特許 6912711 光ファイバ被覆構造体および発光装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6912711

(24)【登録日】2021年7月13日

(45)【発行日】2021年8月4日

(54)【発明の名称】光ファイバ被覆構造体および発光装置

(51)【国際特許分類】

   G02B 6/00 20060101AFI20210727BHJP

   G02B 6/44 20060101ALI20210727BHJP

   F21S 2/00 20160101ALI20210727BHJP

   F21V 8/00 20060101ALI20210727BHJP

   F21Y 115/30 20160101ALN20210727BHJP

【ＦＩ】

   G02B6/00 326

   G02B6/44 301A

   F21S2/00 230

   F21V8/00 282

   F21Y115:30

【請求項の数】13

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2017-113336(P2017-113336)

(22)【出願日】2017年6月8日

(65)【公開番号】特開2018-205626(P2018-205626A)

(43)【公開日】2018年12月27日

【審査請求日】2020年5月12日

(73)【特許権者】

【識別番号】000226057

【氏名又は名称】日亜化学工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001807

【氏名又は名称】特許業務法人磯野国際特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】小野塚 克之

【審査官】 野口 晃一

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０００−２８８４０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６０−２４７２０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６２−１５４５０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５２−１２１３３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５８−１９６５０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−２１４３４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１３／０３１４９４０（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｂ ６／０２−６／０３６

６／４４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

光ファイバと、前記光ファイバを取り囲む被覆層と、を有し、
前記被覆層は、ガラス繊維が集合したガラス繊維層またはセラミック繊維が集合したセラミック繊維層を有し、
前記ガラス繊維または前記セラミック繊維は、蛍光体を含有する、または、蛍光体および光拡散材を含有する光ファイバ被覆構造体。

【請求項2】

光ファイバと、前記光ファイバを取り囲む被覆層と、を有し、
前記被覆層は、ガラス繊維が集合したガラス繊維層またはセラミック繊維が集合したセラミック繊維層を有し、
前記ガラス繊維または前記セラミック繊維は、光拡散材を含有する光ファイバ被覆構造体。

【請求項3】

光ファイバと、前記光ファイバを取り囲む被覆層と、を有し、
前記被覆層は、ガラス繊維が集合したガラス繊維層またはセラミック繊維が集合したセラミック繊維層を有し、
前記ガラス繊維層または前記セラミック繊維層が、蛍光体を含有した樹脂、または、蛍光体および光拡散材を含有した樹脂に含浸されている光ファイバ被覆構造体。

【請求項4】

前記ガラス繊維層は、前記ガラス繊維を編組した構造である請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の光ファイバ被覆構造体。

【請求項5】

前記ガラス繊維層は、前記ガラス繊維の複数の束を編組した構造である請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の光ファイバ被覆構造体。

【請求項6】

前記光ファイバと、前記被覆層との間に空隙を有する請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の光ファイバ被覆構造体。

【請求項7】

前記光ファイバと、前記被覆層とが密着している請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の光ファイバ被覆構造体。

【請求項8】

前記被覆層は、前記光ファイバを取り囲む第１のガラス繊維層と、前記第１のガラス繊維層を取り囲む第２のガラス繊維層と、を有する請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の光ファイバ被覆構造体。

【請求項9】

前記ガラス繊維が、発光波長の異なる２種以上の蛍光体を含有する請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の光ファイバ被覆構造体。

【請求項10】

前記ガラス繊維の長手方向に垂直な断面が、円形状または異形断面形状である請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の光ファイバ被覆構造体。

【請求項11】

前記被覆層は、隣接する前記ガラス繊維間に隙間を有し、前記光ファイバの長手方向に垂直な断面における前記光ファイバのコアの面積が、前記隙間の面積の２６倍以上２６０万倍以下である請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の光ファイバ被覆構造体。

【請求項12】

前記光ファイバの長手方向に垂直な断面の面積が、前記ガラス繊維の長手方向に垂直な断面の面積の１００倍以上２２５万倍以下である請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の光ファイバ被覆構造体。

【請求項13】

レーザ光源と、
前記レーザ光源から出射された光を伝搬する請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の光ファイバ被覆構造体と、を備える発光装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光ファイバを用いた光ファイバ被覆構造体および発光装置に関する。

【背景技術】

【0002】

光ファイバを用いた発光装置として、種々のものが開発されている。例えば、特許文献１には、クラッドに蛍光体を分散させていない側面漏光式光ファイバのまわりに、蛍光体を分散させた、樹脂からなる線状体が撚り合わされた線状発光体が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第４５２６３３９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、従来の技術においては以下の問題がある。
光ファイバを用いた発光装置は、光ファイバが折れるなどの破損が生じた場合、光ファイバのコアを伝送する高エネルギー密度のレーザ光が、光ファイバの破損部位から光ファイバを透過することなく直接漏れる。そして、この直接漏れたレーザ光が線状体を損傷させ、レーザ光が直接外部に漏れる恐れがある。そのため、光ファイバを用いた光ファイバ被覆構造体および発光装置は、安全性について改善の余地がある。

【0005】

本発明に係る実施形態は、安全性が高い光ファイバ被覆構造体および発光装置を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の実施形態に係る光ファイバ被覆構造体は、光ファイバと、前記光ファイバを取り囲む被覆層と、を有し、前記被覆層は、ガラス繊維が集合したガラス繊維層またはセラミック繊維が集合したセラミック繊維層を有し、前記ガラス繊維または前記セラミック繊維は、蛍光体および光拡散材のうちの１種以上を含有する。

【0007】

本発明の実施形態に係る光ファイバ被覆構造体は、光ファイバと、前記光ファイバを取り囲む被覆層と、を有し、前記被覆層は、ガラス繊維が集合したガラス繊維層またはセラミック繊維が集合したセラミック繊維層を有し、前記ガラス繊維層または前記セラミック繊維層が、蛍光体および光拡散材のうちの１種以上を含有した樹脂に含浸されている。

【0008】

本発明の実施形態に係る発光装置は、レーザ光源と、前記レーザ光源から出射された光を伝搬する前記光ファイバ被覆構造体と、を備える。

【発明の効果】

【0009】

本発明の実施形態に係る光ファイバ被覆構造体および発光装置は、安全性が高い。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1A】実施形態に係る発光装置の構成を示す分解斜視図である。

【図1B】実施形態に係る発光装置の構成を示す断面図であり、図１ＡのＩＢ−ＩＢ線における断面を示す。

【図1C】実施形態に係る光ファイバ被覆構造体の構成を模式的に示す断面図であり、図１ＡのＩＣ−ＩＣ線における断面を示す。

【図2】実施形態に係る発光装置の構成を示す模式図である。

【図3】実施形態に係る光ファイバ被覆構造体における、被覆層の一部を示す模式図である。

【図4A】被覆層に樹脂を用いた場合における、光ファイバが破損した場合のレーザ光の漏れについて説明する模式図である。

【図4B】実施形態に係る光ファイバ被覆構造体における、光ファイバが破損した場合のレーザ光の漏れについて説明する模式図である。

【図5】ガラス繊維に、蛍光体および光拡散材が含有された状態を示す模式図である。

【図6A】他の実施形態に係る光ファイバ被覆構造体の構成を模式的に示す断面図であり、図１ＡのＩＣ−ＩＣ線における断面に相当する断面を示す。

【図6B】ガラス繊維層が、蛍光体および光拡散材を含有した樹脂に含浸された状態を示す模式図である。

【図7A】他の実施形態に係る光ファイバ被覆構造体の構成を模式的に示す断面図であり、図１ＡのＩＣ−ＩＣ線における断面に相当する断面を示す。

【図7B】他の実施形態に係る光ファイバ被覆構造体の構成を模式的に示す断面図であり、図１ＡのＩＣ−ＩＣ線における断面に相当する断面を示す。

【発明を実施するための形態】

【0011】

＜実施形態＞
実施形態を、以下に図面を参照しながら説明する。ただし、以下に示す形態は、本実施形態の技術思想を具現化するための光ファイバ被覆構造体および発光装置を例示するものであって、以下に限定するものではない。また、実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置などは、特定的な記載がない限り、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさ、位置関係などは、説明を明確にするため誇張していることがある。また、以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており詳細説明を適宜省略する。

【0012】

≪発光装置≫
まず、実施形態に係る発光装置について説明する。
図１Ａ〜図１Ｃに示すように、発光装置１００は、レーザ光源１０と、レーザ光源１０から出射された光を伝搬する光ファイバ被覆構造体２０と、光ファイバ被覆構造体２０の先端に設けられた保護部材３０と、を備える。なお、図１Ａでは、光ファイバ１の状態がわかるように、一部を透過させて図示している。

【0013】

発光装置１００は、側面漏光式光ファイバを用いたものである。側面漏光式光ファイバは、レーザ光源１０から出射された光を透過させることで、レーザ光源１０から出射された光を側面から漏光しながら伝搬する光ファイバである。したがって、図２に示すように、発光装置１００は、光ファイバ被覆構造体２０の全周から、後述する被覆層を透過した光１６が放出されて発光する。また、発光装置１００は、細くて柔軟性があり、自在に曲げることができる。そのため、発光装置１００は、容易に任意の形状とすることができ、小型化を図ることができる。

【0014】

（レーザ光源）
レーザ光源１０は、光ファイバ被覆構造体２０の光ファイバ１に、光を出射するものである。レーザ光源１０としては、例えば、ＬＤ（レーザダイオード）を用いることができる。ＬＤを使用することにより、初期駆動特性に優れ、振動やオン・オフ点灯の繰り返しに強く、小型で発光出力の高い照明装置とすることができる。特に、ＬＤは、ＬＥＤ（発光ダイオード）に比較して光密度が高いので、容易に輝度を向上させることができる。

【0015】

レーザ光源１０は１つのみならず２つ以上用いることもできる。レーザ光源１０を複数用いることにより、光量を増加させ、高輝度化することができる。

【0016】

具体的には、レーザ光源１０として青色ＬＤ（ピーク波長４３０〜４８０ｎｍ）を用いることができる。この場合、青色ＬＤの他に（蛍光体を励起しない）赤色ＬＤ（ピーク波長６２０〜７００ｎｍ）を用いることもできる。これにより、赤色成分を補うことができるので、演色性が高く、色再現性に富む照明装置を提供することができる。

【0017】

（保護部材）
保護部材３０は、光ファイバ被覆構造体２０の先端を保護するとともに、光ファイバ先端からのレーザ光を遮光する部材であり、また、光ファイバ被覆構造体２０の先端を閉口させる部材である。保護部材３０としては、例えば、アルミニウム、銀、銅、鉄などの金属または、これらの合金、あるいは耐熱性に優れたセラミックなどを用いることができる。なお、保護部材３０を用いずに、後述する被覆層２により、光ファイバ被覆構造体２０の先端を閉口させてもよい。

【0018】

≪光ファイバ被覆構造体≫
次に、実施形態に係る光ファイバ被覆構造体２０について説明する。
図１Ａ〜図１Ｃに示すように、光ファイバ被覆構造体２０は、光ファイバ１と、被覆層２と、を有する。

【0019】

（光ファイバ）
光ファイバ１は、レーザ光源１０から出射された光を伝搬し、外部へ放出するためのものである。
光ファイバ１は、断面の中心部（コア）と、コアを取り囲む周辺部（クラッド）と、を有する。光ファイバ１は、石英ガラスやプラスチックを材料とし、コアの屈折率をクラッドの屈折率より高くすることで、光を減衰させることなく送ることができる。

【0020】

コアの直径は、５０μｍ以上４００μｍ以下とすることが好ましい。コアの直径を５０μｍ以上とすることで、レーザ光源１０からの光を効率よく取りこむことができる。また、コアの直径を４００μｍ以下とすることで、湾曲性に富むため設計の自由度を持たせることができる。

【0021】

光ファイバ１の長さは、用途によって変更することができる。光ファイバ１の長さは、０．５ｍ以上とすることが好ましい。光ファイバ１の長さを０．５ｍ以上とすることで、光ファイバ１によって照射できる範囲を広くし易くなる。なお、長い光ファイバを用いることで、細くて柔軟性があり、かつ長い線状照明が可能となるため、光ファイバ１の長さは長いほうが好ましい。ただし、経済性などの観点から、上限は、例えば、１００ｍとすればよい。

【0022】

（被覆層）
被覆層２は、光ファイバ１を取り囲み、光ファイバ１を被覆する部材である。被覆層２は、ガラス繊維１１が集合したガラス繊維層を有する。
ガラス繊維層は、ガラス繊維１１を編組した構造を有しており、具体的には、図３に示すように、ガラス繊維１１の複数の束１２を編組した構造を有している。編組した構造とは、ガラス繊維１１を細かく組み合わせて編んだ構造をいう。例えば、組紐状の構造が挙げられる。

【0023】

図４Ａ、図４Ｂに示すように、光ファイバ１を伝搬する光は、光ファイバ１を透過し、さらに、被覆層４０，２を透過して外部に放出される。この光ファイバ１を透過した光１５および被覆層４０，２を透過した光１６は、低エネルギー密度となる。

【0024】

図４Ａに示すように、樹脂からなる被覆層４０を用いると、例えば、光ファイバ１の破損部位からレーザ光１７が光ファイバ１を透過することなく直接漏れた場合、この光ファイバ１から直接漏れたレーザ光１７は、狭角光であり、高エネルギー密度であることから、レーザ光１７が樹脂を損傷させる恐れがある。そのため、被覆層４０の損傷部位から、レーザ光１７が直接外部に漏れる恐れがある。特に近年においては、レーザ光の出力を高めたレーザ光源１０が用いられることから、光ファイバ１の破損部位から漏れたレーザ光１７により、樹脂が損傷し、高エネルギー密度のレーザ光１７が直接外部に漏れる恐れが高い。また、レーザ光１７が直接外部に漏れない場合でも、光ファイバ１の破損部位から漏れたレーザ光１７が樹脂を透過する場合、樹脂を透過した光はエネルギー密度が高くなり易い。

【0025】

これに対し、図４Ｂに示すように、被覆層２がガラス繊維層を有していると、光ファイバ１の破損部位から漏れたレーザ光１７は、被覆層２を損傷させることなく被覆層２を透過することで、低エネルギー密度の光１８となって外部に放出される。
ガラス繊維１１は、軟化温度が約７００℃以上であり、樹脂よりも耐熱温度が高く、耐熱特性に優れるとともに、難燃性である。そのため、光ファイバ１の破損部位から漏れたレーザ光１７に対する耐性が高い。したがって、被覆層２をガラス繊維層とすることで、安全性を向上させることができるとともに、レーザ光源１０としてハイパワーレーザを使用することが可能であり、輝度を向上させることができる。
また、光ファイバ１の破損部位から漏れたレーザ光１７は、ガラス繊維層内で屈折反射を繰り返し、拡散した状態で外部に放出される。そのため、ガラス繊維層を透過した光１８は、低エネルギー密度となり、安全性が向上する。
また、ガラス繊維１１を用いることで、光ファイバ被覆構造体２０の柔軟性を確保することができる。

【0026】

ガラス繊維１１の編み方は特に限定されるものではなく、光が直接漏れる隙間ができないようにガラス繊維層を形成すればよい。ガラス繊維１１の編み方としては、例えば、斜め編み、Ｖ字編み、三つ編み、四つ編み、平編みなどが挙げられる。
ただし、例えば、ガラス繊維１１の編み目の部分（隣接するガラス繊維１１間）に微小な隙間が生じ、この微小な隙間からわずかに光が漏れる場合がある。しかしながら、この微小な隙間から漏れた光のエネルギーが安全上問題ないレベルになるようにガラス繊維層を構成すればよい。

【0027】

具体的には次のとおりである。光ファイバの破損部位から漏れた光の全エネルギーに対する、隙間から直接漏れる光のエネルギー（漏れ分エネルギー）は、以下の式で表される。
「漏れ分エネルギー＝コアを伝搬するエネルギー×隙間の総面積÷コアの長手方向に垂直な断面の面積」
ここで、隙間の総面積とは、光ファイバ１の破損部位から出力された光がガラス繊維１１に照射されるエリア内に存在し、かつ、被覆層２の内側空間から外側空間へ直接つながる隙間の総面積をいう。
よって、「隙間の面積＜コアの長手方向に垂直な断面の面積」とすることで、隙間の影響を低減することが可能である。したがって、隙間が生じる場合は、上記事項を考慮して、隙間から漏れる光が安全上問題ないレベルの低密度となるように設計すればよい。

【0028】

また、被覆層２が、隣接するガラス繊維１１間に隙間（内側空間から外側空間へ直接つながる隙間）を有する場合、光ファイバ１の長手方向に垂直な断面における光ファイバ１のコアの面積（光ファイバ１のコアの断面積）が、ガラス繊維１１間の隙間の面積の２６倍以上２６０万倍以下であることが好ましい。
光ファイバ１のコアの断面積が、ガラス繊維１１間の隙間の面積の２６倍以上であれば、隙間から光が漏れる場合であっても、この漏れ分エネルギーをより小さくすることができる。なお、隙間から漏れる露光エネルギー量を０．３９ｍＷ以下とする場合、レーザ光の出力が０．０１Ｗ、コアの直径が４００μｍであれば約２６倍となり、レーザ光の出力が１０００Ｗ、コアの直径が５０μｍであれば約２６０万倍となる。

【0029】

光ファイバ１のコアの断面積と、ガラス繊維１１間の隙間の面積との比は、例えば、レーザ製品の安全性に関するＩＥＣ規格６０８２５のクラス１（合理的に予測できる条件下で安全である、裸眼で見ても、光学系を通して見ても、本質的に安全なレベル）に基づき決定することができる。

【0030】

例えば、以下の条件の場合は、ガラス繊維１１間の隙間の面積を、光ファイバ１のコアの断面積の「１／１２８２１」以下とする。
まず、被覆層２の内側空間から外側空間へ直接つながる隙間から漏れるレーザ光の安全上の目安としてＩＥＣ規格６０８２５を基に作成されたＪＩＳ Ｃ６８０２「レーザ製品の安全基準」のクラス１規格（裸眼で見ても、光学系を通して見ても、本質的に安全なレベル）の定義
｛レーザ光波長４００ｎｍ〜７００ｎｍにおいて、露光エネルギー量Ｑ（人の眼底部に届くエネルギー量）０．３９ｍＷ以下｝を用いた。
露光エネルギー量Ｑ＝ρ×Ａ
ρ：レーザ光のエネルギー密度
Ａ：レーザ光の断面積

【0031】

ここで、例えば、
光ファイバ１のコアを伝搬するエネルギー：５Ｗ
光ファイバ１のコア径：１００μｍ
のとき、被覆層２の内側空間から外側空間へ直接つながる隙間がコア径１００μｍよりも大きい場合は、露光エネルギー量は５Ｗとなり、クラス１規格の定義の０．３９ｍＷを大きく超えてしまう。

【0032】

次に、被覆層２の内側空間から外側空間へ直接つながる隙間から漏れるレーザ光がクラス１規格の定義の０．３９ｍＷ以下となる隙間面積を求める。
最も隙間を小さくしなければならない条件は、コアが被覆層２の内壁に接触したときである。クラス１規格の定義の露光エネルギー量０．３９ｍＷ以下を満たす、コアの断面積と、被覆層２の内側空間から外側空間へ直接つながる隙間の面積の比について、
コアを伝搬するエネルギー５Ｗ／０．３９ｍＷ≒１２８２１
となることから、隙間の面積をコアの断面積の「１／１２８２１」以下とする。すなわち、光ファイバ１のコアの断面積が、ガラス繊維１１間の隙間の面積の１２８２１倍以上となる。
また、
コアの断面積＝（１００μｍ／２）^２×π≒７８５４μｍ^２
となる。

【0033】

前記露光エネルギー量以下となる、被覆層２の内側空間から外側空間へ直接つながる隙間の面積は、
コアの断面積７８５４μｍ^２／１２８２０≒０．６１μｍ^２
となることから、０．６１μｍ^２以下とする。

【0034】

また、図３に示すように、ガラス繊維１１の複数の束１２を編組する場合に、束１２と束１２との間に隙間１３が生じる場合がある。しかしながら、隙間１３の下部にガラス繊維１１の束１２が配置されるように、ガラス繊維１１の束１２を２重以上に重ねて被覆層２を形成することで、隙間１３からの光の漏れを防止することができる。

【0035】

ガラス繊維１１としては特に限定されるものではなく、従来公知のガラス繊維１１を用いることができる。例えば、グラスファイバー（長繊維）を用いることができる。

【0036】

ガラス繊維１１は、長手方向に垂直な断面が、円形状であってもよいし、異形断面形状であってもよい。異形断面形状とは、例えば、楕円形、半円形、長方形、多角形、星形、直径が同じである２つの円の一部が重なり合った形状、アルファベットのＣ形、Ｈ形、Ｗ形、菊形やクローバー形などの多葉型形状などの非円形断面が挙げられる。なお、菊形とは、例えば、円周部分を波状にした形状であり、クローバー形とは、例えば、３つまたは４つの円などの一部が回転対称となるように重なり合った形状である。

【0037】

ガラス繊維１１の長手方向に垂直な断面が円形状の場合、ガラス繊維１１の直径は、１μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましい。また、用いる蛍光体や光拡散材の粒径以上であることが好ましい。なお、ガラス繊維１１の直径の下限については、生体安全性を考慮して、６μｍ以上であることがより好ましく、７μｍ以上であることがさらに好ましい。

【0038】

光ファイバ被覆構造体２０は、光ファイバ１の長手方向に垂直な断面の面積（光ファイバ１の断面積）が、ガラス繊維１１の長手方向に垂直な断面の面積（ガラス繊維１１の断面積）の１００倍以上２２５万倍以下であることが好ましい。
光ファイバ１の断面積がガラス繊維１１の断面積の１００倍以上２２５万倍以下であれば、ガラス繊維層を形成し易くなる。

【0039】

図５に示すように、ガラス繊維１１は、蛍光体５０および光拡散材６０を含有する。蛍光体５０および光拡散材６０は、いずれか一方を含有させてもよいし、両方を含有させてもよい。
ガラス繊維１１が蛍光体５０を含有することで、レーザ光源１０からの光によって蛍光体５０が励起され、発光波長範囲を広げることができる。また、ガラス繊維１１が光拡散材６０を含有することで、レーザ光源１０からの光を拡散することができる。

【0040】

また、ガラス繊維１１は、発光波長の異なる２種以上の蛍光体５０を、それぞれ、異なるガラス繊維１１に含有させ、その繊維を編組してもよい。このような構成とすることで、任意の発光を得ることができる。また、１種類の蛍光体５０のみでは成し得ない発光波長を得ることができる。なお、前記形態の他、１本のガラス繊維１１に、発光波長の異なる２種以上の蛍光体５０を含有させてもよい。

【0041】

ガラス繊維１１に蛍光体５０および光拡散材６０のうちの１種以上を含有させる方法としては特に限定されるものではなく、ガラスに蛍光体などを含有させる従来公知の方法を用いればよい。
例えば、ガラス繊維１１の製造の際に、溶融したガラスの素地に蛍光体５０および光拡散材６０のうちの１種以上を混合する方法が挙げられる。

【0042】

また、ゾル−ゲル法を用いる方法が挙げられる。ゾル−ゲル法を用いる方法としては、例えば、特許第５７１３３００号公報に記載の方法が挙げられる。以下、この方法の概要について記載する。ここでは、ガラス繊維１１に蛍光体５０を含有させる方法を例にとって説明する。

【0043】

この方法では、ゾル−ゲル反応と酸塩基反応により、蛍光体分散ゾルから蛍光体分散ゲルを作製する。まず、シリコンアルコキシドおよび蛍光体を含有し、さらに、金属塩化物および金属アルコキシドのうちの１種以上を含有する蛍光体分散ゾルを作製する。あるいは、金属塩化物および金属アルコキシドのうちの１種以上、シリコンアルコキシド、水を用いて前駆ゾルを作製した後、前記前駆ゾルに前記蛍光体を分散させて蛍光体分散ゾルを作製する。

【0044】

シリコンアルコキシドはＳｉ（ＯＲ）_４で表され、アルコキシル基（アルコキシ基）ＯＲを構成するアルキル基Ｒとしては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基を用いることができる。すなわち、アルコキシル基ＯＲとしては、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、イソプロポキシ基などを用いることができる。
金属塩化物はＭＣｌ_ｎで表され、金属アルコキシドはＭ（ＯＲ）_ｎで表される。ここで、Ｍは金属、ＯＲはアルコキシル基、ｎは金属種に応じた整数である。アルコキシル基を構成するアルキル基Ｒとしては、エチル基、プロピル基、メチル基、イソプロピル基、ブチル基などが用いられる。すなわち、アルコキシル基ＯＲとしては、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、イソプロポキシ基、ブトキシ基などを用いることができる。

【0045】

次に、ゾル−ゲル法により、前記蛍光体分散ゾルから蛍光体分散ゲルを作製する。
なお、前記蛍光体分散ゾルを作製後、加熱前に１０℃以上５０℃以下の温度で１時間以上放置し、熟成させることが好ましい。これにより、蛍光体を分散したゲルの骨格が強くなり、壊れにくいガラスを作製することができる。また、放置時間は、温度が低いときはより長くするほうが好ましい。上限時間は特に規定されないが、４８時間を超えると生産効率が低下するため、放置時間は４８時間以下とすることが好ましい。

【0046】

次に、前記蛍光体分散ゲルを加熱して、蛍光体分散ガラスを作製する。
ゲルからガラスを作製するまでの過程において、従来公知のガラス繊維を製造する方法における繊維状とする方法を用いて、蛍光体を含有したガラス繊維を製造すればよい。

【0047】

また、ガラス繊維１１に蛍光体５０および光拡散材６０のうちの１種以上を含有させる方法としては、例えば、特開２０１４−２２０２８９号公報に記載の方法が挙げられる。以下、この方法の概要について記載する。ここでは、ガラス繊維１１に蛍光体５０を含有させる方法を例にとって説明する。

【0048】

まず、シラン誘導体とアルコールを混合し、これに水および酸を滴下してから、加熱して昇温させた状態で攪拌した後、室温に戻して混合溶液を調製する。なお、加熱温度は２０℃以上５０℃以下であることが好ましい。加熱して昇温させた状態で攪拌する時間は２時間以上４時間以下であることが好ましい。なお、シラン誘導体とアルコールを混合する際に、金属塩化物および金属アルコキシドのうちの１種以上を混合してもよい。

【0049】

次に、前記混合溶液にアンモニア水を滴下し、蛍光体粉末を添加してゲルを調製する。次に、前記ゲルを加熱して昇温させた状態で静置して湿潤ゲルを調製する。ゲルの加熱温度は３０℃以上６０℃以下であることが好ましい。
次に、前記湿潤ゲルを溶媒置換してから超臨界乾燥して、複数の孔部が保持されてなる低密度の乾燥ゲルを調製する。超臨界に用いる溶媒としては、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコールなどのアルコール類が挙げられる。また、アセトン、ヘキサンなど、一般的に取り扱いやすい有機溶媒に置換しておいてもよい。さらに、乾燥時の亀裂発生を防止するために表面処理剤を用いてもよい。表面処理剤としては、ヘキサメチルジシラザン、トリメチルメトキシシラン、トリメチルエトキシシランなどのシラン剤やヘプタンや、ブチルアルコールなどの有機溶媒を用いることができる。前記超臨界乾燥が二酸化炭素の臨界条件である臨界圧力７．３８ＭＰａ、臨界温度３１．１℃以上の雰囲気下、ＣＯ_２超臨界流体による乾燥であることが好ましい。

【0050】

次に、前記低密度の乾燥ゲルを８００℃以上１０５０℃以下の温度で焼結して蛍光体分散ガラスを作製する。
ゲルからガラスを作製するまでの過程において、従来公知のガラス繊維を製造する方法における繊維状とする方法を用いて、蛍光体を含有したガラス繊維を製造すればよい。

【0051】

蛍光体５０は、ガラス繊維１１に含有させることができるものであれば、どのようなものであってもよく、公知のものを用いることができる。例えば、窒化物蛍光体、酸化物蛍光体、酸窒化物蛍光体、硫化物蛍光体、酸硫化物蛍光体、ハロゲン化物蛍光体などを用いることができる。詳細には、例えば、Ｅｕなどのランタノイド系、Ｍｎなどの遷移金属系の元素により主に賦活されたアルカリ土類金属ハロゲンアパタイト、アルカリ土類金属ホウ酸ハロゲン、アルカリ土類金属アルミン酸塩、希土類元素で主に賦活された酸窒化物または窒化物、Ｃｅなどのランタノイド系元素で主に賦活された希土類アルミン酸塩、希土類ケイ酸塩などが挙げられる。

【0052】

具体的には、レーザ光源１０として青色ＬＤ（ピーク波長４３０〜４８０ｎｍ）を用いる場合、例えば、蛍光体５０として黄色発光のＹＡＧ、緑色発光のＬＡＧおよび赤色発光のＳｒ_２Ｓｉ_５Ｎ_８：Ｅｕ、Ｃａ_２Ｓｉ_５Ｎ_８：Ｅｕ、（Ｓｒ，Ｃａ）_２Ｓｉ_５Ｎ_８：Ｅｕ、ＣａＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ、（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ、Ｃａ−α−サイアロンまたはＳｒ−α−サイアロンを用いることができる。

【0053】

なお、蛍光体５０は、例えば、プラセオジムイオン、テルビウムイオン、エルビウムイオン、ホルミウムイオンなどのイオン化した物質であってもよい。また、蛍光体５０は、量子ドット（またはナノクリスタル）と呼ばれる発光物質であってもよい。量子ドットとしては、半導体材料、例えば、ＩＩ−ＶＩ族、ＩＩＩ−Ｖ族、ＩＶ−ＶＩ族半導体、具体的には、ＣｄＳｅ、コアシェル型のＣｄＳ_ｘＳｅ_１−ｘ／ＺｎＳ、ＧａＰなどのナノサイズの高分散粒子が挙げられる。量子ドット蛍光体は、ＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル）などの樹脂で表面修飾または安定化してもよい。イオン化した蛍光体、量子ドット蛍光体、および、その他の蛍光体は、適宜、混合して用いてもよい。

【0054】

光拡散材６０は、公知のものを用いることができる。例えば、酸化チタン、チタン酸バリウム、酸化アルミニウム、酸化ケイ素などが挙げられる。

【0055】

光ファイバ被覆構造体２０は、光ファイバ１と、被覆層２との間に空隙３を有する。
光ファイバ１と、被覆層２との間の空隙３は、予め所定の径の空洞を有する被覆層２を作製し、この空洞に光ファイバ１を挿入することで形成することができる。
光ファイバ１と、被覆層２との間に空隙３を有することで、例えば、光ファイバ１の直径と被覆層２の空隙３の直径とを厳密に一致させる必要がなく、被覆層２の製造が容易となる。また、光ファイバ１を被覆層２に挿入し易くなる。
空隙３の幅、すなわち、光ファイバ１の外周面と、被覆層２の内周面との距離は、例えば、１ｍｍ以上２ｍｍ以下である。

【0056】

以上、光ファイバ被覆構造体２０および発光装置１００について説明したが、光ファイバ被覆構造体２０および発光装置１００は前記した実施形態に限定されるものではない。以下、他の実施形態について説明する。

【0057】

［他の実施形態１］
前記説明した光ファイバ被覆構造体２０は、ガラス繊維１１に、蛍光体５０および光拡散材６０を含有させるものとした。しかしながら、ガラス繊維１１に蛍光体５０および光拡散材６０を含有させる代わりに、ガラス繊維層を、蛍光体５０および光拡散材６０を含有した樹脂に含浸させたものであってもよい。

【0058】

図６Ａ、６Ｂに示すように、光ファイバ被覆構造体２０Ａは、被覆層２Ａ、すなわちガラス繊維１１が集合したガラス繊維層が、蛍光体５０および光拡散材６０を含有した樹脂７０に含浸されている。なお、図６Ａは、被覆層２Ａが樹脂７０に含浸されている状態をわかり易くするために模式的に図示したものであり、蛍光体５０および光拡散材６０の図示を省略している。また、図６Ｂは、ガラス繊維層が、蛍光体５０および光拡散材６０を含有した樹脂７０に含浸されている状態をわかり易くするために、被覆層２Ａの一部を模式的に図示したものである。樹脂７０は、ガラス繊維層の内部のみに存在していてもよくガラス繊維層からはみだしてガラス繊維層の周囲にも存在していてもよい。

【0059】

蛍光体５０および光拡散材６０は、いずれか一方を含有させてもよいし、両方を含有させてもよい。また、樹脂７０は、発光波長の異なる２種以上の蛍光体５０を含有してもよい。
ガラス繊維層が樹脂７０に含浸されていることで、光ファイバ被覆構造体２０に防水特性を付与することができる。また、ガラス繊維層を構成するガラス繊維１１のずれを防止することができる。

【0060】

樹脂７０としては、例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、変性シリコーン樹脂、変性エポキシ樹脂などが挙げられる。

【0061】

ガラス繊維層に蛍光体５０および光拡散材６０のうちの１種以上を含有した樹脂を含有させる方法としては、樹脂を溶解した樹脂溶液に蛍光体５０および光拡散材６０のうちの１種以上を混合し、この溶液にガラス繊維層を含浸させる方法が挙げられる。また、蛍光体５０および光拡散材６０のうちの１種以上を混合した樹脂溶液をガラス繊維層に塗布する方法が挙げられる。

【0062】

なお、ガラス繊維層を、蛍光体５０および光拡散材６０のうちの１種以上を含有した樹脂７０に含浸させるとともに、前記したように、ガラス繊維１１に、蛍光体５０および光拡散材６０のうちの１種以上を含有させてもよい。

【0063】

［他の実施形態２］
図７Ａに示すように、光ファイバ被覆構造体２０Ｂは、光ファイバ１と、被覆層２とが密着している。このように、光ファイバ１と、被覆層２との間に空隙を設けずに、光ファイバ１にガラス繊維１１が直接接するように、被覆層２を形成してもよい。
光ファイバ１と、被覆層２とが密着していることで、被覆層２のずれを防止することができる。また、ガラス繊維１１を光ファイバ１に直接巻いて被覆層２を形成することができるため、製造が容易である。なお、予め所定の直径の空洞を有する被覆層２を作製し、この空洞に光ファイバ１を挿入して光ファイバ被覆構造体２０を作製してもよい。

【0064】

［他の実施形態３］
図７Ｂに示すように、光ファイバ被覆構造体２０Ｃは、被覆層２Ｃが、光ファイバ１を取り囲む第１のガラス繊維層２１と、第１のガラス繊維層２１を取り囲む第２のガラス繊維層２２と、を有する。
このような構成とすることで、第１のガラス繊維層２１に、わずかに光が漏れる隙間がある場合でも、この隙間を覆うように第２のガラス繊維層２２を設けることで、わずかな光の漏れも防止することができる。なお、第２のガラス繊維層２２に、わずかに光が漏れる隙間がある場合、第１のガラス繊維層２１の隙間と、第２のガラス繊維層２２の隙間とが重ならないように第２のガラス繊維層２２を配置すればよい。

【0065】

また、第１のガラス繊維層２１を構成するガラス繊維１１と、第２のガラス繊維層２２を構成するガラス繊維１１とに、発光波長の異なる蛍光体５０を含有させることができる。また、第１のガラス繊維層２１に蛍光体５０を含有した樹脂を含有させ、第２のガラス繊維層２２に、第１のガラス繊維層に含有させた蛍光体５０とは発光波長の異なる蛍光体５０を含有した樹脂を含有させることができる。

【0066】

その他、前記した光ファイバ被覆構造体２０では、ガラス繊維１１を編組して被覆層２を形成したが、光ファイバ１にガラス繊維１１をコイル状に巻くことで被覆層２を形成してもよい。また、ガラス繊維１１の両端部が光ファイバ１の長手方向に位置するように、光ファイバ１とともにガラス繊維１１を束ね、この束ねて形成したガラス繊維１１の集合体内に光ファイバ１が配置されるようにして被覆層２を形成してもよい。

【0067】

また、前記した光ファイバ被覆構造体２０Ｃでは、被覆層２Ｃは、第１のガラス繊維層２１と、第２のガラス繊維層２２と、を有するものとしたが、第２のガラス繊維層２２を取り囲む第３のガラス繊維層を設けた３層のガラス繊維層を有する被覆層としてもよい。さらには、ガラス繊維層を４層以上設けた被覆層としてもよい。
また、前記した光ファイバ被覆構造体２０では、光ファイバ被覆構造体２０の断面形状は円形であるものとしたが、光ファイバ被覆構造体２０の断面形状は異形断面形状であってもよい。

【0068】

また、以上説明した実施形態では、被覆層は、ガラス繊維が集合したガラス繊維層を有するものとした。しかしながら、被覆層は、セラミック繊維が集合したセラミック繊維層を有するものであってもよい。以上説明した実施形態の各内容は、被覆層がセラミック繊維層を有するものである場合でも、ガラス繊維層を有する場合と同様に適用することができる。ただし、必要に応じて、セラミック繊維の特性に合わせて、適宜変更を加えてもよい。
セラミック繊維としては特に限定されるものではなく、従来公知のセラミック繊維を用いることができる。例えば、アルミナ繊維、炭化ケイ素繊維、シリカ繊維、ムライト繊維、ジルコニア繊維、チタン酸カリウム繊維、セラミックファイバー（アルミナとシリカを主成分とした人造鉱物繊維の総称）などを用いることができる。

【0069】

以上説明したとおり、本実施形態の光ファイバ被覆構造体および発光装置は、安全性に優れている。
また、本実施形態の光ファイバ被覆構造体および発光装置は、細くて柔軟性があり、また、全周発光が可能である。また、光の遠隔伝達が容易である。
また、本実施形態の光ファイバ被覆構造体は、レーザ光源に容易に効率よく結合することができる。
また、本実施形態の発光装置は、発熱するレーザ光源から光ファイバ被覆構造体が分離しているため、光ファイバ被覆構造体の温度の低減による発光効率の向上を図ることができる。また、植物工場へ適用した場合、光ファイバ被覆構造体の温度の低減による栽培密度の向上や、空調費の低減を図ることができる。

【産業上の利用可能性】

【0070】

本発明の光ファイバ被覆構造体および発光装置は、例えば、表示装置、照明器具、ディスプレイ、液晶ディスプレイのバックライト光源、プロジェクタ装置、レーザディスプレイ、内視鏡などに利用することができる。

【符号の説明】

【0071】

１ 光ファイバ
２，２Ａ，２Ｃ，４０ 被覆層
３ 空隙
１０ レーザ光源
１１ ガラス繊維
１２ ガラス繊維の束
１３ 隙間
１５ 光ファイバを透過した光
１６，１８ 被覆層を透過した光
１７ レーザ光
２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ 光ファイバ被覆構造体
２１ 第１のガラス繊維層
２２ 第２のガラス繊維層
３０ 保護部材
５０ 蛍光体
６０ 光拡散材
７０ 樹脂
１００ 発光装置

【図1A】

【図1B】

【図1C】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【図7A】

【図7B】