１０．５容量％の発光団（例えば、赤色蛍光体）を含む。他の実施形態では、これらの割合は質量％である。

層３６における赤色蛍光体パーセンテージが発光強度に与える影響が、図４Ａ、図４Ｂ、図５Ａ、図５Ｂに示されている。図４Ａおよび図４Ｂは、４５０ｎｍのレーザダイオード入力光源を使用した場合に、種々の赤色蛍光体の割合について出力光１８に存在するポンプ光強度および蛍光体発光強度をそれぞれ示している。図から見て取れるように、約１０％の赤色蛍光体では、出力光１８に存在する４５０ｎｍの光源光の量が５％の赤色蛍光体と比較して実質的に減少し、赤色光の量は５％および１１．５％の赤色蛍光体の両方よりも多い。当該プロットは、蛍光体の割合が増大するにつれて、より大きな割合の光源光が蛍光体によって変換されるので、出力光１８に存在する光源光の量が減少することを実証するものである。

ただし、驚くべきことに、図４Ｂは、特定の点を超えて赤色蛍光体の割合を増大させても、より多くの赤色光が出力光１８に得られないことを示している（例えば、図４Ｂは、１１．５％の赤色蛍光体で、出力光１８に存在する赤色光の波長の量が最も少ないことを示している）。出願人は、理論に制限されることなく、特定の点を超えると、付加的な赤色蛍光体が生じた赤色光を再吸収し、４５０ｎｍの光源光から出力光への変換の全体的な効率を低下させると考えている。さらに、図４Ａおよび図４Ｂは、（後述する光変換層の厚さとともに）蛍光体パーセンテージの選択により、出力光１８に存在するポンプ光および放出光の量を「混合」することによって、種々の色の光が生じうることを実証している。

図５Ａおよび図５Ｂは、図４Ａおよび図４Ｂと同様であり、４０５ｎｍの光源を使用した場合に蛍光体の割合の同じ効果が観察されることを実証するものである。

出願人は、蛍光体の割合に加えて、層３６の厚さが出力光１８の色を制御する役割を果たしていることを突き止めている。種々の実施形態では、上述したＣＩＥ１９３１ｘ，ｙ色度空間座標を有する出力光１８を生成するために、層３６は、１５０～４５０μｍ、より具体的には２００～４００μｍの厚さを有する。図６を参照すると、ＬＤＦ出力光１８に存在する放出赤色光に対するポンプ光の割合が、層３６の厚さの変化に対して示されている。図６において、ｘ軸に沿ってプロットされた外側ファイバ径の変動は、色変換層３６の厚さを変化させることによって形成されている。図６から見て取れるように、出力光１８に存在する入力光の割合は、４５０ｎｍおよび４０５ｎｍの光源の両方について、層３６の厚さが増大するにつれて減少している。このように、発光団の割合と組み合わせて、層３６の厚さもまた、出力光１８が所望の色を有することが保証されるように選択可能である。

上述したように、層３６はまた、層３６全体に分散された散乱材料を含むことができる。種々の散乱粒子を層３６で利用することができるが、出願人は、色変換ＬＤＦ設計で使用される散乱材料は光源波長および／または放出波長との適合性に基づいて選択可能であることを突き止めている。特に、特定の実施形態では、層３６で使用される散乱材料は、光源波長で低レベルの吸収を有するように選択され、層３６の発光団材料による吸収および変換に利用可能な光源光の量を増大させる。特定の実施形態では、出願人は、４０５ｎｍの光源が使用される場合、ジルコニアおよび／またはシリカ粒子の材料が４０５ｎｍの光に対して透明であるため、これらが層３６の散乱材料として良好に機能することを突き止めている。

種々の実施形態では、層３６の散乱材料は、２００ｎｍ～１０μｍの平均直径を有するナノ粒子または微粒子を含んでもよい。例えば、粒子の平均粒径は、４００ｎｍ～８．０μｍであってよく、またはさらには１００ｎｍ～６．０μｍであってよい。ナノ粒子または微粒子は、ＴｉＯ_２、ＺｎＯ、ＳｉＯ_２、ＢａＳ、ＭｇＯ、Ａｌ_２Ｏ_３またはＺｒなどの種々の高屈折率材料の粒子であってよいが、これらに限定されない。散乱材料の粒子の密度は、ファイバ長に沿って変化してもよいし、または一定であってもよく、全体の減衰を制限しながら光の均一な散乱を提供するのに充分な質量パーセントであってよい。散乱材料の粒子の密度は、０．５質量％を超えていてよい。例えば、散乱材料の粒子の密度は、１．０質量％を超えていてよく、または１．２５質量％を超えていてよく、または１．５質量％を超えていてよく、または２．０質量％を超えていてよく、または２．５質量％を超えていてよく、または３．０質量％を超えていてよく、または３．５質量％を超えていてよく、またはさらには４．０質量％を超えていてよい。散乱材料の粒子の密度は、０．５質量％～１０質量％、または１．０質量％～１０質量％、または１．２５質量％～７．５質量％、または１．２５質量％～６．０質量％、または１．５質量％～１０質量％、または１．５質量％～７．５質量％、または１．５質量％～６．０質量％、または２．０質量％～１０質量％、または２．０質量％～７．５質量％、またはさらには２．０質量％～６．０質量％であってよい。また、散乱材料は、ナノサイズもしくはマイクロサイズの粒子、またはガス気泡のような低屈折率の空隙を含んでいてもよい。

コーティング層３６は、概して、層３４の外半径から延在している。コーティング層３６の半径方向の厚さは、１５０μｍ～４５０μｍ、より具体的には２００μｍ～４００μｍである。特定の実施形態では、層３６は、２００μｍの厚さを有し、５容量％～１０容量％の赤色蛍光体と、１．３質量％のＴｉＯ_２とを有する。具体的な試験例において、出願人は、このようなＬＤＦファイバの４５０ｎｍポンプでの全体的な発光効率が約１８５ｌｍ／Ｗであり、４０５ｎｍの場合、約１８８ｌｍ／Ｗであることを見出している。

コーティング層３６は、散乱材料および発光団の両方を含むので、コア部分３０から放射状に放出される光の分布および／または性質を増強し、コア部分３０から放射状に放出される光をより長い波長（longer wavelength）の光に変換する。任意の特定の理論によって制限されることを望むものではないが、散乱材料および発光団の両方を同じコーティング層に含むことは、コーティングの厚さに依存しない層３６内の入力光の光路長を増大させ、これによりコーティング層の厚さを有意に減少させ、発光団が入力光子を吸収する能力を増大させることができると考えられている。

図１に関して上述したように、有色の出力光１８は、４０５ｎｍ、４５０ｎｍまたは４５５ｎｍのピーク波長で光を放出する光源のようなより高いエネルギ（より短い波長（lower wavelength））の光源とＬＤＦ１４とを結合することによって、本開示にしたがって、ポリマーコーティング層３６を有するＬＤＦ１４から放出されうる。概して、光源は、約３５０ｎｍ～約５５０ｎｍ、より具体的には約４００ｎｍ～約４６０ｎｍのピーク波長を有する光を放出するように構成することができる。光源は、例えばダイオードレーザであってよい。光源からの光は、コア部分３０から放出され、ＬＤＦ１４から放出された光の波長が所定の色に対応するように、発光団を蛍光または燐光させる。発光団が蛍光材料または燐光材料の混合物を含む場合、混合物は、ＬＤＦ１４から放出される光の波長が所定の色に対応するように改質し、制御することができる。

本明細書に記載のファイバは、種々の技術を利用して形成することができる。例えば、コア３０は、ガラスファイバに空隙または粒子を組み込む任意の数の方法で製造可能である。例えば、空隙を有する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、米国特許出願公開第２００７／０１０４４３７号明細書に記載されており、これは全体として参照により本明細書に援用される。さらなる空隙を形成する方法は、例えば、米国特許出願公開第２０１１／０１２２６４６号明細書、米国特許出願公開第２０１２／０２７５１８０号明細書、および米国特許出願公開第２０１３／００８８８８８号明細書に見出すことができ、これらは全体として参照により本明細書に援用される。

上述したように、上記の光拡散素子は、光拡散ファイバである。本明細書で使用しているように、「光拡散型ファイバ」（ＬＤＦ）なる語は、ファイバの側面から出る光を散乱または拡散させるために利用されるナノサイズ構造を採用した、光ファイバなどの可撓性光導波路を指し、光は、導波路のコアから離れて導波路の外面を通って導かれ、照明を形成する。請求している主題の基礎となる基本方式に関連する概念は、米国特許出願公開第２０１１／０１２２６４６号明細書に開示されており、これは全体として参照により本明細書に援用される。

本明細書で使用しているように、「ナノ構造ファイバ領域」なる語は、多数のガス充填空隙、または他のナノサイズ構造を有するファイバの領域もしくはエリアを記述する。当該領域またはエリアは、例えば、ファイバの断面に５０個超の空隙を有していてよく、または１００個超の空隙を有していてよく、またはさらには２００個超の空隙を有していてよい。ガス充填空隙は、例えば、ＳＯ_２、Ｋｒ、Ａｒ、ＣＯ_２、Ｎ_２、Ｏ_２、またはこれらの混合物を含んでいてよい。本明細書に記載のナノサイズ構造（例えば、空隙）の断面サイズ（例えば、直径）は、約１０ｎｍ～約１．０μｍ（例えば、約５０ｎｍ～約５００ｎｍ）で変化してよく、長さは、約１．０ｍｍ～約５０ｍ（例えば、約２．０ｍｍ～約５．０ｍ、または約５．０ｍｍ～約１．０ｍ）で変化してよい。

説明しているＬＤＦは、良好な角度散乱特性（光がファイバの軸線から離れて均一に散逸する）と、ファイバの屈曲部での輝点を避けるための良好な屈曲性能を有している。本明細書に記載された少なくとも幾つかの実施形態の望ましい属性は、ファイバ長に沿った均一で高い照明である。光ファイバは可撓性であるため、多様な形状の展開が可能となる。本明細書に記載のＬＤＦは、ファイバの屈曲点での（高い屈曲損失に起因する）輝点をなくすことができ、このため、ファイバによって形成される照明が約４０％を超えて変化しない。ファイバによって形成される照明のばらつきは、約３０％未満、または約２０％未満、またはさらには約１０％未満となりうる。例えば、少なくとも幾つかの実施形態では、ファイバの平均散乱損失は約５０ｄＢ／ｋｍ超であり、約０．２ｍの長さを有する任意の所与のファイバセグメントにわたって、散乱損失は約４０％を超えては変化しない（すなわち、散乱損失は平均散乱損失の±４０％以内である）。約０．０５ｍ未満の長さを有するファイバセグメントにわたって、散乱損失が約４０％未満で変化するとき、ファイバの平均散乱損失は約５０ｄＢ／ｋｍ超となりうる。約０．０１ｍの長さを有するファイバセグメントにわたって、散乱損失が約４０％未満で変化するとき、ファイバの平均散乱損失は約５０ｄＢ／ｋｍ超となりうる。また、約０．０１ｍの長さを有するファイバセグメントにわたって、散乱損失が約３０％未満、２０％未満、またはさらには約１０％未満で変化するとき、ファイバの平均散乱損失は約５０ｄＢ／ｋｍ超となりうる。

本開示の実施形態によれば、照明波長でファイバの側面を通って拡散される積分光強度の強度変化は、目標ファイバ長に対して約４０％未満であり、これは、例えば約０．０２ｍ～約１００ｍでありうる。本明細書に記載の光拡散ファイバは、全ファイバ長に沿った均一な照明を形成することができ、または全ファイバ長よりも小さいファイバセグメントに沿った均一な照明を形成することができる。本明細書で使用しているように、「均一な照明」なる語は、光拡散ファイバから放出される光の強度が所定の長さにわたって２５％を超えて変化しないことを意味する。

本明細書に記載のＬＤＦ設計は、ファイバのコアエリアに配置された、またはコアに非常に近いナノ構造化ファイバ領域（ナノサイズ構造を有する領域）を含む。ＬＤＦは、約５０ｄＢ／ｋｍ超の散乱損失、例えば、約１００ｄＢ／ｋｍ超の散乱損失、約２００ｄＢ／ｋｍ超の散乱損失、約３００ｄＢ／ｋｍ超の散乱損失、約３２５ｄＢ／ｋｍ超の散乱損失、約５００ｄＢ／ｋｍ超の散乱損失、約１０００ｄＢ／ｋｍ超の散乱損失、約３０００ｄＢ／ｋｍ超の散乱損失、またはさらには約５０００ｄＢ／ｋｍ超の散乱損失を有する。散乱損失、ひいては照明、またはファイバによって放射される光は、角度空間において均一である。

ファイバ内の屈曲部における輝点を低減または除去するためには、屈曲直径が約５０ｍｍ未満の場合、ファイバ内の９０°屈曲部における減衰量の増分が約５．０ｄＢ／ターン未満、例えば約３．０ｄＢ／ターン未満、約２．０ｄＢ／ターン未満、またはさらには約１．０ｄＢ／ターン未満であることが望ましい。例示的な実施形態では、これらの低い屈曲損失は、さらに小さい屈曲直径、例えば、約２０ｍｍ未満、約１０ｍｍ未満、またはさらには約５．０ｍｍ未満の屈曲直径で達成される。減衰量の全増分は、約５．０ｍｍの屈曲半径で９０度ターン当たり約ｌ．０ｄＢ未満であってよい。

屈曲損失は、直線状ファイバのコアからの真性散乱損失と等しいかまたはそれ以下である。真性散乱は、主にナノサイズ構造からの散乱によるものである。このように、少なくとも光ファイバの屈曲に影響されない実施形態によれば、屈曲損失は、ファイバの真性散乱を超えることはない。しかし、散乱レベルは屈曲直径の関数であるため、ファイバの屈曲展開は散乱レベルに依存する。例えば、ファイバは、約３．０ｄＢ／ターン未満、またはさらには約２．０ｄＢ／ターン未満の屈曲損失を有していてよく、ファイバは、輝点を形成することなく、約５．０ｍｍのような小さな半径を有する円弧状に屈曲可能である。

本開示は、主に色変換光拡散ファイバに関するが、他の実施形態では、照明システム１０は、本明細書で説明した色変換材料および他の構造を利用した他のタイプの光拡散素子を利用することができる。例えば、照明システム１０の光拡散素子は、ＬＥＤ、エレクトロルミネセンスワイヤ、種々の特性を有する光拡散型光ファイバもしくは側方発光型光ファイバ、または光を自身から外部へ放出する装置であってよい。このような実施形態では、光拡散素子は、色変換発光団を含む１つ以上の構造または層を含む。

例えば、光拡散素子が側方発光型光ファイバである実施形態では、側方発光型光ファイバは、プラスチック製コアまたはガラス製コアと、コアを取り囲みかつコアと直接に接触するクラッドとを含むことができ、クラッドは、コアの材料よりも低い屈折率を有する材料から形成される。例えば、ファイバは、ポリ（メチルメタクリレート）（ＰＭＭＡ）から形成されたコアと、フッ素化ポリマーから形成されたクラッドとを含むことができる。同様に、ファイバは、ガラス製コアと、フッ素化ポリマーから形成されたクラッドとを含んでいてもよい。ファイバはまた、ガラス製コアおよびガラス製クラッドを含んでいてよく、コアガラスおよびクラッドガラスのうちの少なくとも一方の屈折率は、クラッドがコアよりも低い屈折率を有するように改質される。側方発光型光ファイバには、散乱欠陥も含まれる。コア領域は、製造時に小さな屈折性光散乱粒子および／または反射性光散乱粒子でドープすることができる。代替的に、コアの表面は、コアから光を散乱させる表面特徴部（「欠陥」）を有するように改質または処理することができる。発光面欠陥の幾つかの例としては、セレーション、ノッチ、傷、テクスチャ、粗さ、波形、エッチング、摩耗などが挙げられる。全ファイバ長が側方発光特性を有するように改質もしくは処理することができ、またはファイバの一部分のみ、例えばファイバ長に沿った部分もしくはファイバ周に沿った部分のみまたはその両方を改質または処理することができる。

本開示の態様（１）は、光源に光学的に結合され、前記光源から受信した入力光に応答して出力光を生成するように構成された光拡散型光ファイバであって、コアと、前記コアを取り囲む散乱層と、前記散乱層を取り囲む光変換層であって、ポリマー母材および前記ポリマー母材内の発光団を含む、光変換層と、を備え、前記発光団が、入力光の吸収に応答して光を放出するように構成されており、当該放出光が、５８０ｎｍ～６８０ｎｍのピーク波長を有し、ＣＩＥ１９３１ｘ，ｙ色度空間によって測定された前記出力光の色には、０．５５～０．７５のｘ、０．１５～０．４のｙが含まれる、光拡散型光ファイバに関する。

態様（２）は、前記放出光が、６００ｎｍ～６４０ｎｍのピーク波長を有し、前記ＣＩＥ１９３１ｘ，ｙ色度空間によって測定された前記出力光の色には、０．６～０．７３のｘ、０．２５～０．３５のｙが含まれる、態様（１）記載の光拡散型光ファイバに関する。

態様（３）は、前記光変換層が、１５０μｍ～４５０μｍの半径方向の厚さを有する、態様（１）または態様（２）記載の光拡散型光ファイバに関する。

態様（４）は、前記光変換層が、２００μｍ～４００μｍの半径方向の厚さを有する、態様（１）または態様（２）記載の光拡散型光ファイバに関する。

態様（５）は、前記発光団が、窒化物蛍光体材料である、態様（１）から（４）までのいずれか１つ記載の光拡散型光ファイバに関する。

態様（６）は、前記光変換層が、２．５容量％～１５容量％の発光団を含む、態様（１）から（５）までのいずれか１つ記載の光拡散型光ファイバに関する。

態様（７）は、前記光変換層が、５～１０容量％の発光団を含む、態様（１）から（５）までのいずれか１つ記載の光拡散型光ファイバに関する。

態様（８）は、前記光変換層が、前記ポリマー母材内に分散した散乱材料を含む、態様（１）から（７）までのいずれか１つ記載の光拡散型光ファイバに関する。

態様（９）は、前記光変換層の前記散乱材料が、前記ポリマー母材内の複数の粒子を含む、態様（８）記載の光拡散型光ファイバに関する。

態様（１０）は、前記粒子が、ＴｉＯ_２、ＺｎＯ、ＳｉＯ_２、ＢａＳ、ＭｇＯ、Ａｌ_２Ｏ_３、およびＺｒのうちの少なくとも１つを含む、態様（９）記載の光拡散型光ファイバに関する。

態様（１１）は、前記粒子が、ＴｉＯ_２の粒子を含む、態様（１０）記載の光拡散型光ファイバに関する。

態様（１２）は、前記散乱層が、ポリマー母材と、前記散乱層の前記ポリマー母材内に埋め込まれた散乱粒子と、を含み、前記散乱層の前記ポリマー母材が、前記光変換層の前記ポリマー母材のポリマー材料とは異なるポリマー材料から形成されている、態様（１）から（１１）までのいずれか１つ記載の光拡散型光ファイバに関する。

本開示の態様（１３）は、光拡散装置であって、シリカ系ガラスから形成されたコアと、前記コアを取り囲む散乱層と、前記散乱層を取り囲む光変換層であって、ポリマー母材および発光団を含む、光変換層と、を備え、前記発光団が、入力光の吸収に応答して光を放出するように構成されており、前記光変換層の半径方向の厚さが、１５０μｍ～４５０μｍであり、前記光変換層が、２．５％～１５％の発光団を含む、光拡散装置に関する。

態様（１４）は、前記光拡散装置が、光源に光学的に結合され、前記光源から受信した入力光に応答して出力光を生成するように構成されており、前記放出光が、６００ｎｍ～６４０ｎｍのピーク波長を有し、ＣＩＥ１９３１ｘ，ｙ色度空間によって測定された前記出力光の色には、０．６～０．７３のｘ、０．２５～０．３５のｙが含まれる、態様（１３）記載の光拡散装置に関する。

態様（１５）は、前記光変換層が、２００μｍ～４００μｍの厚さを有する、態様（１３）または態様（１４）記載の光拡散装置に関する。

態様（１６）は、前記発光団が、窒化物蛍光体材料である、態様（１３）から（１５）までのいずれか１つ記載の光拡散装置に関する。

態様（１７）は、前記光変換層が、５～１０容量％の発光団を含む、態様（１３）から（１６）までのいずれか１つ記載の光拡散装置に関する。

態様（１８）は、前記光変換層が、前記ポリマー母材内に分散した散乱材料を含む、態様（１３）から（１７）までのいずれか１つ記載の光拡散装置に関する。

態様（１９）は、前記光変換層の前記散乱材料が、前記ポリマー母材内の複数の粒子を含む、態様（１８）記載の光拡散装置に関する。

態様（２０）は、前記粒子が、ＴｉＯ_２、ＺｎＯ、ＳｉＯ_２、ＢａＳ、ＭｇＯ、Ａｌ_２Ｏ_３、およびＺｒのうちの少なくとも１つの粒子を含む、態様（１９）記載の光拡散装置に関する。

態様（２１）は、前記粒子が、ＴｉＯ_２の粒子を含む、態様（１９）記載の光拡散装置に関する。

態様（２２）は、前記散乱層が、ポリマー母材と、前記散乱層の前記ポリマー母材内に埋め込まれた散乱粒子と、を含み、前記散乱層の前記ポリマー母材が、前記光変換層の前記ポリマー母材のポリマー材料とは異なるポリマー材料から形成されている、態様（１３）から（２１）までのいずれか１つ記載の光拡散装置に関する。

本開示の態様（２３）は、照明システムであって、５００ｎｍ未満のピーク波長を有する入力光を発生する光源と、前記光源に光学的に結合された、態様（１）から（１２）までのいずれか１つ記載の光拡散型光ファイバまたは態様（１３）から（２２）までのいずれか１つ記載の光拡散装置とを含む、照明システムに関する。

本開示の態様（２４）は、照明システムであって、５００ｎｍ未満のピーク波長を有する入力光を生成する光源と、前記入力光に応答して出力光を生成する光拡散型光ファイバであって、シリカ系ガラスから形成されたコア、前記コアを取り囲む散乱層、ならびに前記散乱層を取り囲み、ポリマー母材および発光団を含む光変換層を含む、光拡散型光ファイバと、を備え、前記光拡散型光ファイバは、前記光源によって生成された入力光が前記光変換層に搬送されるように、前記光源に光学的に結合されており、前記発光団が、前記入力光の吸収に応答して光を放出するように構成されており、当該放出光が、前記入力光のピーク波長よりも大きいピーク波長を有し、ＣＩＥ１９３１ｘ，ｙ色度空間によって測定された前記出力光の色には、０．５５～０．７５のｘ、０．１５～０．４のｙが含まれる、照明システムに関する。

態様（２５）は、前記放出光が、６００ｎｍ～６４０ｎｍのピーク波長を有し、ＣＩＥ１９３１ｘ，ｙ色度空間によって測定された前記出力光の色には、０．６～０．７３のｘ、０．２５～０．３５のｙが含まれる、態様（２４）記載の照明システムに関する。

態様（２６）は、前記光変換層が、１５０μｍ～４５０μｍの半径方向の厚さを有する、態様（２４）または態様（２５）記載の照明システムに関する。

態様（２７）は、前記光変換層が、２００μｍ～４００μｍの半径方向の厚さを有する、態様（２４）から（２６）までのいずれか１つ記載の照明システムに関する。

態様（２８）は、前記発光団が、窒化物蛍光体材料である、態様（２４）から（２７）までのいずれか１つ記載の照明システムに関する。

態様（２９）は、前記光変換層が、２．５容量％～１５容量％の発光団を含む、態様（２４）から（２８）までのいずれか１つ記載の照明システムに関する。

態様（３０）は、前記光変換層が、５～１０容量％の発光団を含む、態様（２４）から（２８）までのいずれか１つ記載の照明システムに関する。

態様（３１）は、前記光変換層が、前記ポリマー母材内に分散した散乱材料を含む、態様（２４）から（３０）までのいずれか１つ記載の照明システムに関する。

態様（３２）は、前記光変換層の前記散乱材料が、前記ポリマー母材内の複数の粒子を含む、態様（３１）記載の照明システムに関する。

態様（３３）は、前記粒子が、ＴｉＯ_２、ＺｎＯ、ＳｉＯ_２、ＢａＳ、ＭｇＯ、Ａｌ_２Ｏ_３およびＺｒのうちの少なくとも１つの粒子を含む、態様（３２）記載の照明システムに関する。

態様（３４）は、前記光源によって生成された前記入力光のピーク波長が、４４０ｎｍ～４６０ｎｍであり、前記散乱材料が、ＴｉＯ_２の粒子を含む、態様（３１）記載の照明システムに関する。

態様（３５）は、前記光源によって生成された前記入力光のピーク波長が、４００ｎｍ～４１０ｎｍであり、前記散乱材料が、ＳｉＯ_２の粒子およびＺｒの粒子からなる群から選択される、態様（３１）記載の照明システムに関する。

態様（３６）は、前記散乱層が、ポリマー母材と、前記散乱層の前記ポリマー母材内に埋め込まれた散乱粒子と、を含み、前記散乱層の前記ポリマー母材が、前記光変換層の前記ポリマー母材のポリマー材料とは異なるポリマー材料から形成されている、態様（２４）から（３５）までのいずれか１つ記載の照明システムに関する。

別段の明示がない限り、本明細書に記載した方法は、そのステップが特定の順序で実行されることを要求するものとして解釈されることを意図するものではない。したがって、方法の請求項がその各ステップのしたがうべき順序を実際に記載していない場合、または各ステップが特定の順序に限定されることが特許請求の範囲または明細書に別段明記されていない場合、いかなる特定の順序の推論も意図するものではない。また、本明細書で使用しているように、冠詞「ａ」は、１つ以上の構成要素または要素を含むことを意図しており、１つのみを意味するものと解釈されることは意図されていない。

開示した実施形態の精神または範囲から逸脱することなく、種々の修正形態および変形形態が行われうることは、当業者には明らかであろう。実施形態の精神および実態を組み込んだ、開示した実施形態の修正、組み合わせ、部分的な組み合わせおよび変形が当業者に生じうるので、開示した実施形態は、添付の特許請求の範囲およびその等価物の範囲内の全て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
光源に光学的に結合され、前記光源から受信した入力光に応答して出力光を生成するように構成された光拡散型光ファイバであって、
コアと、
前記コアを取り囲む散乱層と、
前記散乱層を取り囲む光変換層であって、ポリマー母材および前記ポリマー母材内の発光団を含む、光変換層と、
を備え、
前記発光団が、入力光の吸収に応答して光を放出するように構成されており、該放出光が、５８０ｎｍ～６８０ｎｍのピーク波長を有し、
ＣＩＥ１９３１ｘ，ｙ色度空間によって測定された前記出力光の色には、０．５５～０．７５のｘ、０．１５～０．４のｙが含まれる、光拡散型光ファイバ。

実施形態２
前記放出光が、６００ｎｍ～６４０ｎｍのピーク波長を有し、前記ＣＩＥ１９３１ｘ，ｙ色度空間によって測定された前記出力光の色には、０．６～０．７３のｘ、０．２５～０．３５のｙが含まれる、実施形態１記載の光拡散型光ファイバ。

実施形態３
前記光変換層が、１５０μｍ～４５０μｍの半径方向の厚さを有する、実施形態１または２記載の光拡散型光ファイバ。

実施形態４
前記光変換層が、２００μｍ～４００μｍの半径方向の厚さを有する、実施形態１または２記載の光拡散型光ファイバ。

実施形態５
前記発光団が、窒化物蛍光体材料である、実施形態１から４までのいずれか１つ記載の光拡散型光ファイバ。

実施形態６
前記光変換層が、２．５容量％～１５容量％の発光団を含む、実施形態１から５までのいずれか１つ記載の光拡散型光ファイバ。

実施形態７
前記光変換層が、前記ポリマー母材内に分散した散乱材料を含む、実施形態１から６までのいずれか１つ記載の光拡散型光ファイバ。

実施形態８
前記光変換層の前記散乱材料が、前記ポリマー母材内の複数の粒子を含む、実施形態７記載の光拡散型光ファイバ。

実施形態９
前記粒子が、ＴｉＯ_２、ＺｎＯ、ＳｉＯ_２、ＢａＳ、ＭｇＯ、Ａｌ_２Ｏ_３、およびＺｒのうちの少なくとも１つを含む、実施形態８記載の光拡散型光ファイバ。

実施形態１０
前記粒子が、ＴｉＯ_２の粒子を含む、実施形態９記載の光拡散型光ファイバ。

実施形態１１
前記散乱層が、ポリマー母材と、前記散乱層の前記ポリマー母材内に埋め込まれた散乱粒子と、を含み、前記散乱層の前記ポリマー母材が、前記光変換層の前記ポリマー母材のポリマー材料とは異なるポリマー材料から形成されている、実施形態１から１０までのいずれか１つ記載の光拡散型光ファイバ。

実施形態１２
光拡散装置であって、
シリカ系ガラスから形成されたコアと、
前記コアを取り囲む散乱層と、
前記散乱層を取り囲む光変換層であって、ポリマー母材および発光団を含む、光変換層と、
を備え、
前記発光団が、入力光の吸収に応答して光を放出するように構成されており、
前記光変換層の半径方向の厚さが、１５０μｍ～４５０μｍであり、
前記光変換層が、２．５％～１５％の発光団を含む、光拡散装置。

実施形態１３
前記光拡散装置は、光源に光学的に結合され、前記光源から受信した入力光に応答して出力光を生成するように構成されており、前記放出光が、６００ｎｍ～６４０ｎｍのピーク波長を有し、ＣＩＥ１９３１ｘ，ｙ色度空間によって測定された前記出力光の色には、０．６～０．７３のｘ、０．２５～０．３５のｙが含まれる、実施形態１２記載の光拡散装置。

実施形態１４
前記光変換層が、２００μｍ～４００μｍの厚さを有する、実施形態１２または１３記載の光拡散装置。

実施形態１５
前記発光団が、窒化物蛍光体材料である、実施形態１２から１４までのいずれか１つ記載の光拡散装置。

実施形態１６
前記光変換層が、５～１０容量％の発光団を含む、実施形態１２から１５までのいずれか１つ記載の光拡散装置。

実施形態１７
前記光変換層が、前記ポリマー母材内に分散した散乱材料を含む、実施形態１２から１６までのいずれか１つ記載の光拡散装置。

実施形態１８
前記光変換層の前記散乱材料が、前記ポリマー母材内の複数の粒子を含む、実施形態１７記載の光拡散装置。

実施形態１９
前記粒子が、ＴｉＯ_２、ＺｎＯ、ＳｉＯ_２、ＢａＳ、ＭｇＯ、Ａｌ_２Ｏ_３、およびＺｒのうちの少なくとも１つの粒子を含む、実施形態１８記載の光拡散装置。

実施形態２０
前記散乱層が、ポリマー母材と、前記散乱層の前記ポリマー母材内に埋め込まれた散乱粒子と、を含み、前記散乱層の前記ポリマー母材が、前記光変換層の前記ポリマー母材のポリマー材料とは異なるポリマー材料から形成されている、実施形態１２から１９までのいずれか１つ記載の光拡散装置。

実施形態２１
照明システムであって、
５００ｎｍ未満のピーク波長を有する入力光を生成する光源と、
前記光源に光学的に結合されている、実施形態１から１１までのいずれか１つ記載の光拡散型光ファイバまたは実施形態１２から２０までのいずれか１つ記載の光拡散装置と、
を備える、照明システム。

実施形態２２
照明システムであって、
５００ｎｍ未満のピーク波長を有する入力光を生成する光源と、
前記入力光に応答して出力光を生成する光拡散型光ファイバであって、
シリカ系ガラスから形成されたコア、
前記コアを取り囲む散乱層、ならびに
前記散乱層を取り囲み、ポリマー母材および発光団を含む光変換層
を含む、光拡散型光ファイバと、
を備え、
前記光拡散型光ファイバは、前記光源によって生成された入力光が前記光変換層に搬送されるように、前記光源に光学的に結合されており、
前記発光団が、前記入力光の吸収に応答して光を放出するように構成されており、該放出光が、前記入力光のピーク波長よりも大きいピーク波長を有し、
ＣＩＥ１９３１ｘ，ｙ色度空間によって測定された前記出力光の色には、０．５５～０．７５のｘ、０．１５～０．４のｙが含まれる、照明システム。

実施形態２３
前記放出光が、６００ｎｍ～６４０ｎｍのピーク波長を有し、ＣＩＥ１９３１ｘ，ｙ色度空間によって測定された前記出力光の色には、０．６～０．７３のｘ、０．２５～０．３５のｙが含まれる、実施形態２２記載の照明システム。

実施形態２４
前記光変換層が、１５０μｍ～４５０μｍの半径方向の厚さを有する、実施形態２２または２３記載の照明システム。

実施形態２５
前記発光団が、窒化物蛍光体材料である、実施形態２２から２４までのいずれか１つ記載の照明システム。

実施形態２６
前記光変換層が、２．５容量％～１５容量％の発光団を含む、実施形態２２から２５までのいずれか１つ記載の照明システム。

実施形態２７
前記光変換層が、前記ポリマー母材内に分散した散乱材料を含む、実施形態２２から２６までのいずれか１つ記載の照明システム。

実施形態２８
前記光変換層の前記散乱材料が、前記ポリマー母材内の複数の粒子を含み、前記粒子が、ＴｉＯ_２、ＺｎＯ、ＳｉＯ_２、ＢａＳ、ＭｇＯ、Ａｌ_２Ｏ_３、およびＺｒのうちの少なくとも１つの粒子を含む、実施形態２７記載の照明システム。

実施形態２９
前記光源によって生成された前記入力光のピーク波長が、４００ｎｍ～４１０ｎｍであり、前記散乱材料が、ＳｉＯ_２の粒子およびＺｒの粒子からなる群から選択される、実施形態２７記載の照明システム。

実施形態３０
前記散乱層が、ポリマー母材と、前記散乱層の前記ポリマー母材内に埋め込まれた散乱粒子と、を含み、前記散乱層の前記ポリマー母材が、前記光変換層の前記ポリマー母材のポリマー材料とは異なるポリマー材料から形成されている、実施形態２２から２９までのいずれか１つ記載の照明システム。

Claims (27)

1. 光源に光学的に結合され、前記光源から受信した入力光に応答して出力光を生成するように構成された光拡散型光ファイバであって、
   シリカ系ガラスから形成されたコアと、
   前記コアを取り囲む散乱層と、
   前記散乱層を取り囲む光変換層であって、ポリマー母材および前記ポリマー母材内の発光団を含む、光変換層と、
   を備え、
   前記散乱層が、ポリマー母材と、前記散乱層の前記ポリマー母材内に埋め込まれた散乱粒子と、を含み、
   前記光変換層の前記ポリマー母材は、ＰＶＣ、ＥＶＡおよびＥＶＡコポリマー、ＰＦＡ、ＥＴＦＥ、ＰＶＤＦ、ＦＥＰなどのフッ素化熱可塑性プラスチック、ポリカーボネート、コポリエステル、ＴＰＥ熱可塑性エラストマーのいずれかから選択され、
   前記散乱層の前記ポリマー母材が、前記光変換層の前記ポリマー母材のポリマー材料とは異なるポリマー材料から形成され、
   前記散乱層は、前記光変換層よりも低い屈折率を有し、
   前記発光団が、入力光の吸収に応答して光を放出するように構成されており、該放出光が、５８０ｎｍ～６８０ｎｍのピーク波長を有し、
   ＣＩＥ１９３１ｘ，ｙ色度空間によって測定された前記出力光の色には、０．５５～０．７５のｘ、０．１５～０．４のｙが含まれる、光拡散型光ファイバ。
2. 前記放出光が、６００ｎｍ～６４０ｎｍのピーク波長を有し、前記ＣＩＥ１９３１ｘ，ｙ色度空間によって測定された前記出力光の色には、０．６～０．７３のｘ、０．２５～０．３５のｙが含まれる、請求項１記載の光拡散型光ファイバ。
3. 前記光変換層が、１５０μｍ～４５０μｍの半径方向の厚さを有する、請求項１または２記載の光拡散型光ファイバ。
4. 前記光変換層が、２００μｍ～４００μｍの半径方向の厚さを有する、請求項１または２記載の光拡散型光ファイバ。
5. 前記発光団が、窒化物蛍光体材料である、請求項１から４までのいずれか１項記載の光拡散型光ファイバ。
6. 前記光変換層が、２．５容量％～１５容量％の発光団を含む、請求項１から５までのいずれか１項記載の光拡散型光ファイバ。
7. 前記光変換層が、前記ポリマー母材内に分散した散乱材料を含む、請求項１から６までのいずれか１項記載の光拡散型光ファイバ。
8. 前記光変換層の前記散乱材料が、前記ポリマー母材内の複数の粒子を含む、請求項７記載の光拡散型光ファイバ。
9. 前記粒子が、ＴｉＯ_２、ＺｎＯ、ＳｉＯ_２、ＢａＳ、ＭｇＯ、Ａｌ_２Ｏ_３、およびＺｒのうちの少なくとも１つを含む、請求項８記載の光拡散型光ファイバ。
10. 前記粒子が、ＴｉＯ_２の粒子を含む、請求項９記載の光拡散型光ファイバ。
11. 長手方向に延在する光拡散装置であって、
    シリカ系ガラスから形成されたコアと、
    半径方向外側に配向されるように前記コアを取り囲む散乱層と、
    半径方向外側に配向されるように前記散乱層を取り囲む光変換層であって、ポリマー母材および発光団を含む、光変換層と、
    を備え、
    前記散乱層が、ポリマー母材と、前記散乱層の前記ポリマー母材内に埋め込まれた散乱粒子と、を含み、
    前記光変換層の前記ポリマー母材は、ＰＶＣ、ＥＶＡおよびＥＶＡコポリマー、ＰＦＡ、ＥＴＦＥ、ＰＶＤＦ、ＦＥＰなどのフッ素化熱可塑性プラスチック、ポリカーボネート、コポリエステル、ＴＰＥ熱可塑性エラストマーのいずれかから選択され、
    前記散乱層の前記ポリマー母材が、前記光変換層の前記ポリマー母材のポリマー材料とは異なるポリマー材料から形成され、
    前記散乱層は、前記光変換層よりも低い屈折率を有し、
    前記発光団が、入力光の吸収に応答して光を放出するように構成されており、
    前記光変換層の半径方向の厚さが、１５０μｍ～４５０μｍであり、
    前記光変換層が、２．５％～１５％の発光団を含む、光拡散装置。
12. 前記光拡散装置が、光源に光学的に結合され、前記光源から受信した入力光に応答して出力光を生成するように構成されており、該放出光が、６００ｎｍ～６４０ｎｍのピーク波長を有し、ＣＩＥ１９３１ｘ，ｙ色度空間によって測定された前記出力光の色には、０．６～０．７３のｘ、０．２５～０．３５のｙが含まれる、請求項１１記載の光拡散装置。
13. 前記光変換層が、２００μｍ～４００μｍの厚さを有する、請求項１１または１２記載の光拡散装置。
14. 前記発光団が、窒化物蛍光体材料である、請求項１１から１３までのいずれか１項記載の光拡散装置。
15. 前記光変換層が、５～１０容量％の発光団を含む、請求項１１から１４までのいずれか１項記載の光拡散装置。
16. 前記光変換層が、前記ポリマー母材内に分散した散乱材料を含む、請求項１１から１５までのいずれか１項記載の光拡散装置。
17. 前記光変換層の前記散乱材料が、前記ポリマー母材内の複数の粒子を含む、請求項１６記載の光拡散装置。
18. 前記粒子が、ＴｉＯ_２、ＺｎＯ、ＳｉＯ_２、ＢａＳ、ＭｇＯ、Ａｌ_２Ｏ_３、およびＺｒのうちの少なくとも１つの粒子を含む、請求項１７記載の光拡散装置。
19. 照明システムであって、
    ５００ｎｍ未満のピーク波長を有する入力光を生成する光源と、
    前記光源に光学的に結合されている、請求項１から１０までのいずれか１項記載の光拡散型光ファイバまたは請求項１１から１８までのいずれか１項記載の光拡散装置と、
    を備える、照明システム。
20. 照明システムであって、
    ５００ｎｍ未満のピーク波長を有する入力光を生成する光源と、
    前記入力光に応答して出力光を生成する光拡散型光ファイバであって、
    シリカ系ガラスから形成されたコア、
    前記コアを取り囲む散乱層、ならびに
    前記散乱層を取り囲み、ポリマー母材および発光団を含む光変換層
    を含む、光拡散型光ファイバと、
    を備え、
    前記散乱層が、ポリマー母材と、前記散乱層の前記ポリマー母材内に埋め込まれた散乱粒子と、を含み、
    前記光変換層の前記ポリマー母材は、ＰＶＣ、ＥＶＡおよびＥＶＡコポリマー、ＰＦＡ、ＥＴＦＥ、ＰＶＤＦ、ＦＥＰなどのフッ素化熱可塑性プラスチック、ポリカーボネート、コポリエステル、ＴＰＥ熱可塑性エラストマーのいずれかから選択され、
    前記散乱層の前記ポリマー母材が、前記光変換層の前記ポリマー母材のポリマー材料とは異なるポリマー材料から形成され、
    前記散乱層は、前記光変換層よりも低い屈折率を有し、
    前記光拡散型光ファイバは、前記光源によって生成された入力光が前記光変換層に搬送されるように、前記光源に光学的に結合されており、
    前記発光団が、前記入力光の吸収に応答して光を放出するように構成されており、前記放出光が、前記入力光のピーク波長よりも大きいピーク波長を有し、
    ＣＩＥ１９３１ｘ，ｙ色度空間によって測定された前記出力光の色には、０．５５～０．７５のｘ、０．１５～０．４のｙが含まれる、照明システム。
21. 前記放出光が、６００ｎｍ～６４０ｎｍのピーク波長を有し、ＣＩＥ１９３１ｘ，ｙ色度空間によって測定された前記出力光の色には、０．６～０．７３のｘ、０．２５～０．３５のｙが含まれる、請求項２０記載の照明システム。
22. 前記光変換層が、１５０μｍ～４５０μｍの半径方向の厚さを有する、請求項２０または２１記載の照明システム。
23. 前記発光団が、窒化物蛍光体材料である、請求項２０から２２までのいずれか１項記載の照明システム。
24. 前記光変換層が、２．５容量％～１５容量％の発光団を含む、請求項２０から２３までのいずれか１項記載の照明システム。
25. 前記光変換層が、前記ポリマー母材内に分散した散乱材料を含む、請求項２０から２４までのいずれか１項記載の照明システム。
26. 前記光変換層の前記散乱材料が、前記ポリマー母材内の複数の粒子を含み、前記粒子が、ＴｉＯ_２、ＺｎＯ、ＳｉＯ_２、ＢａＳ、ＭｇＯ、Ａｌ_２Ｏ_３、およびＺｒのうちの少なくとも１つの粒子を含む、請求項２５記載の照明システム。
27. 前記光源によって生成された前記入力光のピーク波長が、４００ｎｍ～４１０ｎｍであり、前記散乱材料が、ＳｉＯ_２の粒子およびＺｒの粒子からなる群から選択される、請求項２５記載の照明システム。

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