光材料在照明行业尤其是LED照明领域得到广泛应用。传统光扩散材料，主要通过在透明塑料基料中加入具有不同折射率的无机或有机扩散粒子，包括SiO2、TiO2、CaCO3等无机微粉以及PMMAPS、微球等有机聚合物微粒，达到提高材料雾度的目的，将点、线光源转换成线、面光源。
评定光扩散材料的两项主要技术指标是透过率和雾度，通常材料的雾度与透过率是相互矛盾的，传统光扩散材料增加材料的光散射能力通常采取增加光扩散剂的方法，由于光扩散剂对光的吸收和遮盖等原因会引起透过率下降。
文章研究了基于表面微结构的新型光扩散材料。通过在扩散板表面设置微结构，可以使光线按几何光学进行扩散。由于表面微结构的存在，可以减少或避免添加光扩散剂。在低光扩散剂含量下，添加微结构可以使材料的雾度大幅度提高，透过率下降很小。
文章以聚甲基硅氧烷有机硅微球为光扩散剂，PMMA为基体，采用共混法制备光扩散材料，研究了光扩散剂含量及在光扩散板成型过程中表面添加微结构对光扩散板的光学性能的影响。研究了2种微结构排布类型。
1实验部分
1.1 实验原料
PMMA:CM-211，折射率为1.49，台湾奇美有限责任公司;聚甲基硅氧烷有机硅微球:粒径2μm，折射率1.44，韩国科隆。
1.2 主要实验设备及仪器
扫描电子显微镜(SEM): S-4700，日本日立公司;分光光度计:CM-3600A，柯尼卡美能达有限公司;真空干燥箱:NZF-6050，上海林频仪器股份有限公司;三维轮廓仪:ZIP250，智能几何测量系统，奥智品光学仪器有限公司;同向双螺杆挤出机:TDS-20A/400-4-36，南京诺达挤出装备有限公司;注塑成型机:HTF120，宁波海天塑机有限公司。
1.3 样品的制备
将PMMA粒料在相对真空度－ 0.092 MPa，温度85℃ 下干燥3h，然后将光扩散剂分别按质量分数为0、0.3 % 、0.5 % 、0.8 % 、1% 、1.5 % 、3% 与PMMA充分混匀。经双螺杆挤出机挤出造粒，双螺杆挤出机各段温度:一区温度为220℃ 、二区温度为230℃ 、三区温度为240℃ 、四区温度为245℃ 、五区温度为245℃ ，机头温度为240℃ ; 然后注射制成用于性能测试的各种标准样，注塑机各段温度:加料温度230℃ ，熔融温度235℃ ，计量温度240℃ ，喷嘴温度235℃。
1.4 性能测试
光扩散粒子分散性测试。将试样在液氮中脆断，表面喷金后用扫描电子显微镜(SEM)观察。切取样品小块断面，行喷金处理后采用S-4700扫描电子显微镜观察其表面形态;采用分光光度计CM-3600A测量扩散板的透过率和雾度，透过率和雾度按GB/T2410－2008测试，试样尺寸为50mm × 50 mm × 1mm;制备的光扩散板的微结构直径用三维轮廓仪ZIP250进行测量。
2实验结果和讨论
2.1 微观形貌
图1(a)为纯光扩散剂的扫描电子显微镜(SEM)照片，图1(b)为所制备的光扩散板的断扫描电子显微镜(SEM)照片，粒径为2μm，填充浓度0.8 % ，聚硅氧烷微球耐热性和分散性能优异，在原料共混、造粒和成型过程中没有遭到破坏，仍然保持良好的微球状，在PMMA中均匀随机分布，呈单分散状。
(a)光扩散剂;( b)光扩散板图1光扩散剂和光扩散的SEM照片
2.2 微结构转印效果的表征
微结构模具采用电火花加工制造，显微镜照片如图2(a) 、(b)所示;用此模注塑得到的三角形排布的半球形微结构和正六边形排布的半球形微结构显微镜照片如图2(c) 、(d)所示;图3为三维轮廓仪测得的光扩散板上微结构的直径尺寸分布。图2可以看出，通过注塑机注射成的制品能较好地复制模具上的微结构。
(a)六边形排布微结构模具;( b)三角形排布微结构模具;( c)六边形排布微结构制品;( d)三角形排布的微结构制品。
2.3光扩散板的光学性能
透过率是以透过光扩散板的光通量与入射的光通量之比的百分数表示;雾度以散射光通量与透过材料的光通量之比的百分率表示。
2.3. 1
光扩散剂的质量分数对光扩散板透过率和雾度的影响
从图4中可以看出，光扩散板的透过率随着光扩散剂用量的增加而下降，这是因为聚硅氧烷微球本身对光的吸收可忽略不计，透过率降低的原因仍然是微球对光的背向散射所致。填充浓度增加，散射次数增加，背向散的累积效应导致透过率下降。光扩散板的雾度随着光扩散剂用量的增加而提高，这是因为随着填充浓度增加，粒子的总散射截面增加，散射次数增加，导致总散射角增加，从而导致雾度提高。光扩散剂质量分数为0.8 % 时，试样的透过率为87.97 % ，雾度可达94.45 % ，扩散效果较好。
图4无微结构光扩散板光扩散剂质量分数对光学性能的影响
2.3. 2 在添加光扩散剂基础上表面微结构对光扩散板透过率和雾度的影响
从图5(a) 、(b)可以看出:六边形排布微结构比三角形排布微结构的光扩散板雾度高、透过率低。这是因为六边形排布微结构比三角形排布微结构要紧密，比表面积更大，所以对光线的扩散效果更好。表面微结构对光有扩散的作用，导致其透过率下降，雾度升高。
从表1的数据可以看出，当光扩散剂质量分数为0时，三角形排布微结构和六边形排布微结构光扩散板相对于无微结构的光扩散板雾度分别提高1054. 67 % 和1381. 71 % ，透过率分别下降4.46 % 和8.39 % ;当扩散剂质量分数为0.3 % 时，三角形排布微结构和六边形排布微结构光扩散板相对于无微结构的光扩散板雾度分别提高232.88 % 和308.88 % ，透过率分别下降4.36 % 和9.07 % ;当光扩散剂质量分数大于0.5 %时，微结构对提高雾度的作用减小，但是透过率下降较快。这是因为在光扩散剂用量较少时，起主要扩散作用的是微结构，但是微结构的扩散效果是一次性的，随着光扩散剂含量逐渐增加，微结构变为补充因素。表明在要求减少或避免添加光扩散剂的情况下，通过表面添加微结构可以实现同样的扩散效果。
3结论
1)注塑成型对微结构具有很好的转印效果，微结构的形状和尺寸都得到了很好的转印;
2)随着光扩散剂质量分数的增加，光扩散板的透过率下降，雾度提高不添加微结构，光扩散剂质量分数为0.8 % 时，光扩散板的透过率为87.97 % ，雾度可达94.45 % ，扩散效果较好;
3)表面微结构对光有扩散的作用，微结构排布较密与微结构排布较疏的光扩散板相比透过率高但雾度低，在光扩散剂的含量较低时，表面添加微结构可以使光扩散板的雾度大幅度提高，透过率下降很小。
表1光扩散板光学性能比较
