渐变荧光材料.pdf

本公开中的一些实施例涉及荧光结构，例如荧光玻璃、荧光基质和/或发光设备，其能够包括在结构、基质和/或发光设备上成梯度的荧光分子。在一些实施例中，荧光玻璃、荧光基质和/或发光设备能够是多孔的，并且包括一个或多个孔内的至少一个荧光分子。在一些实施例中，这能够容许整个材料中梯度荧光材料的产生。

权利要求书
1.  一种渐变荧光玻璃，其包括：
二氧化硅结构，其包括第一表面和第二表面，并且其中所述二氧化硅 结构包括
二氧化硅；以及
成梯度的荧光分子，其中所述成梯度的荧光分子包括在所述第一 表面处第一浓度的荧光分子以及在所述第二表面处第二浓度的荧光分 子。

2.  如权利要求1所述的渐变荧光玻璃，其中所述荧光分子的浓度为 大约50ppm至大约10,000ppm。

3.  如权利要求2所述的渐变荧光玻璃，其中所述荧光分子的梯度包 括浓度从所述第一表面到所述第二表面的近似线性变化。

4.  一种发光装置，其包括：
至少一个光源；以及
荧光二氧化硅玻璃，其中所述荧光二氧化硅玻璃包括：
二氧化硅；
至少所述二氧化硅内的第一孔以及所述二氧化硅内的第二孔；以 及
所述第一孔内的至少第一荧光分子以及所述第二孔内的至少两个 或更多第二荧光分子。

5.  如权利要求4所述的发光装置，其中：所述第一荧光分子吸收第 一波长的光的辐射，所述第二荧光分子吸收第二波长的光的辐射，并且所 述第一波长和所述第二波长是不同的。

6.  如权利要求5所述的发光装置，其中所述第一荧光分子发射第一 波长的光的辐射，所述第二荧光分子发射第二波长的光的辐射，并且所述 第一波长和所述第二波长是不同的。

7.  如权利要求6所述的发光装置，其中所述第一荧光分子包括荧光 元素。

8.  如权利要求7所述的发光装置，其中所述荧光元素至少包括过渡 金属元素或稀土元素。

9.  如权利要求4所述的发光装置，其中所述第一荧光分子和所述第 二荧光分子是相同类型的荧光分子。

10.  如权利要求4所述的发光装置，其中所述第一荧光元素是与所述 第二荧光分子不同类型的荧光分子。

11.  如权利要求4所述的发光装置，其中所述光源和所述荧光二氧化 硅玻璃是二极管或冷阴极荧光灯的组件。

12.  如权利要求4所述的发光装置，其中存在于所述第一孔内的多个 荧光分子不同于存在于所述第二孔内的多个荧光分子。

13.  如权利要求12所述的发光装置，其中所述第一孔被定位在所述 荧光二氧化硅玻璃中的第一位置，并且其中所述第二孔被定位在所述荧光 二氧化硅玻璃中的第二位置。

14.  如权利要求13所述的发光装置，其进一步包括从所述第一位置 到所述第二位置成浓度梯度的荧光分子。

15.  如权利要求14所述的发光装置，其中所述浓度梯度为近似线性 的。

16.  如权利要求14所述的发光装置，其中所述第一位置位于所述荧 光二氧化硅玻璃的第一表面处，并且其中所述第二位置相对于所述第一表 面更接近所述光源。

17.  如权利要求14所述的发光装置，其中所述第一位置和所述第二 位置位于所述荧光二氧化硅玻璃的第一表面处。

18.  如权利要求17所述的发光装置，其中所述第一位置至少部分地围 绕所述第二位置。

19.  一种制造荧光玻璃结构的方法，所述方法包括：
提供包括多个孔的二氧化硅-聚乙烯醇复合物；
掺杂一种或多种荧光分子，以提供浓度梯度；以及
烧结所述复合物，由此制造荧光玻璃结构。

20.  如权利要求19所述的方法，其中掺杂在烧结之前被执行。

21.  如权利要求19所述的方法，其中掺杂在烧结之后被执行。

22.  如权利要求19所述的方法，其中所述多个孔具有大约1nm至大 约300nm的平均直径。

23.  如权利要求19所述的方法，其中掺杂包括将所述一种或多种荧光 分子的溶液与所述复合物接触，以容许所述一种或多种荧光分子进入所述 多个孔中的至少一个孔。

24.  如权利要求23所述的方法，其中烧结包括在大气下以大约800℃ 至大约1200℃的温度加热所述复合物。

25.  一种发光装置，其包括：
至少一个光源；以及
荧光二氧化硅玻璃，其中所述荧光二氧化硅玻璃包括：
二氧化硅；
所述二氧化硅内的至少第一孔；以及
以梯度分布在所述二氧化硅内的荧光分子。

26.  如权利要求25所述的发光装置，其中所述荧光二氧化硅玻璃围绕 所述光源。

说明书渐变荧光材料
技术领域
本文中的实施例大致涉及渐变荧光基质。
背景技术
存在用于在显示设备或其他光学和/照明设备上获得照明的多种方法。 在一些情况中，人们已经试图通过使用多种LED、漫射器和/或反射器来获 得均匀的照明。
发明内容
本文中所提供的一些实施例涉及渐变荧光玻璃和/或结构。在一些实施 例中，荧光玻璃能够包括二氧化硅；至少一个孔，该孔具有大约1nm至大 约300nm的直径；以及至少一个荧光分子。该荧光分子能够被定位在该至 少一个孔内。在一些实施例中，荧光分子能够包括过渡金属元素或稀土元 素中的至少一个。
在一些实施例中，提供了一种渐变荧光玻璃。该玻璃能够包括二氧化 硅结构，其包括第一表面和第二表面，并且其中二氧化硅结构包括二氧化 硅以及成梯度的荧光分子。成梯度的荧光分子包括在第一表面处第一浓度 的荧光分子以及在第二表面处第二浓度的荧光分子。
在一些实施例中，提供了一种发光装置，其包括至少一个光源以及荧 光二氧化硅玻璃。荧光二氧化硅玻璃包括二氧化硅、二氧化硅内的至少第 一孔和第二孔以及第一孔内的至少第一荧光分子和第二孔内的至少两个 或更多第二荧光分子。
在一些实施例中，提供了一种制造荧光玻璃结构的方法。该方法能够 包括以下步骤：提供二氧化硅聚乙烯醇复合物，其包括多个孔；掺杂一个 或多个荧光分子，以提供浓度梯度；以及烧结该复合物，由此制造荧光玻 璃结构。
在一些实施例中，提供了一种发光装置，其包括至少一个光源以及荧 光二氧化硅玻璃。荧光二氧化硅玻璃能够包括二氧化硅、二氧化硅内的至 少第一孔以及以梯度分布在二氧化硅内的荧光分子。
前面的概述仅仅是示例性的，而不意在以任何方式进行限制。通过参 考附图以及下面的详细说明，除了上文所描述的示例性的方案、实施例和 特征之外，另外的方案、实施例和特征将变得清晰可见。
附图说明
图1是描述了根据一些实施例的掺杂有发光材料的二氧化硅玻璃结构 的附图。成浓度梯度的孔内的荧光分子能够呈现为各个表面上、在各个表 面之间和/或在各个表面之内。这一附图能够描述烧结之前、期间或之后的 实施例。
图2是描述了涉及二氧化硅玻璃结构的长度、深度和/或表面上的荧光 分子的浓度的图表。
图3是制造荧光玻璃结构的方法的一些实施例的流程图。
具体实施方式
通在以下详细说明书中，参考形成了其一部分的附图。在附图中，相 似的附图标记通常表示相似的部件，除非上下文在此明确给出相反指示。 详细说明书、附图和权利要求中所述的示例性实施例并非意在限定。可以 不脱离在此所述的主题的精神或范围而采用其他实施例并且做出其他改 变。将易于理解的是，如在此通常所述以及附图中所示的本公开的特征方 面可以以大量不同配置结构而设置、替换、组合和设计，所有这些明确地 是预期的并且构成了本公开的一部分。
在一些实施例中，本文中公开的方法和结构涉及荧光结构，例如荧光 玻璃、基质和/或其他荧光二氧化硅相关和/或包含荧光二氧化硅的结构， 其能够包括包含在其中的渐变分布的荧光分子。在一些实施例中，荧光玻 璃包括二氧化硅、至少一个孔(其能够具有任何尺寸，例如，大约1nm至 大约300nm)以及孔中的至少一个荧光分子。在一些实施例中，荧光分子 能够被定位在至少一个孔内。荧光玻璃的其他部分能够包括更大或更低量 的荧光分子，由此提供渐变(graded)荧光结构。
图1是描述了已经被烧结成荧光基质的二氧化硅聚乙烯醇复合物的一 些实施例的附图，荧光分子能够分布在该荧光基质中。基质1能够包括多 个孔2。如本领域技术人员将认识到的，基质能够由复合物制成，其在烧 结之前是二氧化硅颗粒的聚集，颗粒之间的空间形成空隙2，该空隙能够 被聚乙烯醇(直到聚乙烯醇被去除)和/或额外材料(例如荧光分子3)填 充。复合物被烧结时，其能够形成将包括空隙2的基质1，而没有任何显 著量的聚乙烯醇剩余。在一些实施例中，二氧化硅结构1能够形成渐变荧 光玻璃的至少部分。在一些实施例中，二氧化硅结构1能够形成具有至少 一个光源的发光装置的部分。成梯度的荧光分子能够以各种方式被建立在 多孔基质1中，例如，在一些实施例中，任何单个空隙内的荧光团的浓度 在结构的一部分中能够与其在结构的不同部分中不同。在一些实施例中， 包含荧光团的一个空隙内荧光团的量能够大致相同，但空隙2中的更多将 在结构的一个部分中具有比结构的第二部分中更多的荧光团。在一些实施 例中，能够向结构提供其他分子和/或特性，以进一步向结构提供荧光性的 渐变外观。
在一些实施例中，提供了一种渐变荧光玻璃。该玻璃能够包括二氧化 硅结构，其包括第一表面和第二表面，并且该二氧化硅结构能够包括a) 二氧化硅，和b)成梯度的荧光分子。成梯度的荧光分子能够包括在第一 表面处的第一浓度的荧光分子以及在第二表面处的第二浓度的荧光分子。
在一些实施例中，复合物结构(在其被烧结之前)能够是柔性的和/ 或可塑的。复合物结构能够具有充分的柔性，从而使得根据荧光使用的情 况(包括渐变荧光应用)，二氧化硅玻璃结构能够被模制成期望的形状。
在一些实施例中，能够进一步使用复合物结构(在烧结之前)，以将 各种外观和/或结构模制和/或形成到复合物的表面，从而使得一旦烧结， 其将提供包括所期望的渐变外观的多孔玻璃结构(例如，通过荧光分子的 特定渐变的呈现为光学界面的光导向或表面提供额外期望的光学特性或 光导向外观)。
如上所述，各种浓度的荧光分子3和/或其他光控制分子能够存在于一 个或多个孔2中。一些孔2与其他孔相比将具有不同量的荧光分子。由此， 在一些实施例中，只有0.1、1、10、20、30、40、50、60、70、80、90或 99％的孔将包括荧光分子，从而使得在剩余孔中不存在荧光分子提供浓度 梯度。在一些实施例中，所有孔包含一些荧光分子，但每个孔中(或者在 各个孔的族群之间)荧光分子的量发生变化，从而使得提供浓度梯度。在 一些实施例中，1、2、3、4、5、10、20、30、40、50、60、70、80、90、 95、98、99或100％的孔包括至少一些量的荧光分子，包括低于前述值的 任一个的任何范围和前述值的任意两个之间的任何范围。在一些实施例 中，前述百分比的孔中的至少一个能够包含一些量的荧光分子，例如，孔 的内表面的至少一些部分被涂覆(例如，孔的表面的0.1、1、2、3、4、5、 6、7、8、9、10、20、30、40、50、60、70、80、90、95、98、99或100％ 被涂覆，包括低于前述值的任一个的任何范围和前述值的任意两个之间的 任何范围)，至少一些百分比的孔的体积被荧光分子占据(例如，孔的体 积的0.001、0.01、0.1、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、20、30、40、 50、60、70、80、90、95、98、99或100％被荧光分子占据，包括低于前 述值的任一个的任何范围和前述值的任意两个之间的任何范围)。在一些 实施例中，尽管在添加到复合物或结构中时，荧光分子能够处于溶液中， 但在最终的产品中，荧光分子能够是干燥的。在一些实施例中，荧光分子 作为气体被包含在孔中。在一些实施例中，荧光分子作为液体被包含在孔 中。在一些实施例中，荧光分子作为固体被包含在孔中。在一些实施例中， 荧光分子作为等离子体被包含在孔中。
在一些实施例中，多个孔2能够具有大约2nm至大约100nm的平均 直径。在一些实施例中，多个孔2能够具有大约3nm至大约30nm的平均 直径。在一些实施例中，孔能够具有大约1nm至大约500nm的平均直径， 例如，1、2、3、4、5、10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、200、 300、400或500nm，包括低于前述值的任一个的任何范围和前述值的任意 两个之间的任何范围。在一些实施例中，孔的尺寸能够穿过结构和/或在整 个结构中改变。在这种实施例中，能够留在每个孔中的荧光分子的量能够 取决于孔的尺寸，由此，更多或更少的荧光分子能够以这种方式被包含在 结构的各个部分内，提供能够借此提供荧光分子的浓度梯度的另一种方 式。
荧光分子3能够包括但不限于过渡金属或稀土元素中的至少一个(例 如，Y、Sc、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、 Tm、Yb和/或Lu)。在一些实施例中，分子不需要是荧光的并且可以是反 射的和/或吸收的。在一些实施例中，分子控制光和/或具有光学特性。在 一些实施例中，分子能够是无机荧光物质。在一些实施例中，如果在烧结 之前，分子被添加，任何分子能够被使用，只要其不对热过分敏感(例如， 在超过1000℃下不会丧失其荧光特性)。在一些实施例中，荧光分子能够 扩散到一个或多个孔中，并且能够在干燥时是荧光的。
在一些实施例中，单一类型的荧光分子被用于结构中。在一些实施例 中，多种类型的荧光分子被用于结构中，例如，2、3、4、5、6、7、8、9、 10、15、20、30、40、50或者100种类型的荧光分子能够被使用，包括高 于前述值的任一个的任何范围和前述值的任意两个之间的任何范围。在一 些实施例中，每种荧光分子具有其自身的浓度梯度。在一些实施例中，浓 度梯度仅仅针对荧光分子的子集呈现。在一些实施例中，不同荧光分子具 有不同的浓度梯度。在一些实施例中，荧光分子的浓度作为整体可以在整 个结构中是一致的，但在结构和/或表面内能够存在各种特定荧光分子的浓 度梯度。例如，在板基质的第一侧上，能够存在高浓度的蓝色荧光分子， 其之后随着穿过板到板的相反(和第二)侧而线性地减小至零。在板的第 二侧上，存在高浓度的红色荧光分子，其随着经过板到板的相反(和第一) 侧而浓度线性地减小至零。由此，在板的任何给定深度，荧光分子的总量 是相同的，但红色或蓝色荧光分子的量能够是不同的。在一些实施例中， 当采用多种荧光分子时，不同的分子被定位在结构上的不同位置处，由此， 能够存在例如至少1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、15、20、30、40、 50、100或者更多不同的位置，每个位置具有不同类型的荧光分子。在一 些实施例中，(例如，当采用单一类型的荧光分子时)，单一类型的荧光分 子被定位在结构上的不同位置处。在一些实施例中，不同类型的荧光分子 能够被定位在不同位置处。在一些实施例中，不同位置中的每一个能够具 有相同形状。在一些实施例中，不同位置中的每一个能够具有不同形状。 在一些实施例中，能够采用任何形状和/或图案。在一些实施例中，荧光分 子能够被分布为遍布在基质和/或结构的整个表面区域。在一些实施例中， 在基质的表面上，荧光分子以大致环形图案被分布。在一些实施例中，荧 光分子以大致半球形图案被分布进入基质的深度。在一些实施例中，荧光 分子被分布，以帮助重新定向和/或分布将位于或被定位在基质的一侧上的 点光源。在一些实施例中，荧光分子被分布在基质的表面上，以被定位为 作为将与基质相关联(或者与基质相关联)的光源的滤光器。
在一些实施例中，通过将荧光分子3注入二氧化硅玻璃基质1中，荧 光分子3能够被掺杂到二氧化硅玻璃基质1中，从而使得荧光分子3能够 进入孔2中的一个中。在一些实施例中，荧光分子能够被添加到初始组合 物(烧结之前)中，但在聚乙烯醇二氧化硅复合物形成之后。在一些实施 例中，在聚乙烯醇二氧化硅复合物产生之前，荧光分子能够被添加到初始 组合物(烧结之前)中。在一些实施例中，荧光分子能够被添加到最终结 构(烧结之后)中，并且孔帮助保有荧光材料和/或保持荧光材料的体积和 /或量安全远离基质的表面。在一些实施例中，PVA-二氧化硅复合物能够通 过使用美国专利公开号2012/0107589中描述的方法而形成。
在一些实施例中，在起始和/或最终结构中孔的存在能够产生渐变产品 (例如，具有渐变浓度的荧光分子的荧光玻璃和/或与其他荧光二氧化硅相 关的结构)。在一些实施例中，渐变荧光结构能够包括具有第一表面和第 二表面的二氧化硅结构，其中成梯度的荧光分子能够包括在第一表面上的 第一浓度的荧光分子以及在第二表面上的第二浓度的荧光分子。
图2是描述了穿过结构的厚度存在荧光分子的浓度梯度的一些实施例 的图表。基质1能够包括如图1中所示的多个孔(并且能够是复合物形式 或者烧结形式)。如图2中所示，二氧化硅玻璃基质1能够包括在一侧的 第一表面4以及在不同侧的第二表面5。在一些实施例中，在第一表面4 处的荧光分子的浓度不同于在第二表面5处的荧光分子的浓度。在一些实 施例中，第一和第二表面在相反侧上。在一些实施例中，第一和第二表面 在同一侧上，并且只是相同侧的不同部分(例如，其中掺杂材料仅仅被应 用到表面的子部分上并且被容许通过该表面扩散出)。在一些实施例中， 第一和第二表面在邻近侧上。
为了显示这一梯度，图2包括叠加所描述的基质的图示，以说明沿y 轴的荧光分子的可能的浓度梯度作为沿x轴的距离的函数的一些实施例。 由此，在一些实施例中，二氧化硅结构1能够包括二氧化硅和成梯度的荧 光分子。在一些实施例中，成梯度的荧光分子能够包括在第一表面4处的 第一浓度的荧光分子以及在第二表面5处的第二浓度的荧光分子。在一些 实施例中，在第一和/或第二表面处的荧光分子的浓度能够从大约1ppm至 大约1,000,000ppm，例如1、10、100、1000、10,000、50,000、100,000或 者1,000,000ppm，包括这些值中任意两个之间的任意范围以及高于或低于 这些值的任何范围。
在一些实施例中，如图2中所示，荧光分子的梯度能够包括浓度从第 一表面4到第二表面5的近似线性变化。在一些实施例中，梯度是非线性 的。在一些实施例中，梯度是指数的。在一些实施例中，梯度是悬浮的荧 光分子被容许渗透烧结的结构的结果。在一些实施例中，梯度是两个表面 之间至少0.01％的差异，例如，0.01、0.1、1、2、3、4、5、10、15、20、 30、40、50、60、70、80、90、100、200、300、500、1000、10,000％或 者更多，包括高于前述值中的任一个的任何范围和前述值的任意两个之间 的任何范围。在一些实施例中，梯度能够是穿过结构的厚度。在一些实施 例中，梯度能够是穿过结构的宽度。在一些实施例中，梯度能够是穿过结 构的厚度和宽度。在一些实施例中，梯度能够是穿过结构的长度。在一些 实施例中，梯度能够是穿过结构的厚度、长度和/或宽度中的至少一个。在 一些实施例中，存在两个或更多表面，梯度建立在这些表面之间，例如2、 5、10、100或者更多个表面，包括高于前述值中的任一个的任何范围和前 述值的任意两个之间的任何范围。在一些实施例中，在两个或更多表面之 间存在超过一种以上梯度，例如2、3、4、5、10、20、30、50或100或 者更多种梯度，包括高于前述值中的任一个的任何范围和前述值的任意两 个之间的任何范围。
在一些实施例中，二氧化硅玻璃结构1能够形成发光装置的部分，该 发光装置能够包括渐变的荧光结构。发光装置能够包括至少一个光源。在 一些实施例中，光源能够包括但不限于发光二极管(LED)、白炽灯泡、激 光、荧光管或者任何其他形式的光源。在一些实施例中，荧光分子的梯度、 荧光分子的结构和/或位置容许过滤、重新导向、聚焦、遮盖或者以其他方 式控制穿过该结构的光。在一些实施例中，通过使用具有成浓度梯度的荧 光分子的基质，点光源能够被制造得更加舒适的和/或扩散。在一些实施例 中，来自光源的光的波长和/或其他光学特性能够通过基质中荧光分子的浓 度梯度的存在而被有效控制，容许通过荧光分子和/或浓度梯度改变波长和 /或其他光学特性。
在一些实施例中，提供一种发光装置，其包括至少一个光源以及荧光 二氧化硅玻璃。荧光二氧化硅玻璃包括二氧化硅、二氧化硅内的至少第一 孔和第二孔以及第一孔内的至少第一荧光分子和第二孔内的至少两个或 更多第二荧光分子，由此在两个孔之间建立梯度。
在一些实施例中，提供一种发光装置，其包括至少一个光源以及荧光 二氧化硅玻璃。荧光二氧化硅玻璃包括二氧化硅、二氧化硅内的至少第一 孔以及成梯度地分布在二氧化硅内的荧光分子。
在一些实施例中，发光装置还能够包括荧光二氧化硅玻璃或二氧化硅 玻璃结构。荧光二氧化硅玻璃能够包括二氧化硅、二氧化硅内的至少第一 孔和第二孔以及第一孔内的至少第一荧光分子和第二孔内的第二荧光分 子。浓度梯度能够呈现在两个孔之间和/或通过两个孔呈现。
在一些实施例中，第一分子吸收第一波长的光的辐射，并且第二荧光 分子吸收第二波长的光的辐射。在一些实施例中，第一波长和第二波长是 不同的。在一些实施例中，分子吸收光的UV、可视和/或IR波长中的至少 一个。
在一些实施例中，第一分子发射第一波长的光的辐射，并且第二荧光 分子发射第二波长的光的辐射。第一波长和第二波长能够是不同的。在这 种实施例中，二氧化硅玻璃结构1能够被配置为产生不同的颜色用于显示。 在一些实施例中，分子发射UV、可视和/或IR波长中的至少一个的光的辐 射。在其他实施例中，分子发射两个或更多波长的光的辐射。
在一些实施例中，第一荧光分子能够是荧光元素。在一些实施例中， 第一分子和第二分子能够是相同类型的荧光分子。在一些实施例中，第一 分子和第二分子能够是不同类型的荧光分子。由此，不同的梯度能够呈现 在相同的基质中。
在一些实施例中，光源和荧光二氧化硅玻璃能够是二极管或者冷阴极 荧光灯的组件。二极管或者冷阴极荧光灯能够是用于照明显示设备的照明 系统的部分。在一些实施例中，玻璃、基质、结构或者其他多孔结构能够 被定位在光源的前面和/或直接邻近光源。在一些实施例中，玻璃、基质、 结构或者其他多孔结构能够是或者被用作滤光器和/或漫射器。荧光分子的 渐变分布能够容许来自灯的光强度恰当分布和/或漫射。
在一些实施例中，呈现在第一孔内的多个荧光分子不同于呈现在第二 孔内的多个荧光分子。在一些实施例中，第一孔能够被定位在荧光二氧化 硅玻璃1中的第一位置处，并且第二孔能够被定位在荧光二氧化硅玻璃1 中的第二位置处。在一些实施例中，发光装置能够进一步包括从第一位置 至第二位置成浓度梯度的荧光分子。荧光分子能够不均匀地在整个荧光二 氧化硅1分散。发光装置的荧光强度能够在荧光二氧化硅1的长度上变化。 在一些实施例中，由于孔的数量、孔的尺寸和/或孔内荧光材料的量的不同， 荧光梯度能够存在。
在一些实施例中，第一位置能够在荧光二氧化硅玻璃1的第一表面4 处，并且第二位置能够相对于第一表面4更接近光源。在一些实施例中， 第一位置能够至少部分地围绕第二位置。
图3是制造荧光玻璃结构的方法的一些实施例的流程图。在一些实施 例中，方法30能够涉及提供具有多个孔的二氧化硅聚乙烯醇复合物(方 框31)。在一些实施例中，方法30进一步涉及掺杂一种或多种荧光分子(方 框32)。在一些实施例中，方法30进一步涉及烧结，由此制造荧光结构(方 框33)。在一些实施例中，荧光结构能够是本文中之前参考图1和图2描 述的荧光玻璃结构。掺杂(或者之后的过程)容许在一个表面和/或多个表 面上和/或其内产生一种或多种荧光分子的浓度梯度。
本领域技术人员可以理解，对于本文中公开的这一和其它过程和方 法，在这些过程和方法中执行的功能可以被以不同的顺序实施。进一步， 这些概述的步骤和操作仅被作为示例而提供，且这些步骤和操作中的一些 可以为选择性的、组合为较少的步骤和操作或者扩展为额外的步骤和操 作，而不减损所公开的实施方式的核心内容。
在一些实施例中，该方法能够包括提供包括多个孔的二氧化硅聚乙烯 醇复合物，向复合物掺杂一种或多种荧光分子以提供浓度梯度，以及烧结， 由此制造荧光玻璃结构。
在一些实施例中，掺杂过程能够在烧结之前执行。在一些实施例中， 掺杂过程能够在烧结之后执行。在一些实施例中，掺杂能够包括将一种或 多种荧光分子的溶液与复合物接触，以容许一种或多种荧光分子进入多个 孔中的至少一个孔。基于玻璃结构内孔的位置以及玻璃结构被掺杂的时间 量，溶液中的一种或多种荧光分子的浓度能够与荧光玻璃结构中的掺杂浓 度相对应和/或确定荧光玻璃结构中的掺杂浓度。在一些实施例中，孔内的 荧光分子的浓度和/或量能够取决于掺杂被容许发生的时间量。在梯度将发 生的情况下，能够容许掺杂发生一段时间，从而使得所期望的浓度梯度通 过掺杂过程本身建立(随着材料扩散和/或吸入到基质和/或复合物中)。在 一些实施例中，浓度梯度能够通过洗脱(wash out)方法建立。例如，如 果掺杂将充满两个表面的孔(从而使得不存在梯度)，之后清洗或漂洗溶 液能够被应用于表面中的一个，容许在该表面处荧光分子的浓度减小，由 此建立浓度梯度。在一些实施例中，清洗和/或漂洗能够包括第二或不同类 型的荧光分子，从而使得第二荧光分子的添加能够在之前均匀分布的荧光 分子中建立浓度梯度。
在一些实施例中，制造荧光二氧化硅玻璃的方法能够进一步包括通过 控制掺杂发生期间的时间量在荧光玻璃结构上形成荧光分子的非均匀分 布。在一些实施例中，非均匀分布能够包括本文中所述的任何梯度。在一 些实施例中，掺杂发生期间的时间量能够与呈现在荧光玻璃结构中的荧光 量和/或梯度程度相对应。梯度能够被设立在基质的相反侧之间；然而，当 掺杂仅仅发生短暂的一段时间时，梯度不需要完全遍布在基质上，因为荧 光分子可能仅仅只是部分地移动过基质。在一些实施例中，梯度能够通过 控制材料浸入溶液中的速度和/或将材料从溶液提取的速度而被建立或控 制。
在一些实施例中，制造初始复合二氧化硅聚乙烯醇的方法能够涉及提 供锻制二氧化硅的二氧化硅悬浮液。在一些实施例中，该方法进一步涉及 将聚乙烯醇水溶液与二氧化硅悬浮液组合，以形成混合物。在一些实施例 中，该方法进一步涉及干燥该混合物，以获得多孔二氧化硅聚乙烯醇复合 物结构。如上所述，在一些实施例中，荧光分子能够在多孔二氧化硅聚乙 烯醇复合物的产生被形成之前、期间或者之后被添加。
在一些实施例中，制造二氧化硅聚乙烯醇复合物的方法能够进一步包 括在该方法期间调节混合物的pH(优选为将其保持在大约2和大约4之 间)。在一些实施例中，将聚乙烯醇水溶液与二氧化硅颗粒组合能够包括 以大约室温搅拌该混合物。在一些实施例中，混合物能够利用磁搅拌器搅 拌2、3、5、8、10、12、15、20或24小时(包括低于前述值中任一个的 任何范围以及前述值中任意两个之间限定的任何范围)。在一些实施例中， 混合物能够以200、300、500、800、1000、1200或者1500rpm被搅拌， 包括低于前述值中任一个的任何范围以及前述值中任意两个之间限定的 任何范围。例如，在一些实施例中，混合物能够利用磁搅拌器以800rpm 搅拌12小时。在一些实施例中，干燥该混合物能够包括将混合物处于10 ℃、15℃、25℃、30℃、45℃、55℃、65℃、75℃或者大气环境下的室温 中(包括低于前述值中任一个的任何范围以及前述值中任意两个之间限定 的任何范围)。例如，干燥该混合物能够包括在大气中在30℃干燥混合物。 在一些实施例中，复合物能够被合适地干燥，从而使得复合物能够如所期 望地被控制(例如印在其上的图案或者从其中模制出的形状)。在一些实 施例中，复合物能够被干燥0.1、0.5、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、 12或者24小时，包括低于前述值中任一个的任何范围以及前述值中任意 两个之间限定的任何范围。
在一些实施例中，二氧化硅颗粒(例如在复合物中，烧结之前)能够 具有少于100nm的平均直径。在一些实施例中，至少一种二氧化硅颗粒的 平均直径能够是大约5nm至大约50nm。在一些实施例中，至少一种二氧 化硅颗粒的平均直径能够是大约3nm至大约10nm。在一些实施例中，至 少一种二氧化硅颗粒的平均直径能够是大约1nm至大约50nm。在一些实 施例中，至少一种二氧化硅颗粒的平均直径能够是大约7nm。在一些实施 例中，二氧化硅颗粒的平均直径能够低于200nm，例如200、190、180、 150、100、90、80、70、60、50、40、30、20、10或者1nm，包括低于前 述值中任一个的任何范围以及前述值中任意两个之间限定的任何范围。
在一些实施例中，渐变荧光结构能够由至少一种二氧化硅颗粒与聚乙 烯醇组合的复合物形成。在一些实施例中，复合物能够包括至少两倍聚乙 烯醇重量的二氧化硅。在一些实施例中，二氧化硅与聚乙烯醇的重量比为 大约80:20。在一些实施例中，复合物能够包括至少重量与聚乙烯醇相等 的二氧化硅，例如1:1、2:1、3:1、4:1、5:1、6:1、7:1、8:1、9:1、10:1或 者100:1，包括高于前述值中任一个的任何范围以及前述值中任意两个之 间限定的任何范围。在一些实施例中，二氧化硅-聚乙烯醇复合物能够包括 有机/无机界面。
在一些实施例中，随后干燥混合物以获得二氧化硅聚乙烯醇复合物， 二氧化硅聚乙烯醇复合物之后被加热以产生多孔二氧化硅玻璃。荧光分子 能够之后被添加到二氧化硅玻璃，以产生渐变荧光二氧化硅玻璃。
在一些实施例中，制造多孔二氧化硅玻璃的方法能够进一步包括在产 生多孔二氧化硅玻璃的加热过程(烧结过程)之前，将二氧化硅聚乙烯醇 复合物成形为期望的形状。在这一预烧结状态中，二氧化硅聚乙烯醇复合 物能够具有足够柔性以能够被模制成期望的形状。荧光梯度能够在这一过 车之前、期间和/或之后被应用。在一些实施例中，能够在开始成形该复合 物并使用该形状，以容许以期望的图案掺杂，从而获得期望形状的浓度梯 度和/或期望量的浓度梯度。例如，物理顶点能够在可塑复合物中产生，并 且只有顶点能够被暴露在掺杂溶液中——由此导致形成从顶点并向下进 入形成顶点的复合物材料的浓度梯度。在烧结之前，复合物能够之后被重 新成形(例如，压平)，由此提供与简单将复合物的整个前表面暴露而获 得的所不同的形状和/或浓度梯度。
在一些实施例中，在烧结之前，容许二氧化硅聚乙烯醇复合物在某种 程度上干燥。在一些实施例中，制造多孔二氧化硅玻璃的方法能够进一步 包括在干燥过程之前或之后，将荧光分子(和/或其他材料)添加到至少一 个孔。在一些实施例中，荧光分子能够被添加到二氧化硅聚乙烯醇复合物。 例如，荧光分子能够被固定并吸收在二氧化硅聚乙烯醇复合物中的孔中的 表面上。
在一些实施例中，就在模制和/或控制之前，多孔二氧化硅复合物至少 部分地被干燥，例如，1、2、5、10、15、20、30、40、50、60、70、80、 90、95或者99％的水分能够被移除(包括高于前述值中任一个的任何范围 和前述值的任意两个之间的任何范围)。在一些实施例中，这一水分移除 在模制之后和/或模制期间被执行。在一些实施例中，足够的水分被移除， 以保持期望的浓度梯度。在一些实施例中，分离溶剂(能够溶解荧光分子) 能够加入，以进一步改善和/控制荧光梯度。例如，虽然大致递减的梯度能 够通过将第一侧暴露于掺杂材料而从第一侧向第二侧被建立，随后将第一 侧暴露于清洗溶液能够从第一侧移除荧光分子中的一些，容许产生浓度梯 度，其中最高浓度在两个表面之间，而不是简单地在两个表面中的一个处。
在一些实施例中，荧光分子与二氧化硅的重量比(在初始混合物、干 燥复合物和/或最终结构中)能够是1:10、1:100、1:1000、1:10000、1:50,000、 1:100,000或者1:1,000,000，包括低于前述值的任一个的任何范围和前述值 的任意两个之间的任何范围。当然，其中浓度梯度到零的位置没有荧光分 子需要存在。
在一些实施例中，制造结构的方法能够进一步包括加热复合物以产生 透明的二氧化硅玻璃。例如，加热复合物能够包括将复合物从室温加热到 合适的温度，例如500、600、700、800或者900℃或者更高。在一些实施 例中，以期望的速度从模制和/或荧光分子添加发生时的温度(例如，大约 室温)到加热和/或干燥温度过渡，以避免干燥和/或快速蒸汽形成的问题。 在一些实施例中，升高的速度能够为1至10℃/分钟，例如，1、2、3、4、 5、6、7、8、9或者10℃/分钟。在一些实施例中，能够存在两个加热阶段。 在一些实施例中，第一个阶段在从300至900℃的温度范围下发生30分钟 至24小时(例如，室温，40、50、60、70、100、200、300、400、500、 600、700、800、900℃，经历0.5、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、 12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23或者24小时，包括 任何两个温度之间以及任何两个小时之间的任何范围以及高于任何一个 温度以及任何一个所列小时的任何范围)。在一些实施例中，烧结过程能 够被执行以生产二氧化硅基质。在一些实施例中，加热的这一阶段发生在 从室温到1700℃的温度范围下30分钟至24小时(例如，30、40、50、60、 70、100、200、300、400、500、600、700、800、900、1000、1100、1200、 1300、1400、1500、1600、1700℃，经历0.5、1、2、3、4、5、6、7、8、 9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23或者24 小时，包括任何两个温度之间以及任何两个小时之间的任何范围以及高于 任何一个温度以及任何一个所列小时的任何范围)。在一些实施例中，烧 结发生在大气中。在一些实施例中，烧结发生在不同的大气环境中。在一 些实施例中，烧结发生在惰性环境下，并且能够例如在惰性气体下。在一 些实施例中，纳米复合材料能够在以1000℃或者以上烧结时呈现透明度。 由此，在一些实施例中，基质能够使透明的。在一些实施例中，透明度能 够从真空紫外线范围到红外范围。在一些实施例中，少于1000℃的烧结温 度能够被使用，在一些实施例中，其能够为所提供的基质提供不同的光学 特性。
在一些实施例中，一旦材料被模制，其能够之后受到600℃的加热处 理大约3小时，之后加热过程将温度从600℃提升到1100℃，并且之后材 料能够受到1100℃的加热处理大约3小时。当荧光分子在烧结之后被递送 时，能够存在第二干燥过程，以移除和/或减少用于携带荧光分子进入孔中 的任何溶剂。在一些实施例中，荧光分子能够作为液体被施加。在一些实 施例中，荧光分子能够作为气体被施加。在一些实施例中，荧光分子能够 作为等离子体被施加。
实施例
实施例1
制作多孔二氧化硅基质的方法
多孔二氧化硅基质能够大致如美国专利公开号2012/0107589中所概 述的制备。聚乙烯醇溶液被添加至具有7nm的平均原生(primary)颗粒直 径的锻制二氧化硅的二氧化硅悬浮液，以给出二氧化硅：聚乙烯醇重量比 为80:20。pH被调节，并且溶液利用磁搅拌器以800rpm在大气下以室温 搅拌12小时，生产二氧化硅聚乙烯醇水溶液。这在之后被放入期望的模 具中，并且将以30℃在大气中被干燥，以生产二氧化硅-聚乙烯醇复合物。 该纳米复合物具有几纳米至几十纳米量级的孔。
包含荧光过渡金属元素的溶液被用于掺杂二氧化硅-聚乙烯醇复合物。 荧光过渡金属元素呈现为50ppm的浓度。荧光过渡金属进入复合物的孔。 掺杂仅仅被容许继续直到期望的梯度在基质的深度上建立时，从而使得荧 光过渡金属在材料的第一表面处具有更高浓度以及荧光过渡金属在材料 的第二表面处具有更低浓度。
复合物材料以30℃被干燥，以减少来自荧光过渡金属溶液添加的任何 额外的液体。材料能够之后被加热至600℃(从室温以5℃每分钟的速度 增加)3小时。材料之后以1000℃被加热3小时，由此提供在基质的孔中 具有渐变量的荧光分子的透明二氧化硅玻璃。
实施例2
制作荧光灯管壳的方法
聚乙烯醇溶液被添加至具有7nm的平均原生颗粒直径的锻制二氧化 硅的二氧化硅悬浮液，以给出二氧化硅：聚乙烯醇重量比为80:20。pH被 调节，并且溶液利用磁搅拌器以800rpm在大气下以室温搅拌12小时，生 产二氧化硅-聚乙烯醇水溶液。这在之后被放入期望的模具中，并且将以 30℃在大气中被干燥，以生产二氧化硅-聚乙烯醇复合物。该纳米复合物具 有几纳米至几十纳米量级的孔。纳米复合材料被提供为初始材料。材料的 至少一部分被成形为用于LED灯的壳体的期望部分。材料以1000℃被加 热3小时，由此提供具有孔的透明二氧化硅玻璃。
基于作为LED放置到位时壳体的定位，包含荧光稀土元素的溶液被用 于在成形的初始材料中特定位置处掺杂透明二氧化硅玻璃。荧光稀土元素 以10,000ppm的浓度存在。荧光过渡金属进入二氧化硅玻璃的孔。掺杂仅 仅被容许继续直到期望的梯度在基质的表面上建立时，从而使得整个表面 没有被掺杂到像直接被放置在LED之上的那部分一样严重。
稀土元素的过量溶液被移除并且玻璃以30℃被干燥，以减少来自荧光 过渡金属溶液的添加的任何额外液体，由此在基质的孔中提供渐变量的荧 光分子。
实施例3
制作荧光基质的方法
聚乙烯醇溶液被添加至具有7nm的平均原生颗粒直径的锻制二氧化 硅的二氧化硅悬浮液，以给出二氧化硅：聚乙烯醇重量比为80:20。pH被 调节，并且溶液利用磁搅拌器以800rpm在大气下以室温搅拌12小时，生 产二氧化硅聚乙烯醇水溶液。这在之后被放入期望的模具中，并且将以25 ℃在大气中被干燥，以生产二氧化硅-聚乙烯醇复合物。该纳米复合物具有 几纳米至几十纳米量级的孔。纳米复合材料被加热至700℃(从室温以5 ℃每分钟的速度增加)3小时。材料之后以1000℃被加热3小时，由此为 透明二氧化硅玻璃提供孔。
包含荧光分子的溶液被用于掺杂多孔二氧化硅玻璃的第一侧。仅仅第 一侧的表面与溶液接触，并且仅仅足够长，以容许荧光分子和溶液中的一 些进入二氧化硅玻璃的表面上部分打开的孔中，而并不使溶液通过毛细作 用(wick)一直进入二氧化硅玻璃的相反侧，由此在玻璃上建立梯度。荧 光分子在第一侧上呈现为500ppm的浓度。玻璃之后从溶液中被移除，并 且玻璃被容许干燥，由此干燥玻璃中的孔的一些内侧的荧光分子的至少一 些。
本公开不限于本文所描述的特定实施例，这些实施例意在各方案的示 例。能够在不偏离其精神和范围的情况下做出多种改进和变型，这对于本 领域技术人员而言是显而易见的。通过前面的说明，除了本文所列举的那 些之外，在本公开的范围内的功能上等同的方法和装置对于本领域技术人 员而言将是显而易见的。旨在使这些改进和变型落在所附权利要求书的范 围内。本公开仅受所附权利要求书以及这些权利要是所给予权利的等同方 案的整个范围所限制。应当理解的是，本公开不限于特定的方法、试剂、 化合物组成或生物系统，当然这些会变化。还应理解的是，本文所使用的 术语是仅仅是为了描述特定实施例的目的，而不意在限制。
关于本文中基本上任何复数和/或单数术语的使用，本领域技术人员能 够根据上下文和/或应用适当地从复数变换成单数和/或从单数变换成复 数。为了清晰的目的，本文中明确地阐明了各单数/复数的置换。
本领域技术人员将理解，一般地，本文所使用的术语，尤其是随附权 利要求(例如，随附权利要求的主体)中所使用的术语，通常意在为“开 放式”术语(例如，术语“包括”应当解释为“包括但不限于”，术语“具 有”应解释为“至少具有”，术语“包括”应解释为“包括但不限于”，等 等)。本领域技术人员还理解，如果意图表达被引入的权利要求记述项的 具体数量，该意图将明确地记述在权利要求中，并且在不存在这种记述的 情况下，不存在这样的意图。例如，为辅助理解，下面的随附权利要求可 能包含了引导性短语“至少一个”和“一个或多个”的使用以引导权利要 求记述项。然而，这种短语的使用不应解释为暗指不定冠词“一”或“一 个”引导权利要求记述项将包含该所引导的权利要求记述项的任何特定权 利要求局限于仅包含一个该记述项的实施例，即使当同一权利要求包括了 引导性短语“一个或多个”或“至少一个”以及诸如“一”或“一个”的 不定冠词(例如，“一”和/或“一个”应当解释为表示“至少一个”或“一 个或多个”)；这同样适用于对于用于引导权利要求记述项的定冠词的使 用。另外，即使明确地记述了被引导的权利要求记述项的具体数量，本领 域技术人员将理解到这些记述项应当解释为至少表示所记述的数量(例 如，没有其它修饰语的裸记述“两个记述项”表示至少两个记述项或两个 或两个以上的记述项)。此外，在使用类似于“A、B和C等中的至少一个” 的惯用法的那些实例中，通常这样的构造旨在表达本领域技术人员理解该 惯用法的含义(例如，“具有A、B和C中的至少一个的系统”将包括但 不限于仅具有A、仅具有B、仅具有C、具有A和B、具有A和C、具有 B和C、和/或具有A、B和C等等的系统)。在使用类似于“A、B或C 等中的至少一个”的惯用法的那些实例中，通常这样的构造旨在表达本领 域技术人员理解该惯用法的含义(例如，“具有A、B或C中的至少一个 的系统”将包括但不限于仅具有A、仅具有B、仅具有C、具有A和B、 具有A和C、具有B和C、和/或具有A、B和C等等的系统)。本领域技 术人员将进一步理解，呈现两个以上可选项的几乎任何分离词和/或短语， 无论是在说明书、权利要求或附图中，都应理解为设想包括一项、任一项 或两项的可能性。例如，术语“A或B”将理解为包括“A”或“B”或“A 和B”的可能性。
通过前面的论述，将理解到本文已经为了示例的目的描述了本公开的 各实施例，并且可以在不偏离本公开的范围和精神的情况下进行各种改 进。因此，本文所公开的各个实施例不意在限制，真正的范围和精神是通 过随附的权利要求表示的。