左志剛，周 帥，田同金，王 強，李 瑞，魏 浩，王國軍*

（教育部超輕材料和表面技術重點實驗室，哈爾濱工程大學材料科學與化學工程學院，哈爾濱 150001）

0 前言

光擴散材料（LDM）是一種能使光通過并發(fā)生光擴散效應的一種材料［1］。這種材料可以通過散射和折射作用，將原本為點光源和線光源的入射光擴散為線光源和面光源，大幅增大光的擴散面積，降低由于光集中所產(chǎn)生的眩光現(xiàn)象。近年來，半導體發(fā)光二極管（LED）因具有發(fā)光效率高、耗電量少和使用壽命高等優(yōu)點得到了廣泛的應用，但LED存在發(fā)光強度高且易產(chǎn)生眩光現(xiàn)象的問題［2］。使用光擴散材料可以大幅改善眩光現(xiàn)象，使光線變得更加柔和，此外光擴散材料還廣泛應用于化妝品［3］、臨床醫(yī)學［4］、生物材料［5］、裝飾照明［6］及農(nóng)業(yè)［7］等領域。

評價光擴散材料性能的指標主要包括透光率、霧度以及擴散角［8］。透光率表示光穿透介質的能力，由穿過介質的光通量與入射的總光通量之比所得，透光率高代表材料的透明度高；霧度（H，%）表示光擴散材料對光的模糊霧化效果，由式（1）所得，TT表示透射光強度，PT表示平行光強度，霧度高代表材料對光的擴散性越好；擴散角表示當光強度達到入射光中心光強度的一半時所對應的擴散角度，擴散角大代表材料的擴散范圍大。霧度和透光率是相互矛盾的指標，提升霧度，勢必會降低材料的透光率，優(yōu)異的光擴散材料需要同時具備高透光率、高霧度以及寬的擴射角。

光擴散材料的制備主要有3種方式：表面浮雕型［9-14］、體積擴散型［15-21］和復合型［22-23］。表面浮雕型材料是指利用光刻和壓印等手段在材料表面構造微透鏡、三維多孔結構或粗糙凹凸表面等微結構，通過對入射光進行透射、反射和散射從而實現(xiàn)光擴散性能的一種材料；體積擴散型材料一般由基體材料與光擴散粒子構成，基體材料包括聚碳酸酯（PC）、聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）及聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）等，光擴散粒子包括有機材料、無機材料以及有機無機復合材料，如聚苯乙烯（PS）、二氧化硅（SiO2）、二氧化鈦（TiO2）及PMMA/SiO2等，通過將光擴散粒子混入基體內(nèi)部或表面，利用光在擴散粒子間的反射與折射實現(xiàn)光擴散性能；復合型光擴散材料結合了表面浮雕型與體積擴散型的優(yōu)點，能實現(xiàn)更加優(yōu)良的性能。本文綜述了近年來光擴散材料的不同制備工藝方法以及相對應的光擴散性能。

1 光擴散基本機理

光擴散材料遵循光的折射定律、散射定律以及反射定律，其中最重要的是光的散射定律［24］，目前采用的光的散射定律包括瑞利散射以及Mie散射理論。當光通過非均質薄膜時，由于非均質相與基體的折射率不同，會發(fā)生散射現(xiàn)象，從而導致透光強度減弱。散射的類型取決于非均質相的大小，如果非均質相的大小遠遠小于入射光的波長時，發(fā)生瑞利散射；如果非均質相的大小與入射光的波長相當或者遠大于入射光波長時，則發(fā)生Mie散射，如圖1所示。

圖1 瑞利散射和Mie散射示意圖［8］Fig.1 Schematic diagram of Rayleigh scattering and Mie scattering［8］

體積擴散型材料的光擴散性能主要是由光擴散劑與基體樹脂之間的存在的折射率差異所實現(xiàn)的。具有折射率差異（1.49/2.49）的核殼納米粒子PMMA/TiO2涂覆在丙烯酸樹脂表面制備出了光學透明黏合劑（OCA），如圖2所示，兩種材料由于界面處的折射率差異發(fā)生了光的散射效應，實現(xiàn)了OCA的寬視角屬性［19］。

圖2 嵌入核殼粒子制備的OCA由于折射率差異在界面處發(fā)生的散射效應［19］Fig.2 The scattering effect of OCA prepared by embedded core-shell particles at the interface due to the difference of refractive index［19］

圖3所示為表面浮雕型光擴散材料的擴散機理。表面具有微陣列結構的材料，當LED照射時，光線通過材料在彎曲半球處發(fā)生散射擴散現(xiàn)象，在保持光強度的同時大幅增加了擴散面積，而剩余一部分光線，會在密封材料內(nèi)部發(fā)生反射來保留一部分光強度以便進一步利用。

圖3 微陣列突起對光的擴散示意圖［23］Fig.3 Schematic diagram of light diffusion by microarray protrusion［23］

2 光擴散材料的研究進展

2.1 表面浮雕型光擴散材料

表面浮雕型光擴散材料的構造方法主要包括：微透鏡、三維多孔結構和粗糙凹凸表面。表面浮雕型材料不需要基體材料的參與，但是制備工藝繁瑣，成本高，不適合大規(guī)模制備及使用。

Takahiro等［25］采用光刻技術制造了致密的微透鏡結構，并在PC上利用周期性或隨機排列的微透鏡結構，采用單向漫射紫外光照射，制備出了具有層狀結構的聚合物分散液晶（PDLC）。這種層狀結構的PDLC具有高擴散效率，且霧度值沒有極化依賴性，可應用于照明設備及功能顯示領域。Yoon等［26］采用同樣的方法在鎳模具上復刻微透鏡陣列光擴散材料，通過調(diào)整紫外光照射劑量，控制微透鏡的拋物面形狀，制備出了擴散角高達150°的光擴散材料，可應用于LED背光系統(tǒng)。

Shih等［27］基于復制模塑工藝，如圖4所示，將液態(tài)聚二甲基硅氧烷（PDMS）鑄入凹型微透鏡模具中，利用旋轉鍍膜工藝在其上懸浮一層液態(tài)PMMA薄膜，通過復合工藝制備出的PDMS微透鏡陣列光擴散材料具有良好的表面粗糙度和優(yōu)異的光擴散性能，并大幅減低了微透鏡陣列的制備成本，有助于大規(guī)模使用。

圖4 基于復制模塑工藝制備PDMS微透鏡的示意圖［27］Fig.4 Schematic diagram of PDMS microlen preparation based on replication molding process［27］

Deng等［28］通過單脈沖飛秒激光輔助化學濕法刻蝕技術制備了具有特定旋轉角度的雙層緊密排列的微透鏡陣列，采用光學玻璃可在高功率激光應用中用作光擴散材料，隨著旋轉角度的變化，光擴散的性能發(fā)生變化，當旋轉角度為60°時，雙層微透鏡陣列的均勻化性能最佳，可獲得最好的光擴散性能。

Lim等［9］在旋涂工藝過程中加入氣體蒸汽的方法，制備了具有三維孔道的多孔聚合物薄膜。他們將醋酸丁酸纖維素（CAB）溶液旋涂在玻璃基板背面，在旋涂過程中，水霧通過超聲波型加濕器直接供給旋涂機，保持相對濕度（RH）在90%以上，干燥后形成三維多孔薄膜，孔徑分布在（300～500 nm）之間。這種多孔聚合物薄膜具有40%的光學霧度，用作OLED的光擴散膜時，具有良好的光擴散效果和較低的視角依賴性。

Wu等［29］將納米纖維素纖維懸浮液滴涂在干凈的玻璃基板上，形成多層厚的半透明粗糙微結構薄膜，基于較大的堆積密度以及粗糙微結構表面，這種薄膜在可見光和近紅外光譜中可顯示出90%的光學透射率以及高達78%的霧度。此外，作者對這種薄膜進行了200℃高溫熱測試以及12 h紫外線照射測試，結果顯示，納米纖維素光擴散膜具有優(yōu)秀的抗紫外線性能、熱穩(wěn)定性以及良好的光擴散性能，有利于在太陽能電池方面的應用。

Takuya等［11］利用PDMS制備了一種具有可調(diào)變形褶皺的表面微結構光擴散材料。通過對材料施加單軸應力作用，材料表面會產(chǎn)生周期性的微褶皺結構，這種結構可以對入射激光產(chǎn)生光擴散作用達到使光線均勻柔和的效果。作者通過實驗和幾何光學，研究了微結構光擴散材料性能的影響因素以及光擴散機理，發(fā)現(xiàn)改變單軸應力的大小時，光擴散性能會發(fā)生改變，且材料的光擴散性能隨著單軸應力的增大而改善。該研究提供了一種改善微結構光擴散材料性能的方法。

Butt等［30-31］在玻璃上利用熱處理的方法原位制備了一層鈉硅灰石的光擴散材料。利用如圖5所示的鈉硅灰石獨特的針狀微納米結構，制得的光擴散材料具有對光的各向異性，因此可以對點光源產(chǎn)生良好的擴散效果、較大的擴散面積以及高達70%的透光率。他們將鈉硅灰石應用于液晶光電設備，通過改變施加電壓的大小可以精確調(diào)控設備的光擴散性能。鈉硅灰石光擴散材料有望廣泛應用于光電設備以及生物傳感器領域。

圖5 鈉硅灰石的微結構以及光擴散效果示意圖［30］Fig.5 Schematic diagram of microstructure and light diffusion effect of soda wollastonite［30］

雖然保證了一定水平的透光率，但以上幾種表面浮雕型光擴散材料的霧度參數(shù)最高都不超過80%，這種光擴散材料難以適用于對霧度需求極高的光電等領域，并且光刻、汽蝕和機械拉伸等制備微結構的方法繁瑣復雜且成本極高，并不能很好地轉化到大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)。因此，近些年來針對利用微結構實現(xiàn)光擴散效應的研究逐漸減少，大家把研究興趣更多的投入到了簡便且低成本的添加光擴散劑的體積擴散型光擴散材料的研究中。

2.2 體積擴散型光擴散材料

體積擴散型光擴散材料按照添加光擴散劑的種類可分為無機光擴散劑、有機光擴散劑以及混合光擴散劑等3種光擴散材料。添加無機光擴散劑會顯著提高光擴散材料的霧度，但存在團聚問題且會降低材料的透光率；有機光擴散劑制備簡便，成本低，但存在熱穩(wěn)定性問題且光擴散性能提升不明顯；復合光擴散劑很好地結合了二者的優(yōu)點，目前體積擴散型光擴散材料的研究主要集中在復合光擴散劑領域。

2.2.1 無機光擴散劑

Zhao等［32］采用原位沉淀法合成了二氧化鈰（CeO2）包覆的硅酸鹽核殼微球（SMS/CeO2），制備了SMS/CeO2/PC光擴散材料。當光擴散劑填充量為0.2%（質量分數(shù)，下同）時復合材料顯示出了64%的透光率以及高達90%的霧度，同時由于包覆了CeO2涂層，制備的復合材料具有良好的藍光屏蔽性能以及對其他可見光的良好的透光性能。

Suthabanditpong等［33-34］將400 ℃煅燒過后的中空納米SiO2懸浮液與丙烯酸酯單體溶液混合旋涂在玻璃基板上，經(jīng)紫外光固化制備得到高透明的光擴散膜。如圖6所示，光線經(jīng)LED光源發(fā)射出，作為透射光線在穿過薄膜的過程中遇到中空納米SiO2發(fā)生了多次折射進而實現(xiàn)了對光的擴散作用。作者研究了不同含量光擴散劑對光擴散膜的性能影響，隨著中空納米SiO2含量的增加，光擴散材料的霧度隨之增加，光擴散面積增大，當光擴散劑添加含量為20%時，材料顯示出93%的透光率以及30%的霧度，這種光擴散材料在LCD液晶顯示領域有著極好的應用前景。

圖6 中空納米SiO2對光的擴散原理示意圖［34］Fig.6 Schematic diagram of light diffusion principle of hollow nano SiO2［34］

Zhong等［35］通過無模板水熱法合成了3D空心花型Mg-Al微球，并將其作為一種低廉的光擴散劑均勻的涂抹在厚度為50 μm的PET薄膜上，經(jīng)紫外光固化后制備成光擴散膜。當光擴散劑添加含量為15%時，光擴散膜顯示出了高達81%的透光率、86%的霧度以及60°的擴散角度。將一束波長為405 nm的激光直接照射在所制備的光擴散膜上，隨著光擴散劑含量的增加，激光形成的光斑范圍逐漸變大且光線變得柔和，為今后發(fā)展性能優(yōu)異的光擴散材料提供了新的方案。

Golubchikova等［36］使用雙螺桿擠出機將中空玻璃微球和PS基體進行共混，在熱壓機的作用下制備出了光擴散膜，研究了不同厚度的光擴散膜和添加不同含量的光擴散劑對光擴散性能的影響，發(fā)現(xiàn)當光擴散膜厚度為1 mm時，添加0.8%的光擴散劑顯示出了最佳光擴散性能：45.66%的透光率以及在光源410 nm波長處77.62%的霧度。Tong等［37］采用同樣的方法制備了勃姆石填充的PC基光擴散材料，在保持PC優(yōu)異的力學性能的同時，顯示出了良好的光擴散性能以及加工流動性，在勃姆石含量為0.5%時，光擴散材料達到了高達81%的透光率以及86%的霧度，有望為LED照明設備的大型化提供更高性價比的解決方案。

Jonsson等［38］將 SiO2粒子分散到納米纖維素懸浮液中，在60℃烘箱中干燥24 h制備得到光擴散透明紙張。這種復合材料在可見光波長范圍內(nèi)顯示出較高的透明度，通過調(diào)節(jié)SiO2的含量可以實現(xiàn)從0～90%的霧度調(diào)控，此外，透明紙張可以吸收紅外光實現(xiàn)被動輻射冷卻，將紙張暴露在天空中，可以實現(xiàn)相較環(huán)境溫度降低3℃的冷卻效果。將納米纖維素涂料引入光電設備中，高霧度、低可見光吸收和高熱傳遞相結合的特性可以增強光電設備的光吸收以及可以通過被動輻射冷卻改善電子設備壽命。

Lee等［39］制備了氯化銀（AgCl）納米棒并將其分散到PET薄膜上，利用氧等離子體處理使得薄膜表面出現(xiàn)帶有空氣間隙的錐形結構，利用空氣與PET膜的折射率差異，達到對光的擴散效果，顯示出88.6%的高霧度的同時保持了93.6%的高平均總透光率。作者將這種光擴散膜應用到了虛擬現(xiàn)實（VR）領域，顯著降低了VR顯示器中的屏蔽門效應（SDE），紅色的SDE指數(shù)從41%降至11%，綠色從19%降至0.8%，藍色從14%降至0.7%。這種制備光擴散膜的方法具有制備簡單和適用大面積的優(yōu)點，也可應用于其他光學器件中。

Sachhidananda等［21］制備了以聚乙烯醇（PVA）為基體，溶液燃燒法合成的Mg0.2Ce0.4O納米粒子為光擴散劑的光擴散材料。當光擴散劑含量為0.5%時，材料顯示出了75%左右的透光率以及良好的光擴散面積。Mg0.2Ce0.4O納米粒子的加入增加了復合材料的結晶度、折射率和紫外吸收程度，降低了光帶隙，能夠產(chǎn)生均勻的擴散光，最大限度的減少了LED發(fā)出的白光的光強度損失，有望應用于固體照明、顯示設備以及擴散屏幕等領域。

由于無機光擴散劑的不透明性，添加無機光擴散劑雖然能夠輕松增加材料的霧度值，但如何平衡霧度與透光率的增減問題成為一個難題，研究者們通過調(diào)整光擴散劑的粒徑、添加含量以及基體類型等方面嘗試提高透光率，但至今為止，利用單一無機光擴散劑所制得的材料還不能具備很好的透光率。

2.2.2 有機光擴散劑

Zhang等［40-42］采用不同的固化時間、固化溫度和固化劑（硫醇）制備了基于環(huán)氧樹脂的向列相液晶光擴散復合材料，研究了固化時間、固化溫度以及硫醇對光學性能的影響，在固化時間為1 h以及固化溫度為373.15 K時獲得了同時具備94%以上的高透光率和94%以上高霧度的光擴散膜。作者利用同樣的方法還研究了結合聚合物網(wǎng)絡和聚合物微球形態(tài)的光擴散材料。

Wang等［43］采用酸水解方法合成了纖維素納米晶（CNCs），然后利用CNCs與PDMS良好的兼容性的特點將其嵌入到PDMS薄膜基底上制備出了光擴散薄膜。在CNCs濃度為1%時，光擴散膜在近紅外范圍內(nèi)可以提供高效的寬頻光擴散，表現(xiàn)出高達85%的透光率和霧度。這種制備方法簡單且成本低廉，適用于大規(guī)模制造生產(chǎn)。這種光擴散膜成功應用于減少硅太陽能電池上金屬接觸造成的陰影損失，理論上可以提高所有商用3BB、4BB和5BB硅太陽能電池在大范圍入射角下的光收集效率［44］。

Cong等［45］采用乳液聚合的方法進行苯乙烯（St）、甲基丙烯酸甲酯（MMA）和丙烯酸（AA）的共聚，通過調(diào)節(jié)十二烷基苯磺酸鈉（SDBS）的含量制備了粒徑大小分布在210～310 nm的P（St-MMA-AA）微球，經(jīng)過酸堿分步處理制備了具有不同孔隙的多孔P（St-MMAAA）微球，并按照不同微球含量制備了膠體光學防眩光薄膜。當多孔微球粒徑為260 nm時，薄膜具有高透光率以及良好的霧度，相較于普通微球，孔隙的加入大幅提升了光擴散性能。同時作者研究了光學薄膜的耐酸性和穩(wěn)定性，在10%HCl的條件下，光擴散膜經(jīng)過24 h后依然能夠保持87%的透光率和15%的霧度。制備的多孔P（St-MMA-AA）微球膠體薄膜的光傳輸濃度為0.01%，高于標準值，并同時保持著高霧度，有望在高透光防眩光涂料領域實現(xiàn)進一步的應用。

Ouyang等［46］在水溶液中通過無分散劑聚合，通過調(diào)節(jié)苯甲基和甲基硅烷前體的共聚組成，制備出了具有不同折射率的硅膠微球，與PC顆粒在微型擠出機的作用下制備了光擴散材料。在PH值為8～9.5、單體與水的比例為1/8以及折射率為1.453的條件下，PC基光擴散材料顯示出了99.9%的極高霧度和78.1%的透光率，且材料的熱穩(wěn)定性極佳，熱分解溫度高達450℃。Zhai等［47］采用懸浮聚合一步法制備了粒徑分布在1～4 μm且表面具有粗糙結構的硅橡膠微球，并制備了PMMA基光擴散材料，當光擴散劑用量為1%時，材料顯示出了92.34%的高霧度和84.47%的高透光率。

Yang等［48］改進分散聚合工藝，采用半連續(xù)聚合的方法制備了高交聯(lián)度的PMMA微球，將其作為光擴散劑分散到了PC表面制備出了PMMA/PC光擴散板。當交聯(lián)劑甲基丙烯酸烯丙酯（ALMA）的含量為5.0%、且光擴散劑分散量為1.0%時光擴散板具有最佳的光擴散性能，顯示出了約90%的高透光率和高霧度。

You等［49］使用簡便的表面張力控制方法，采用乳液聚合通過調(diào)整（PS-AA）核及氟殼層的組成，制備了4種不同形態(tài)的非球狀含氟丙烯酸酯聚合物顆粒（FANPPs），將其作為光擴散劑制備了PET基光擴散膜。非球狀外殼與球形核之間的空隙增加了光的透過率以及光的擴散能力，達到了82.9%的高透光率以及77.5%的高霧度，利用FANPPs制備的光擴散膜有望在LED照明中獲得良好的應用前景。

Liu等［50］以八甲基環(huán)四硅氧烷（D4）開環(huán)聚合制備端羥基聚硅氧烷，經(jīng)過丙烯酰氯進行改性得到丙烯酸聚硅氧烷，然后將其作為光擴散劑和MMA共聚制備得到PMMA基光擴散材料，當光擴散劑含量為1%、引發(fā)劑含量為0.3%以及后聚合溫度為50℃時可以得到最佳光擴散性能，材料的透光率為88%，霧度為93%，此外PMMA基復合材料還具有良好的耐熱性。

Zhang等［51］通過水解縮合反應制備了一系列不完全籠型聚倍半硅氧烷（DVPOSSs），利用雙螺桿擠出機將DVPOSSs與PC共混制備了PC基光擴散材料，DVPOSSs的加入顯著提升復合材料的霧度的同時保持了PC的高透光率，此外復合材料還具有良好的紫外屏蔽效果。不僅如此，DVPOSSs的加入促進了PC的熱分解，使得DVPOSSs/PC復合材料中的有效炭層形成更迅速，可以賦于PC良好的熱性能和阻燃性能。

Cho等［52］通過在堿性溶液中簡單而環(huán)保的加工，將剛性向日葵花粉轉變?yōu)槿嵝晕⒛z，如圖7所示向日葵花粉表面具有尖刺附著物以及納米級孔結構，這些結構可以增加光穿透和擴散性能，他們制備了一種具有92.3%高透光率和84.0%高霧度的柔性紙狀花粉基板，并將其應用于生物基鈣鈦礦太陽能電池，實現(xiàn)了高達4.38%的功率轉換效率，是生物衍生材料基板上鈣鈦礦太陽能電池報告的最高值之一。

圖7 向日葵花粉微結構的SEM照片［52］Fig.7 SEM photos of sunflower pollen microstructure［52］

通過簡單的有機合成等方法制備的有機光擴散劑制得的材料擁有良好的透明性，但霧度的增加主要依靠于光擴散劑含量的增加且提升效果不明顯。于是研究者們結合有機材料和無機材料各自的優(yōu)點，開發(fā)出了一系列高性能的復合光擴散劑。

2.2.3 復合光擴散劑

You等［8，53］通過分散聚合合成了 PMMA 微球，受到昆蟲復眼的啟發(fā)，利用靜電相互作用以PMMA為聚合物核、SiO2為無機外殼制備了草莓狀PMMA/SiO2復合微球，SiO2密集的點綴在PMMA表面，隨后將復合微球與聚丙烯酸酯乳液混合劇烈攪拌，涂在100 μm的光學級PET上制備成了具有94.6%高透光率和84.2%高霧度的光擴散膜。如圖8所示，PMMA微球主導的Mie散射以及表面SiO2所產(chǎn)生的瑞利散射共同作用，在保證光穿透性的同時大幅增加了擴散效果。

圖8 復合微球光擴散機理示意圖［8］Fig.8 Schematic diagram of light diffusion mechanism of composite microspheres［8］

Guo等［54］采用苯乙烯-丙烯腈共聚物（SAN）和SiO2為原料，通過熱力學和動力學分析，使用一種簡單、方便且綠色的熔融共混的方法制備了具有“石榴狀”結構的SAN/SiO2微球的PC基光擴射材料。由于體積有限，SiO2顆粒在SAN分散相中的選擇性分布可產(chǎn)生很強的多重散射效果。光的多次折射和反射使得直接透光率顯著降低，散射透光率顯著提高，最終導致有效擴射范圍的明顯改善。圖9所示為測量擴散角的方法，利用這種方法測得擴散角最大為50°，并且樣品的透光率（77.03%）和霧度（104.41%）也可以很好地保持。這種復合材料有望應用在大尺寸的柔性照明、顯示以及LCD背光等領域。

圖9 測量擴散角的設備示意圖［54］Fig.9 Schematic diagram of equipment for measuring diffusion angle［54］

Lee等［55］在SiO2微球表面通過溶膠凝膠法使用鈦酸異丙酯（TTIP）引入TiO2制備單殼粒子，隨后在單殼粒子表面進行MMA的懸浮聚合最終制備出了具有梯度折射率的分級雙殼納米粒子SiO2/TiO2/PMMA，折射率分別為（1.47/2.49/1.49），制備好的納米粒子與丙烯酸樹脂混合，使用如圖10所示的卷對卷工藝制備了光擴散膜。作者研究了高折射率層TiO2的厚度對光擴散性能的影響，當TiO2層厚度為4.5 nm時，光擴散膜顯示出了87%的高霧度以及81%的高透光率等優(yōu)秀的光擴散性能，相比純丙烯酸樹脂膜，添加了納米粒子的光擴散膜的擴散面積提升了9倍。這種功能性光學粘合膜可使用工業(yè)上使用的卷對卷工藝進行低成本的大規(guī)模制造，可廣泛應用于制造光電顯示器、太陽能電池和DNA探針等。

圖10 適用于大規(guī)模生產(chǎn)的卷對卷工藝［55］Fig.10 Coil to coil process suitable for mass production［55］

Zhou等［56］通過St?ber法在堿性條件下利用正硅酸四乙酯制備得到單分散SiO2微球，然后將CeO2原位沉淀到其表面，最后通過水熱法引入乙烯基三甲氧基硅烷（VTMS）制得SiO2/CeO2/VTMS雙層核殼有機-無機復合微球，將其涂抹到PET薄膜上制備出了光擴散薄膜。在添加微球量為15%時，光擴散膜顯示出了80%的透光率和霧度，并且由于引入了對紫外光具有較高吸收峰的CeO2，使得所制備的光擴散膜可同時作為一種有效的紫外吸收材料應用于某些領域，但不足之處是CeO2自身的黃色會削弱光擴散性能。他們［57-59］同樣利用勃姆石和氧化鋅（ZnO）等無機材料進行了類似的光擴散材料制備，并對提升光擴散性能進行了探索。

復合光擴散劑在霧度和透光率兩個主要性能上均有極好的表現(xiàn)，且低廉的制備成本和簡便的制備工藝可以幫助這種策略走出實驗室階段進行大規(guī)模工業(yè)商用，目前主流的光擴散劑產(chǎn)品均采用復合光擴散劑策略。

2.3 復合型光擴散材料

復合型光擴散材料是指在添加光擴散劑的同時，薄膜表面的一側或者兩側通過模壓、刻蝕等方式構造出表面微結構，同時結合表面浮雕型和體積擴散型光擴散材料的光擴散機理，兼具二者的優(yōu)點，可以表現(xiàn)出均勻的擴散效果和優(yōu)秀的光學性能，成為近幾年研究的新興方向。

Wu等［60］借助軟光刻壓印技術獲得了具有長方體微透鏡結構的聚氨酯丙烯酸酯（PUA），然后將PUA置于已經(jīng)表面分散好直徑為2 μm的有機硅顆粒的PET軟膜上，經(jīng)紫外光固化獲得復合型光擴散薄膜。設計巧妙的表面微結構可以定向散射入射光，而摻加低濃度直徑為2 μm的有機硅顆粒的紫外光固化樹脂可以均勻散射光而不降低透光率。在整個可見光范圍內(nèi)，制得的光擴散膜的透光率可達96.9%，隨著有機硅顆粒的含量由1%增加到7%，霧度由30%增加到了75%。而且可以通過調(diào)節(jié)壓印過程中的壓力，很容易地調(diào)節(jié)殘留層的厚度來調(diào)節(jié)擴散圖案。這種復合型光擴散材料可有效地調(diào)控擴散角度、亮度均勻性以及霧度，從而具有均勻光和消除條紋的能力，有望大規(guī)模應用于工業(yè)生產(chǎn)。

Gao等［61］受玫瑰花瓣的微納米級結構和蟬翼的錐形納米級結構的啟發(fā)，基于層次氧化鋁模板，采用簡單的熱聚合方法制備了微穹頂錐形納米級結構（MTNH），并以PMMA為聚合物基底制備了光擴散材料，制備過程如圖11所示。作者分別比較了微球、錐形納米尖和MTNH結構聚合物薄膜的透光率、霧度和防污性能，由于MTNH結合了微球和錐形納米尖結構的優(yōu)點，可以同時具備高霧度、高透光率和優(yōu)秀的防污性能，在400～1 100 nm波長處表現(xiàn)出了93.9%的高透光率和89.7%的高霧度，且光擴散膜在浸入和拉出石墨粉后，透光率也可保持在82.9%，同時MTNH在經(jīng)過化學修飾后可具備水分自清潔，有望在光學和光電設備領域實現(xiàn)應用，可以同時提高光的利用效率和使用舒適度。幾種光擴散材料的結構及擴散性能見表1。

圖11 MTNH的制備過程示意圖［61］Fig.11 Schematic diagram of preparation process of MTNH［61］

表1 幾種光擴散材料的結構及擴散性能Tab.1 Structure and diffusion properties of several light diffusion materials

3 結語

近年來，國內(nèi)外研究學者對光擴散材料特別是體積擴散型光擴散材料的研究日益增多，已經(jīng)研發(fā)出具有大規(guī)模生產(chǎn)能力的同時具有高霧度高透光率性能的光擴散材料。本文從光擴散材料的結構類型方面入手，介紹了近些年來國內(nèi)外研究學者對提升光擴散性能所做出的成果，通過不同手段制備的光擴散材料已經(jīng)可以實現(xiàn)最高96.9%的透光率和104.41%的霧度。目前光擴散材料還存在著成本高、大規(guī)模生產(chǎn)能力差的問題，研究者們更加關注應用而忽略更深層次機理研究，相關核心專利掌握在美日韓等發(fā)達國家手中，如何攻克由實驗階段到生產(chǎn)階段轉化的難題至關重要。同時響應國家節(jié)能減排號召，研制出環(huán)保、綠色、成本低且可大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)的光擴散材料勢在必行，未來通過改變復合光擴散劑結構、類型以及與基體的結合策略以滿足日益高漲的光電產(chǎn)品需求將是該領域近幾年的主要研究方向。