光材料在照明行業尤其是LED照明領域得到廣泛應用。傳統光擴散材料，主要通過在透明塑料基料中加入具有不同折射率的無機或有機擴散粒子，包括SiO2、TiO2、CaCO3等無機微粉以及PMMAPS、微球等有機聚合物微粒，達到提高材料霧度的目的，將點、線光源轉換成線、面光源。
評定光擴散材料的兩項主要技術指標是透過率和霧度，通常材料的霧度與透過率是相互矛盾的，傳統光擴散材料增加材料的光散射能力通常采取增加光擴散劑的方法，由于光擴散劑對光的吸收和遮蓋等原因會引起透過率下降。
文章研究了基于表面微結構的新型光擴散材料。通過在擴散板表面設置微結構，可以使光線按幾何光學進行擴散。由于表面微結構的存在，可以減少或避免添加光擴散劑。在低光擴散劑含量下，添加微結構可以使材料的霧度大幅度提高，透過率下降很小。
文章以聚甲基硅氧烷有機硅微球為光擴散劑，PMMA為基體，采用共混法制備光擴散材料，研究了光擴散劑含量及在光擴散板成型過程中表面添加微結構對光擴散板的光學性能的影響。研究了2種微結構排布類型。
1實驗部分
1.1 實驗原料
PMMA:CM-211，折射率為1.49，中國臺灣奇美有限責任公司;聚甲基硅氧烷有機硅微球:粒徑2μm，折射率1.44，韓國科隆。
1.2 主要實驗設備及儀器
掃描電子顯微鏡(SEM): S-4700，日本日立公司;分光光度計:CM-3600A，柯尼卡美能達有限公司;真空干燥箱:NZF-6050，上海林頻儀器股份有限公司;三維輪廓儀:ZIP250，智能幾何測量系統，奧智品光學儀器有限公司;同向雙螺桿擠出機:TDS-20A/400-4-36，南京諾達擠出裝備有限公司;注塑成型機:HTF120，寧波海天塑機有限公司。
1.3 樣品的制備
將PMMA粒料在相對真空度－ 0.092 MPa，溫度85℃ 下干燥3h，然后將光擴散劑分別按質量分數為0、0.3 % 、0.5 % 、0.8 % 、1% 、1.5 % 、3% 與PMMA充分混勻。經雙螺桿擠出機擠出造粒，雙螺桿擠出機各段溫度:一區溫度為220℃ 、二區溫度為230℃ 、三區溫度為240℃ 、四區溫度為245℃ 、五區溫度為245℃ ，機頭溫度為240℃ ; 然后注射制成用于性能測試的各種標準樣，注塑機各段溫度:加料溫度230℃ ，熔融溫度235℃ ，計量溫度240℃ ，噴嘴溫度235℃。
1.4 性能測試
光擴散粒子分散性測試。將試樣在液氮中脆斷，表面噴金后用掃描電子顯微鏡(SEM)觀察。切取樣品小塊斷面，行噴金處理后采用S-4700掃描電子顯微鏡觀察其表面形態;采用分光光度計CM-3600A測量擴散板的透過率和霧度，透過率和霧度按GB/T2410－2008測試，試樣尺寸為50mm × 50 mm × 1mm;制備的光擴散板的微結構直徑用三維輪廓儀ZIP250進行測量。
2實驗結果和討論
2.1 微觀形貌
圖1(a)為純光擴散劑的掃描電子顯微鏡(SEM)照片，圖1(b)為所制備的光擴散板的斷掃描電子顯微鏡(SEM)照片，粒徑為2μm，填充濃度0.8 % ，聚硅氧烷微球耐熱性和分散性能優異，在原料共混、造粒和成型過程中沒有遭到破壞，仍然保持良好的微球狀，在PMMA中均勻隨機分布，呈單分散狀。
(a)光擴散劑;( b)光擴散板圖1光擴散劑和光擴散的SEM照片
2.2 微結構轉印效果的表征
微結構模具采用電火花加工制造，顯微鏡照片如圖2(a) 、(b)所示;用此模注塑得到的三角形排布的半球形微結構和正六邊形排布的半球形微結構顯微鏡照片如圖2(c) 、(d)所示;圖3為三維輪廓儀測得的光擴散板上微結構的直徑尺寸分布。圖2可以看出，通過注塑機注射成的制品能較好地復制模具上的微結構。
(a)六邊形排布微結構模具;( b)三角形排布微結構模具;( c)六邊形排布微結構制品;( d)三角形排布的微結構制品。
2.3光擴散板的光學性能
透過率是以透過光擴散板的光通量與入射的光通量之比的百分數表示;霧度以散射光通量與透過材料的光通量之比的百分率表示。
2.3. 1
光擴散劑的質量分數對光擴散板透過率和霧度的影響
從圖4中可以看出，光擴散板的透過率隨著光擴散劑用量的增加而下降，這是因為聚硅氧烷微球本身對光的吸收可忽略不計，透過率降低的原因仍然是微球對光的背向散射所致。填充濃度增加，散射次數增加，背向散的累積效應導致透過率下降。光擴散板的霧度隨著光擴散劑用量的增加而提高，這是因為隨著填充濃度增加，粒子的總散射截面增加，散射次數增加，導致總散射角增加，從而導致霧度提高。光擴散劑質量分數為0.8 % 時，試樣的透過率為87.97 % ，霧度可達94.45 % ，擴散效果較好。
圖4無微結構光擴散板光擴散劑質量分數對光學性能的影響
2.3. 2 在添加光擴散劑基礎上表面微結構對光擴散板透過率和霧度的影響
從圖5(a) 、(b)可以看出:六邊形排布微結構比三角形排布微結構的光擴散板霧度高、透過率低。這是因為六邊形排布微結構比三角形排布微結構要緊密，比表面積更大，所以對光線的擴散效果更好。表面微結構對光有擴散的作用，導致其透過率下降，霧度升高。
從表1的數據可以看出，當光擴散劑質量分數為0時，三角形排布微結構和六邊形排布微結構光擴散板相對于無微結構的光擴散板霧度分別提高1054. 67 % 和1381. 71 % ，透過率分別下降4.46 % 和8.39 % ;當擴散劑質量分數為0.3 % 時，三角形排布微結構和六邊形排布微結構光擴散板相對于無微結構的光擴散板霧度分別提高232.88 % 和308.88 % ，透過率分別下降4.36 % 和9.07 % ;當光擴散劑質量分數大于0.5 %時，微結構對提高霧度的作用減小，但是透過率下降較快。這是因為在光擴散劑用量較少時，起主要擴散作用的是微結構，但是微結構的擴散效果是一次性的，隨著光擴散劑含量逐漸增加，微結構變為補充因素。表明在要求減少或避免添加光擴散劑的情況下，通過表面添加微結構可以實現同樣的擴散效果。
3結論
1)注塑成型對微結構具有很好的轉印效果，微結構的形狀和尺寸都得到了很好的轉印;
2)隨著光擴散劑質量分數的增加，光擴散板的透過率下降，霧度提高不添加微結構，光擴散劑質量分數為0.8 % 時，光擴散板的透過率為87.97 % ，霧度可達94.45 % ，擴散效果較好;
3)表面微結構對光有擴散的作用，微結構排布較密與微結構排布較疏的光擴散板相比透過率高但霧度低，在光擴散劑的含量較低時，表面添加微結構可以使光擴散板的霧度大幅度提高，透過率下降很小。
表1光擴散板光學性能比較
