高性能光扩散材料的研究进展

左志刚，周 帅，田同金，王 强，李 瑞，魏 浩，王国军*

（教育部超轻材料和表面技术重点实验室，哈尔滨工程大学材料科学与化学工程学院，哈尔滨 150001）

0 前言

光扩散材料（LDM）是一种能使光通过并发生光扩散效应的一种材料［1］。这种材料可以通过散射和折射作用，将原本为点光源和线光源的入射光扩散为线光源和面光源，大幅增大光的扩散面积，降低由于光集中所产生的眩光现象。近年来，半导体发光二极管（LED）因具有发光效率高、耗电量少和使用寿命高等优点得到了广泛的应用，但LED存在发光强度高且易产生眩光现象的问题［2］。使用光扩散材料可以大幅改善眩光现象，使光线变得更加柔和，此外光扩散材料还广泛应用于化妆品［3］、临床医学［4］、生物材料［5］、装饰照明［6］及农业［7］等领域。

评价光扩散材料性能的指标主要包括透光率、雾度以及扩散角［8］。透光率表示光穿透介质的能力，由穿过介质的光通量与入射的总光通量之比所得，透光率高代表材料的透明度高；雾度（H，%）表示光扩散材料对光的模糊雾化效果，由式（1）所得，TT表示透射光强度，PT表示平行光强度，雾度高代表材料对光的扩散性越好；扩散角表示当光强度达到入射光中心光强度的一半时所对应的扩散角度，扩散角大代表材料的扩散范围大。雾度和透光率是相互矛盾的指标，提升雾度，势必会降低材料的透光率，优异的光扩散材料需要同时具备高透光率、高雾度以及宽的扩射角。

光扩散材料的制备主要有3种方式：表面浮雕型［9-14］、体积扩散型［15-21］和复合型［22-23］。表面浮雕型材料是指利用光刻和压印等手段在材料表面构造微透镜、三维多孔结构或粗糙凹凸表面等微结构，通过对入射光进行透射、反射和散射从而实现光扩散性能的一种材料；体积扩散型材料一般由基体材料与光扩散粒子构成，基体材料包括聚碳酸酯（PC）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）及聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）等，光扩散粒子包括有机材料、无机材料以及有机无机复合材料，如聚苯乙烯（PS）、二氧化硅（SiO2）、二氧化钛（TiO2）及PMMA/SiO2等，通过将光扩散粒子混入基体内部或表面，利用光在扩散粒子间的反射与折射实现光扩散性能；复合型光扩散材料结合了表面浮雕型与体积扩散型的优点，能实现更加优良的性能。本文综述了近年来光扩散材料的不同制备工艺方法以及相对应的光扩散性能。

1 光扩散基本机理

光扩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散射理论。当光通过非均质薄膜时，由于非均质相与基体的折射率不同，会发生散射现象，从而导致透光强度减弱。散射的类型取决于非均质相的大小，如果非均质相的大小远远小于入射光的波长时，发生瑞利散射；如果非均质相的大小与入射光的波长相当或者远大于入射光波长时，则发生Mie散射，如图1所示。

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

体积扩散型材料的光扩散性能主要是由光扩散剂与基体树脂之间的存在的折射率差异所实现的。具有折射率差异（1.49/2.49）的核壳纳米粒子PMMA/TiO2涂覆在丙烯酸树脂表面制备出了光学透明黏合剂（OCA），如图2所示，两种材料由于界面处的折射率差异发生了光的散射效应，实现了OCA的宽视角属性［19］。

图2 嵌入核壳粒子制备的OCA由于折射率差异在界面处发生的散射效应［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］

图3所示为表面浮雕型光扩散材料的扩散机理。表面具有微阵列结构的材料，当LED照射时，光线通过材料在弯曲半球处发生散射扩散现象，在保持光强度的同时大幅增加了扩散面积，而剩余一部分光线，会在密封材料内部发生反射来保留一部分光强度以便进一步利用。

图3 微阵列突起对光的扩散示意图［23］Fig.3 Schematic diagram of light diffusion by microarray protrusion［23］

2 光扩散材料的研究进展

2.1 表面浮雕型光扩散材料

表面浮雕型光扩散材料的构造方法主要包括：微透镜、三维多孔结构和粗糙凹凸表面。表面浮雕型材料不需要基体材料的参与，但是制备工艺繁琐，成本高，不适合大规模制备及使用。

Takahiro等［25］采用光刻技术制造了致密的微透镜结构，并在PC上利用周期性或随机排列的微透镜结构，采用单向漫射紫外光照射，制备出了具有层状结构的聚合物分散液晶（PDLC）。这种层状结构的PDLC具有高扩散效率，且雾度值没有极化依赖性，可应用于照明设备及功能显示领域。Yoon等［26］采用同样的方法在镍模具上复刻微透镜阵列光扩散材料，通过调整紫外光照射剂量，控制微透镜的抛物面形状，制备出了扩散角高达150°的光扩散材料，可应用于LED背光系统。

Shih等［27］基于复制模塑工艺，如图4所示，将液态聚二甲基硅氧烷（PDMS）铸入凹型微透镜模具中，利用旋转镀膜工艺在其上悬浮一层液态PMMA薄膜，通过复合工艺制备出的PDMS微透镜阵列光扩散材料具有良好的表面粗糙度和优异的光扩散性能，并大幅减低了微透镜阵列的制备成本，有助于大规模使用。

图4 基于复制模塑工艺制备PDMS微透镜的示意图［27］Fig.4 Schematic diagram of PDMS microlen preparation based on replication molding process［27］

Deng等［28］通过单脉冲飞秒激光辅助化学湿法刻蚀技术制备了具有特定旋转角度的双层紧密排列的微透镜阵列，采用光学玻璃可在高功率激光应用中用作光扩散材料，随着旋转角度的变化，光扩散的性能发生变化，当旋转角度为60°时，双层微透镜阵列的均匀化性能最佳，可获得最好的光扩散性能。

Lim等［9］在旋涂工艺过程中加入气体蒸汽的方法，制备了具有三维孔道的多孔聚合物薄膜。他们将醋酸丁酸纤维素（CAB）溶液旋涂在玻璃基板背面，在旋涂过程中，水雾通过超声波型加湿器直接供给旋涂机，保持相对湿度（RH）在90%以上，干燥后形成三维多孔薄膜，孔径分布在（300～500 nm）之间。这种多孔聚合物薄膜具有40%的光学雾度，用作OLED的光扩散膜时，具有良好的光扩散效果和较低的视角依赖性。

Wu等［29］将纳米纤维素纤维悬浮液滴涂在干净的玻璃基板上，形成多层厚的半透明粗糙微结构薄膜，基于较大的堆积密度以及粗糙微结构表面，这种薄膜在可见光和近红外光谱中可显示出90%的光学透射率以及高达78%的雾度。此外，作者对这种薄膜进行了200℃高温热测试以及12 h紫外线照射测试，结果显示，纳米纤维素光扩散膜具有优秀的抗紫外线性能、热稳定性以及良好的光扩散性能，有利于在太阳能电池方面的应用。

Takuya等［11］利用PDMS制备了一种具有可调变形褶皱的表面微结构光扩散材料。通过对材料施加单轴应力作用，材料表面会产生周期性的微褶皱结构，这种结构可以对入射激光产生光扩散作用达到使光线均匀柔和的效果。作者通过实验和几何光学，研究了微结构光扩散材料性能的影响因素以及光扩散机理，发现改变单轴应力的大小时，光扩散性能会发生改变，且材料的光扩散性能随着单轴应力的增大而改善。该研究提供了一种改善微结构光扩散材料性能的方法。

Butt等［30-31］在玻璃上利用热处理的方法原位制备了一层钠硅灰石的光扩散材料。利用如图5所示的钠硅灰石独特的针状微纳米结构，制得的光扩散材料具有对光的各向异性，因此可以对点光源产生良好的扩散效果、较大的扩散面积以及高达70%的透光率。他们将钠硅灰石应用于液晶光电设备，通过改变施加电压的大小可以精确调控设备的光扩散性能。钠硅灰石光扩散材料有望广泛应用于光电设备以及生物传感器领域。

图5 钠硅灰石的微结构以及光扩散效果示意图［30］Fig.5 Schematic diagram of microstructure and light diffusion effect of soda wollastonite［30］

虽然保证了一定水平的透光率，但以上几种表面浮雕型光扩散材料的雾度参数最高都不超过80%，这种光扩散材料难以适用于对雾度需求极高的光电等领域，并且光刻、汽蚀和机械拉伸等制备微结构的方法繁琐复杂且成本极高，并不能很好地转化到大规模的工业生产。因此，近些年来针对利用微结构实现光扩散效应的研究逐渐减少，大家把研究兴趣更多的投入到了简便且低成本的添加光扩散剂的体积扩散型光扩散材料的研究中。

2.2 体积扩散型光扩散材料

体积扩散型光扩散材料按照添加光扩散剂的种类可分为无机光扩散剂、有机光扩散剂以及混合光扩散剂等3种光扩散材料。添加无机光扩散剂会显著提高光扩散材料的雾度，但存在团聚问题且会降低材料的透光率；有机光扩散剂制备简便，成本低，但存在热稳定性问题且光扩散性能提升不明显；复合光扩散剂很好地结合了二者的优点，目前体积扩散型光扩散材料的研究主要集中在复合光扩散剂领域。

2.2.1 无机光扩散剂

Zhao等［32］采用原位沉淀法合成了二氧化铈（CeO2）包覆的硅酸盐核壳微球（SMS/CeO2），制备了SMS/CeO2/PC光扩散材料。当光扩散剂填充量为0.2%（质量分数，下同）时复合材料显示出了64%的透光率以及高达90%的雾度，同时由于包覆了CeO2涂层，制备的复合材料具有良好的蓝光屏蔽性能以及对其他可见光的良好的透光性能。

Suthabanditpong等［33-34］将400 ℃煅烧过后的中空纳米SiO2悬浮液与丙烯酸酯单体溶液混合旋涂在玻璃基板上，经紫外光固化制备得到高透明的光扩散膜。如图6所示，光线经LED光源发射出，作为透射光线在穿过薄膜的过程中遇到中空纳米SiO2发生了多次折射进而实现了对光的扩散作用。作者研究了不同含量光扩散剂对光扩散膜的性能影响，随着中空纳米SiO2含量的增加，光扩散材料的雾度随之增加，光扩散面积增大，当光扩散剂添加含量为20%时，材料显示出93%的透光率以及30%的雾度，这种光扩散材料在LCD液晶显示领域有着极好的应用前景。

图6 中空纳米SiO2对光的扩散原理示意图［34］Fig.6 Schematic diagram of light diffusion principle of hollow nano SiO2［34］

Zhong等［35］通过无模板水热法合成了3D空心花型Mg-Al微球，并将其作为一种低廉的光扩散剂均匀的涂抹在厚度为50 μm的PET薄膜上，经紫外光固化后制备成光扩散膜。当光扩散剂添加含量为15%时，光扩散膜显示出了高达81%的透光率、86%的雾度以及60°的扩散角度。将一束波长为405 nm的激光直接照射在所制备的光扩散膜上，随着光扩散剂含量的增加，激光形成的光斑范围逐渐变大且光线变得柔和，为今后发展性能优异的光扩散材料提供了新的方案。

Golubchikova等［36］使用双螺杆挤出机将中空玻璃微球和PS基体进行共混，在热压机的作用下制备出了光扩散膜，研究了不同厚度的光扩散膜和添加不同含量的光扩散剂对光扩散性能的影响，发现当光扩散膜厚度为1 mm时，添加0.8%的光扩散剂显示出了最佳光扩散性能：45.66%的透光率以及在光源410 nm波长处77.62%的雾度。Tong等［37］采用同样的方法制备了勃姆石填充的PC基光扩散材料，在保持PC优异的力学性能的同时，显示出了良好的光扩散性能以及加工流动性，在勃姆石含量为0.5%时，光扩散材料达到了高达81%的透光率以及86%的雾度，有望为LED照明设备的大型化提供更高性价比的解决方案。

Jonsson等［38］将 SiO2粒子分散到纳米纤维素悬浮液中，在60℃烘箱中干燥24 h制备得到光扩散透明纸张。这种复合材料在可见光波长范围内显示出较高的透明度，通过调节SiO2的含量可以实现从0～90%的雾度调控，此外，透明纸张可以吸收红外光实现被动辐射冷却，将纸张暴露在天空中，可以实现相较环境温度降低3℃的冷却效果。将纳米纤维素涂料引入光电设备中，高雾度、低可见光吸收和高热传递相结合的特性可以增强光电设备的光吸收以及可以通过被动辐射冷却改善电子设备寿命。

Lee等［39］制备了氯化银（AgCl）纳米棒并将其分散到PET薄膜上，利用氧等离子体处理使得薄膜表面出现带有空气间隙的锥形结构，利用空气与PET膜的折射率差异，达到对光的扩散效果，显示出88.6%的高雾度的同时保持了93.6%的高平均总透光率。作者将这种光扩散膜应用到了虚拟现实（VR）领域，显著降低了VR显示器中的屏蔽门效应（SDE），红色的SDE指数从41%降至11%，绿色从19%降至0.8%，蓝色从14%降至0.7%。这种制备光扩散膜的方法具有制备简单和适用大面积的优点，也可应用于其他光学器件中。

Sachhidananda等［21］制备了以聚乙烯醇（PVA）为基体，溶液燃烧法合成的Mg0.2Ce0.4O纳米粒子为光扩散剂的光扩散材料。当光扩散剂含量为0.5%时，材料显示出了75%左右的透光率以及良好的光扩散面积。Mg0.2Ce0.4O纳米粒子的加入增加了复合材料的结晶度、折射率和紫外吸收程度，降低了光带隙，能够产生均匀的扩散光，最大限度的减少了LED发出的白光的光强度损失，有望应用于固体照明、显示设备以及扩散屏幕等领域。

由于无机光扩散剂的不透明性，添加无机光扩散剂虽然能够轻松增加材料的雾度值，但如何平衡雾度与透光率的增减问题成为一个难题，研究者们通过调整光扩散剂的粒径、添加含量以及基体类型等方面尝试提高透光率，但至今为止，利用单一无机光扩散剂所制得的材料还不能具备很好的透光率。

2.2.2 有机光扩散剂

Zhang等［40-42］采用不同的固化时间、固化温度和固化剂（硫醇）制备了基于环氧树脂的向列相液晶光扩散复合材料，研究了固化时间、固化温度以及硫醇对光学性能的影响，在固化时间为1 h以及固化温度为373.15 K时获得了同时具备94%以上的高透光率和94%以上高雾度的光扩散膜。作者利用同样的方法还研究了结合聚合物网络和聚合物微球形态的光扩散材料。

Wang等［43］采用酸水解方法合成了纤维素纳米晶（CNCs），然后利用CNCs与PDMS良好的兼容性的特点将其嵌入到PDMS薄膜基底上制备出了光扩散薄膜。在CNCs浓度为1%时，光扩散膜在近红外范围内可以提供高效的宽频光扩散，表现出高达85%的透光率和雾度。这种制备方法简单且成本低廉，适用于大规模制造生产。这种光扩散膜成功应用于减少硅太阳能电池上金属接触造成的阴影损失，理论上可以提高所有商用3BB、4BB和5BB硅太阳能电池在大范围入射角下的光收集效率［44］。

Cong等［45］采用乳液聚合的方法进行苯乙烯（St）、甲基丙烯酸甲酯（MMA）和丙烯酸（AA）的共聚，通过调节十二烷基苯磺酸钠（SDBS）的含量制备了粒径大小分布在210～310 nm的P（St-MMA-AA）微球，经过酸碱分步处理制备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备了胶体光学防眩光薄膜。当多孔微球粒径为260 nm时，薄膜具有高透光率以及良好的雾度，相较于普通微球，孔隙的加入大幅提升了光扩散性能。同时作者研究了光学薄膜的耐酸性和稳定性，在10%HCl的条件下，光扩散膜经过24 h后依然能够保持87%的透光率和15%的雾度。制备的多孔P（St-MMA-AA）微球胶体薄膜的光传输浓度为0.01%，高于标准值，并同时保持着高雾度，有望在高透光防眩光涂料领域实现进一步的应用。

Ouyang等［46］在水溶液中通过无分散剂聚合，通过调节苯甲基和甲基硅烷前体的共聚组成，制备出了具有不同折射率的硅胶微球，与PC颗粒在微型挤出机的作用下制备了光扩散材料。在PH值为8～9.5、单体与水的比例为1/8以及折射率为1.453的条件下，PC基光扩散材料显示出了99.9%的极高雾度和78.1%的透光率，且材料的热稳定性极佳，热分解温度高达450℃。Zhai等［47］采用悬浮聚合一步法制备了粒径分布在1～4 μm且表面具有粗糙结构的硅橡胶微球，并制备了PMMA基光扩散材料，当光扩散剂用量为1%时，材料显示出了92.34%的高雾度和84.47%的高透光率。

Yang等［48］改进分散聚合工艺，采用半连续聚合的方法制备了高交联度的PMMA微球，将其作为光扩散剂分散到了PC表面制备出了PMMA/PC光扩散板。当交联剂甲基丙烯酸烯丙酯（ALMA）的含量为5.0%、且光扩散剂分散量为1.0%时光扩散板具有最佳的光扩散性能，显示出了约90%的高透光率和高雾度。

You等［49］使用简便的表面张力控制方法，采用乳液聚合通过调整（PS-AA）核及氟壳层的组成，制备了4种不同形态的非球状含氟丙烯酸酯聚合物颗粒（FANPPs），将其作为光扩散剂制备了PET基光扩散膜。非球状外壳与球形核之间的空隙增加了光的透过率以及光的扩散能力，达到了82.9%的高透光率以及77.5%的高雾度，利用FANPPs制备的光扩散膜有望在LED照明中获得良好的应用前景。

Liu等［50］以八甲基环四硅氧烷（D4）开环聚合制备端羟基聚硅氧烷，经过丙烯酰氯进行改性得到丙烯酸聚硅氧烷，然后将其作为光扩散剂和MMA共聚制备得到PMMA基光扩散材料，当光扩散剂含量为1%、引发剂含量为0.3%以及后聚合温度为50℃时可以得到最佳光扩散性能，材料的透光率为88%，雾度为93%，此外PMMA基复合材料还具有良好的耐热性。

Zhang等［51］通过水解缩合反应制备了一系列不完全笼型聚倍半硅氧烷（DVPOSSs），利用双螺杆挤出机将DVPOSSs与PC共混制备了PC基光扩散材料，DVPOSSs的加入显著提升复合材料的雾度的同时保持了PC的高透光率，此外复合材料还具有良好的紫外屏蔽效果。不仅如此，DVPOSSs的加入促进了PC的热分解，使得DVPOSSs/PC复合材料中的有效炭层形成更迅速，可以赋于PC良好的热性能和阻燃性能。

Cho等［52］通过在碱性溶液中简单而环保的加工，将刚性向日葵花粉转变为柔性微凝胶，如图7所示向日葵花粉表面具有尖刺附着物以及纳米级孔结构，这些结构可以增加光穿透和扩散性能，他们制备了一种具有92.3%高透光率和84.0%高雾度的柔性纸状花粉基板，并将其应用于生物基钙钛矿太阳能电池，实现了高达4.38%的功率转换效率，是生物衍生材料基板上钙钛矿太阳能电池报告的最高值之一。

图7 向日葵花粉微结构的SEM照片［52］Fig.7 SEM photos of sunflower pollen microstructure［52］

通过简单的有机合成等方法制备的有机光扩散剂制得的材料拥有良好的透明性，但雾度的增加主要依靠于光扩散剂含量的增加且提升效果不明显。于是研究者们结合有机材料和无机材料各自的优点，开发出了一系列高性能的复合光扩散剂。

2.2.3 复合光扩散剂

You等［8，53］通过分散聚合合成了 PMMA 微球，受到昆虫复眼的启发，利用静电相互作用以PMMA为聚合物核、SiO2为无机外壳制备了草莓状PMMA/SiO2复合微球，SiO2密集的点缀在PMMA表面，随后将复合微球与聚丙烯酸酯乳液混合剧烈搅拌，涂在100 μm的光学级PET上制备成了具有94.6%高透光率和84.2%高雾度的光扩散膜。如图8所示，PMMA微球主导的Mie散射以及表面SiO2所产生的瑞利散射共同作用，在保证光穿透性的同时大幅增加了扩散效果。

图8 复合微球光扩散机理示意图［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为原料，通过热力学和动力学分析，使用一种简单、方便且绿色的熔融共混的方法制备了具有“石榴状”结构的SAN/SiO2微球的PC基光扩射材料。由于体积有限，SiO2颗粒在SAN分散相中的选择性分布可产生很强的多重散射效果。光的多次折射和反射使得直接透光率显著降低，散射透光率显著提高，最终导致有效扩射范围的明显改善。图9所示为测量扩散角的方法，利用这种方法测得扩散角最大为50°，并且样品的透光率（77.03%）和雾度（104.41%）也可以很好地保持。这种复合材料有望应用在大尺寸的柔性照明、显示以及LCD背光等领域。

图9 测量扩散角的设备示意图［54］Fig.9 Schematic diagram of equipment for measuring diffusion angle［54］

Lee等［55］在SiO2微球表面通过溶胶凝胶法使用钛酸异丙酯（TTIP）引入TiO2制备单壳粒子，随后在单壳粒子表面进行MMA的悬浮聚合最终制备出了具有梯度折射率的分级双壳纳米粒子SiO2/TiO2/PMMA，折射率分别为（1.47/2.49/1.49），制备好的纳米粒子与丙烯酸树脂混合，使用如图10所示的卷对卷工艺制备了光扩散膜。作者研究了高折射率层TiO2的厚度对光扩散性能的影响，当TiO2层厚度为4.5 nm时，光扩散膜显示出了87%的高雾度以及81%的高透光率等优秀的光扩散性能，相比纯丙烯酸树脂膜，添加了纳米粒子的光扩散膜的扩散面积提升了9倍。这种功能性光学粘合膜可使用工业上使用的卷对卷工艺进行低成本的大规模制造，可广泛应用于制造光电显示器、太阳能电池和DNA探针等。

图10 适用于大规模生产的卷对卷工艺［55］Fig.10 Coil to coil process suitable for mass production［55］

Zhou等［56］通过Stöber法在碱性条件下利用正硅酸四乙酯制备得到单分散SiO2微球，然后将CeO2原位沉淀到其表面，最后通过水热法引入乙烯基三甲氧基硅烷（VTMS）制得SiO2/CeO2/VTMS双层核壳有机-无机复合微球，将其涂抹到PET薄膜上制备出了光扩散薄膜。在添加微球量为15%时，光扩散膜显示出了80%的透光率和雾度，并且由于引入了对紫外光具有较高吸收峰的CeO2，使得所制备的光扩散膜可同时作为一种有效的紫外吸收材料应用于某些领域，但不足之处是CeO2自身的黄色会削弱光扩散性能。他们［57-59］同样利用勃姆石和氧化锌（ZnO）等无机材料进行了类似的光扩散材料制备，并对提升光扩散性能进行了探索。

复合光扩散剂在雾度和透光率两个主要性能上均有极好的表现，且低廉的制备成本和简便的制备工艺可以帮助这种策略走出实验室阶段进行大规模工业商用，目前主流的光扩散剂产品均采用复合光扩散剂策略。

2.3 复合型光扩散材料

复合型光扩散材料是指在添加光扩散剂的同时，薄膜表面的一侧或者两侧通过模压、刻蚀等方式构造出表面微结构，同时结合表面浮雕型和体积扩散型光扩散材料的光扩散机理，兼具二者的优点，可以表现出均匀的扩散效果和优秀的光学性能，成为近几年研究的新兴方向。

Wu等［60］借助软光刻压印技术获得了具有长方体微透镜结构的聚氨酯丙烯酸酯（PUA），然后将PUA置于已经表面分散好直径为2 μm的有机硅颗粒的PET软膜上，经紫外光固化获得复合型光扩散薄膜。设计巧妙的表面微结构可以定向散射入射光，而掺加低浓度直径为2 μm的有机硅颗粒的紫外光固化树脂可以均匀散射光而不降低透光率。在整个可见光范围内，制得的光扩散膜的透光率可达96.9%，随着有机硅颗粒的含量由1%增加到7%，雾度由30%增加到了75%。而且可以通过调节压印过程中的压力，很容易地调节残留层的厚度来调节扩散图案。这种复合型光扩散材料可有效地调控扩散角度、亮度均匀性以及雾度，从而具有均匀光和消除条纹的能力，有望大规模应用于工业生产。

Gao等［61］受玫瑰花瓣的微纳米级结构和蝉翼的锥形纳米级结构的启发，基于层次氧化铝模板，采用简单的热聚合方法制备了微穹顶锥形纳米级结构（MTNH），并以PMMA为聚合物基底制备了光扩散材料，制备过程如图11所示。作者分别比较了微球、锥形纳米尖和MTNH结构聚合物薄膜的透光率、雾度和防污性能，由于MTNH结合了微球和锥形纳米尖结构的优点，可以同时具备高雾度、高透光率和优秀的防污性能，在400～1 100 nm波长处表现出了93.9%的高透光率和89.7%的高雾度，且光扩散膜在浸入和拉出石墨粉后，透光率也可保持在82.9%，同时MTNH在经过化学修饰后可具备水分自清洁，有望在光学和光电设备领域实现应用，可以同时提高光的利用效率和使用舒适度。几种光扩散材料的结构及扩散性能见表1。

图11 MTNH的制备过程示意图［61］Fig.11 Schematic diagram of preparation process of MTNH［61］

表1 几种光扩散材料的结构及扩散性能Tab.1 Structure and diffusion properties of several light diffusion materials

3 结语

近年来，国内外研究学者对光扩散材料特别是体积扩散型光扩散材料的研究日益增多，已经研发出具有大规模生产能力的同时具有高雾度高透光率性能的光扩散材料。本文从光扩散材料的结构类型方面入手，介绍了近些年来国内外研究学者对提升光扩散性能所做出的成果，通过不同手段制备的光扩散材料已经可以实现最高96.9%的透光率和104.41%的雾度。目前光扩散材料还存在着成本高、大规模生产能力差的问题，研究者们更加关注应用而忽略更深层次机理研究，相关核心专利掌握在美日韩等发达国家手中，如何攻克由实验阶段到生产阶段转化的难题至关重要。同时响应国家节能减排号召，研制出环保、绿色、成本低且可大规模工业生产的光扩散材料势在必行，未来通过改变复合光扩散剂结构、类型以及与基体的结合策略以满足日益高涨的光电产品需求将是该领域近几年的主要研究方向。