当LED新型点光源在照明灯具行业广泛应用的同时，为减弱LED光源单点光强度对视觉的不舒适性刺激，灯具行业出现了扩散
光扩散材料的概述
光扩散材料，指的是可以透过光线、又能够使光线发生散射的材料。光扩散材料可以将点、线状的光源转化为面状的光源，其散射范围较大、透光性良好，且光线分布均匀。光扩散现象的产生是媒质的均匀性遭到破坏的结果，即尺寸达到波长数量级的临近媒质小块之间在光学性质上（如折射率）有较大差异，在入射光的作用下，它们作为次级波源将辐射振幅大小不同的次波，彼此的相位也有差别。这样，由于次波的相干迭加，除了部分光波仍沿着几何光学规定的方向传播外，在其他方向不能抵消，造成散射。因此，当入射光照射在两种折射率不同。早期多用于液晶显示器的背光源材料，又称为光散射材料或散光材料。将光扩散材料用于发光二极管(LED)照明是近年来开辟的一个新应用领域。LED照明较液晶背光源更强、柔和光线性能更高；用于LED照明的光扩散材料在扩散光的同时，须尽量减少光损失，且有良好的韧性。
评价光扩散材料性能的两个重要指标是光线透过率和雾度，前者代表着一种材料的透明程度，而后者代表着材料散射光线能力的强弱。透光率是指透过试样的光通量和射到试样上的光通量之比，它是表征透明高分子材料透明程度的一个重要性能指标。一种高分子材料的透光率越高，其透明性就越好。雾度又称浊度，是透过试样而偏离入射光方向的散射光与透射光通量之比，它衡量一种透明或半透明材料不清晰或者浑浊的程度，雾度大小是材料内部或表面上的不连续性或不规则性所造成的。通常用雾度表征光散射材料的光散射强弱。
随着液晶显示器的大量应用，作为其背光源模组重要组成部分的光扩散膜的需求也越来越大。光扩散膜的作用是将点光源、线光源转化为面光源，具有高透光率和高雾度等特点。光扩散材料根据作用机理不同，可分为面扩散和体扩散两种。面扩散主要通过打磨、涂层、喷砂或刻痕等手段，利用粗糙表面产生光扩散。如LinChifeng等通过表面微结构处理制备光扩散材料；体扩散是通过在透明基体中添加异质颗粒的方法，利用颗粒的散射产生光扩散，一般采用共混法制备。如赵鋆冲等以聚碳酸酯为基体通过添加有机硅
光扩散材料是光线通过塑料基材的扩散层，遇到内含与其折射率相异的介质(扩散粒子)时，会发生多角度、多方向的折射、反射与散射的现象，从而使点光源达到光扩散效果，为照明灯具提供更加均匀、更加舒适的出光效果。目前，市场上主流光散射材料可采用聚合法制备与共混法制备。常用的光散射材料基体主要采用透明聚合物，如聚碳酸酯(PC)、PS、透明聚烯烃材料、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等。
光扩散材料的发展背景
自20世纪60年代世界第一个半导体发光二极管诞生以来，作为一种全新的照明技术LED利用半导体芯片作为发光材料、直接将电能转换为光能，以其发光效率高、耗电量少、使用寿命长。安全可靠性强、环保卫生等优越性，已逐渐取代传统光源，成为新一代的主流光源。但是LED照明灯具一般由若刚LED排列组成，每一个LED都是一个独立的点发光源，发光强度相对较高，多个电光源密集组合成的LED照明必然会形成光线不均匀以及炫目等问题，用于照明时必然会给人的视觉带来炫目等不适。而光扩散膜可以有有效解决LED的抢光问题，使照明光均匀柔和，消除炫光。传统的透光和扩散光线的材料都是透明或乳白的玻璃或塑料，光线经过它们时发出折射（透明材料）或扩散（漫透射材料），将它们做成平片或棱镜透镜（仅对透明材料）后控制光线的走向，从而达到改变光源光分布的目的。不过控光部件的能力或功效比较低，受棱角大小、材料表面的反射和折射率数值的限制，光线的偏折角度是有上限的，效率不高。
近年来，液晶显示技术不断发展与成熟，在平板显示市场占据了主导地位，尤其是具有高画质、空间利用率佳、低消耗功率及无辐射等优越特性的薄膜晶体管液晶显示器（TFT-LCD），更已成为市场主流。随着TFT-LCD的蓬勃发展，导光板作为其不可缺少的组成部分———背光照明系统的组成构件，其需求量也不断增加。传统的印刷型导光板由于散射角过大，印刷点亮度对比高，为了使光线均匀射出，必须使用较厚的扩散膜，但会使背光组件的照明亮度降低；而注射型导光板虽然能解决导光板厚度方面的问题，但其对于机械的加工精度要求非常高，也给实际工业生产带来诸多不便。因此，光扩散聚合物导光板具有非常高的研究和开发价值。
常用的光扩散材料的光学性能要求与主要技术指标主要有：(1)具有高透光、高扩散、无眩光、无光影；(2)光源隐蔽性要好，有效调整扩散率和透光率；(3)具有良好流动性，良好的模具脱模性质，优良的耐候性；(4)透光率达到或超过80%；(5)具有高阻燃性；(6)具有高抗冲击强度；(7)适合于LED灯罩、灯泡、灯管的使用。
常用光扩散材料简介
3. 1 光扩散聚碳酸酯 (PC) 材料
聚碳酸酯(简称PC)是分子链中含有碳酸酯基的高分子聚合物，1898年Einhom采用对苯二酚和间苯二酚在吡啶溶液中进行光气化反应，首次合成出聚碳酸酯。1953年，德国拜耳公司首先研究成功PC，并于1958年首先实现了工业化生产，至今已有50多年的历史。在聚碳酸酯合成工艺的发展历程中，出现过很多合成方法。目前，可用于工业规模生产的则有光气(界面缩聚)法和熔融酯交换缩聚法、非光气熔融酯交换缩聚法3种合成工艺，工艺由原来传统酯交换合成工艺从根本上摆脱了有毒的光气，是一种无污染的绿色合成。根据酯基的结构可分为脂肪族、芳香族、脂肪族．芳香族等多种类型引。由于脂肪族和脂肪族一芳香族聚碳酸酯的机械性能较低，从而限制了其在工程塑料方面的应用，因此仅有芳香族聚碳酸酯实现了工业化生产。芳香族聚碳酸酯具有无色透明，耐热，抗冲击，阻燃BI级，在普通使用温度内都有良好的机械性能而广泛的被运用在各个领域，目前已经推出了光盘、汽车、办公设备、箱体、包装、医药、照明、薄膜等多种产品各自专用的品级牌号。
聚碳酸酯（PC）无色透明，耐热，抗冲击，在普通使用温度内都有良好的机械性能，同时透光率高达百分之九十以上，兼有易成型、密度低等特点，是一种综合性能良好的热塑性塑料。光扩散材料的制备方法一般可分为聚合法和共混法两种，聚合法在聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)基光扩散材料的制备中应用较为广泛，但在PC基光扩散材料的制各中应用较少，相关研究和报道也较为少见。
(1) 聚合法是根据光折射的原理，选择折射存在一定的差异、相容性不好的两种聚合物单体共同聚合或者是采用分段聚合，用来进一步制备光散射的材料。常用的聚合法是将两种反应活性不同的单体进行聚合制备，因为散射体单体与形成基体的单体反应活性不相同，散射体单体产生自聚或与基体单体嵌段共聚，这样两种单体对于各自聚合链内所形成的凝聚核其光学性质是均匀，在凝聚核的边界。
(2) 共混改性法是在PC树脂
PC光扩散材料，具有良好的光扩散效果，较高的透光率以及优异的力学性能。未来对于PC光扩散材料的研究应该分层进行，先研究选择出优异性能的散射体粒子，进而制备出和基体树脂能够相容的、有优异光学性能的复合材料。引起了业界的极大的关注。
3. 2 对苯二甲酸乙二醇酯 PET
PET是聚对苯二甲酸类塑料的一种，全称是聚对苯二甲酸乙二醇酯，是热塑性聚酯中最主要的品种。它是对苯二甲酸与乙二醇的缩聚物，与PBT一起统称为热塑性聚酯，或饱和聚酯。第一个PET纤维的制备专利由英国于1946年发表，被美国杜邦公司购买，建立生产装置，并首个实现工业化生产。20世纪80年代以来，PET工程塑料进展迅速，作为热塑性聚酯，成为五大工程塑料之一。
PET是乳白色或浅黄色高度结晶性的聚合物，表面平滑而有光泽)分子结构高度对称，具有一定的结晶取向能力，故具有较高的成膜性、很好的光学性能和耐候性，非晶态的PET具有良好的光学透明性。另外它还具有优良的耐磨耗摩擦性和尺寸稳定性以及电绝缘性；PET耐蠕变、抗疲劳，磨耗小而硬度高，具有热塑性塑料中最大的韧性；电绝缘性能好，受温度影响小，但耐电晕性较差。PET无毒、耐气候性、抗化学药品稳定性好，吸水率低，耐弱酸和有机溶剂，但不耐热水浸泡，不耐碱。众多优良的品质和特点决定了其在生活和生产中的广泛应用和重要地位。
H. P. Kuo 等对涂覆法制备聚对苯二甲酸乙二酯(PET)光扩散膜进行研究。目前LCD中应用的PET光扩散膜都是用涂覆工艺制备。通过共混法在聚对苯二甲酸乙二酯(PET)中添加光扩散剂制备PET光扩散膜。利用Mie散射理论计算了光扩散剂颗粒的折射率和粒径对光扩散效果的影响，并通过实验对理论计算结果进行验证。结果表明，光扩散剂颗粒折射率对光扩散效果的影响较小，而颗粒粒径的影响较大，与理论计算结果相吻合。探讨了光扩散剂添加量对光扩散效果的影响和原因，制备出透光率为85.3%、雾度为90.86%的PET光扩散膜，具有较为广泛的应用前景。
3. 3 光扩散聚甲基丙烯酸甲酯 (P MMA ) 材料
聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)是透光性最好的塑料之一，透光率可达92%，堪与光学玻璃媲美，并且它硬度高，高温可塑性好，是理想的光散射材料基体。具有散射能力的高聚物导光材料同时具有透明性和散射能力。这种材料能将点、线光源转化成线、面光源，散射角大，导光性好，透光均匀，是一种新型的背光源材料，可用于制造液晶显示器(LCD)导光板，我国LCD需求的高速增长极大地拉动了PMMA的生产。广泛应用于广告招牌、指示标牌、展示橱窗、投影壁墙、照明光源以及液晶显示等领域。
制备高散射高聚物导光材料的方法大致可分为两种：(1)物基体材料和分散于其中的散射体粒子共混。这种方法的缺陷是散射体粒子在基体中混合分散很难达到均匀，而影响光散射效果；(2)利用折光率有一定差异、相容性不太好的两种聚合物原位共聚合。这种方法的缺陷是:散射体与基体两相间的不相容性可能造成散射体粒子凝聚。
此外，将苯乙烯预聚物加入到甲基丙烯酸甲酯单体中进行原位聚合，制备透明、高散射、导光聚合物材料。对预聚反应体系的引发剂用量、预聚时间以及苯乙烯预聚物用量和反应温度等条件对样品的透明性、散射性影响进行了研究。结果表明，在预聚温度80℃时，St预聚物的用量在0.2%～1%，预聚20min能够得到透明高散射导光的高聚物材料。实验表明，随着苯乙烯预聚物用量的增加或预聚时间的延长，材料的透光率下降，散射增强，雾度升高。材料的透光率能够大于85%,雾度大于80%。
将苯乙烯(St)一定时间的聚合产物(散射添加物)与甲基丙烯酸甲酯(MMA)单体进行原位聚合，制备透明、高散射、导光聚合物体散射材料。对材料的光学性能测试表明：调节散射添加物的用量，可以调控材料的透光率和雾度，透光率随着添加物用量的增加而下降，雾度随添加物用量的增加而上升，材料的透光率能够大于85%，雾度大于80%；对材料的红外分析表明光散射材料的散射基体为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)；反应体系温度的变化使材料的分子量具有双峰分布；材料的分子量分布介于3.0与3.5之间;材料的微观结构分析表明：聚苯乙烯(PS)均匀的分布在PMMA基体中，其尺寸与可见光波长相当或略小；随着添加物用量的增加，分散在PMMA基体中的PS的粒径增加，分布的密度减少。通过将散射添加物加入到第二单体MMA中进行原位聚合能够制备出高散射、导光和透明的高聚物体散射材料。通过微观结构的观察可知材料内部散射体粒子分布均匀。红外分析表明材料的散射基体为PMMA。调节散射添加物的用量，能够调控材料的透光率、雾度与散射强度，可以得到透光率大于85%且雾度大于80%的散射性能优异的聚合物体散射材料。材料的分子量具有双峰分布，有利于兼顾力学性能和加工性能。
近年来，全球LED产业发展迅猛，各国对LED产业的发展表现出极大的热情。2012年5月7日，由科技部发布的《半导体照明科技发展“十二五”专项规划》提出：到2015年，LED照明产品占通用照明的30%，建成50个“十城万盏”点示范城市。市场的需求和政策的支持都预示着LED照明灯具的市场前景十分广阔，作为LED照明灯具外壳材料的光扩散材料也随之迎来巨大的市场需求。目前，大多数新型光扩散材料采用透明的聚合物基体材料和扩散体粒子共混的方法生产。光扩散剂多采用无机粒子，包括玻璃微珠，SiO2 ，TiO2 ，CaCO3 ，MgSiO3 ，BaSO4 及硫化物ZnS，BaS等。这些无机粒子通常是坚硬、不规则的，加工时容易磨损加工设备，分散相的颗粒大小很难达到均匀，使聚合物基体的力学性能有所下降，这些粒子对热、氧和紫外光敏感，如果分散粒子过大还会导致材料的表面不平，而且，无机粒子的加入会严重影响透光率，严重限制了无机粒子在光扩散材料中的应用。近年来，有机聚合物粒子作为光扩散剂的应用也较多，主要有聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、硅树脂、丙烯酸类树脂、甲基丙烯酸甲酯–苯乙烯交联共聚微球等。在光扩散材料中，光扩散剂的选择、用量及粒径对光扩散材料光学性能的影响最为关键，笔者选取力学性能优良、加工性能优异的聚碳酸酯(PC)作为基体材料，研究不同种类、用量和粒径的有机光扩散剂对光扩散材料的力学和光学性能的影响，为实际生产和应用提供参考。总而言之，光扩散材料面光源，可以广泛应用于广告招牌、指示标牌、展示橱窗、投影壁墙、照明光源、背投电视屏幕等。它还可以与液晶元件复合制备高分子分散型散射元件，以及作为液晶显示器背光源材料；而且在未来的照明以及电子显示领域将发挥这必不可少的作用。
