[发明专利]一种高效光扩散材料及其制作方法与应用

说明书

【技术领域】：本发明属于材料和照明技术领域，涉及一种光扩散材料及其制作方法与应用，特别是一种对入射光吸收少、扩散效率高的光扩散材料及其制作方法与应用。

【背景技术】：照明是人类生活中不可缺少的。对于多数情况的照明，都需要照明光具有均匀的空间光强(或光亮度)分布。然而，几乎现在所有的光源都是以点发光(即点光源)或线发光(即线光源)的方式工作的。例如，普通的日光灯管和冷阴极灯管(CCFL)就属于典型的线光源，传统的白炽灯是以一段灯丝发光，在一定距离外可将其视为点光源。最典型的点光源应该是目前正在快速发展的半导体发光二极管(LED)。单个LED管芯的尺寸非常小，发光区域也很小，对于照明而言是真正的点光源。为实现均匀照明，就需要将点光源或线光源发出的光变换成面发光。常用的方法就是在光源前加入具有光散射或光扩散作用的材料，实现上述变换。例如在室内照明中，经常使用各种形式的灯罩，其目的就是将灯泡或灯管发出的光变换成面发光，产生空间分布较为均匀的照明，消除眩光的感觉，使人眼感觉柔和舒适。在采用LED为发光器件的照明中，光散射或光扩散材料的作用则显得更加重要。

已有实现光扩散的方法包括：1)在透明材料的表面制作出规则或随机分布的光学结构，如微透镜、微棱镜等。光线经过这些微结构时，在与空气的分界面处产生折射，入射光的传播方向发生偏折，从而产生光扩散效应。该类方法的特点是光透过率较高，但是由于只是界面的折射，所以光扩散效果不够理想。2)在透明材料中加入所谓的光扩散剂，制成光散射或光扩散材料。光扩散剂实际上是具有一定大小分布的颗粒，其材料可以是无机的也可以是有机的。常用的无机粒子有二氧化硅、氧化锌、二氧化钛、氧化锆、氧化铝、硫化锌、硫酸钡，以及其混合物等。常用的有机颗粒包括苯乙烯类聚合物、丙烯酸类聚合物、硅氧烷类聚合物等。光扩散剂颗粒通过各种方式加入到透明基材中，得到的光扩散材料一般可视为体扩散材料，入射光可以在体扩散材料中被多次散射、反射和折射。无机光扩散剂粒子一般具有不规则形状也不透明，它们对入射光的作用主要是散射。众所周知，光散射过程均伴随着不同程度的光吸收，因此上述光线的变换都是以损失一定的光能量为代价的。有机光扩散剂粒子可以具有规则形状(如球形或接近球形)，也不同程度透明。在这种情况下，光扩散主要是以反射和折射的方式实现。

表征光散射或光扩散材料性能的主要技术参数包括透光率和雾度。透光率表示光扩散材料对入射光的总体利用率，而雾度则表示入射光偏离原入射方向的程度，故可以用来表征光扩散材料对入射光引入的扩散程度。对于基于粒子散射的光扩散材料来讲，雾度的增加必然要引起透光率的减小。实际上，人们日常生活中使用的灯罩其透光率均不是很高，也就是说有相当一部分光能量被损失掉。因此，开发具有高透光率和高雾度的光扩散材料对于有效利用光源的光能十分重要。除了普通照明之外，高效光扩散材料对于显示技术的发展也至关重要。目前LCD显示器已在计算机显示、家用电视机以及大屏幕显示中得到广泛应用。LCD显示中需要照度均匀的背光照明器件，尤其是采用LED器件作光源的背光照明器件。如前所述，LED是典型的点光源，要将其转换成照度均匀的面光源才能用于LCD背光，而具有高雾度和高透光率的光扩散材料是实现上述转换的关键材料。

【发明内容】：本发明目的是解决现有光扩散材料因利用散射、反射和折射改变光线的传播方向而无法同时实现高透光率和高扩散率的问题，提供一种利用光的全反射而实现光扩散的材料，从而达到减少对入射光的吸收，可同时达到高透光率和高光扩散率的目的。

本发明的目的之二是，提供一种制作上述光扩散材料的方法。

本发明的目的之三是，提供一种采用上述光扩散材料制作的面发光装置。

本发明提供的高效光扩散材料，包括具有高透明度的基体材料以及分布在基体材料中的微小球体，所述的基体材料为玻璃或者有机树脂材料，其折射率为n1，所述高透明度是指透明度在80％以上；所述的微小球体为由两种以上高透明度材料组成的具有两层或两层以上壳体结构的微小球体，球体的直径为1微米至1000微米，球体各壳层的厚度是球体直径的1％-20％，由外层向内层的折射率依次为n2，n3，...，nN，且满足n1＞n2＞n3＞...＞nN，N为小于等于5的自然数，使光束由基体材料入射至微小球体上时，能够在基体材料与微小球体的界面以及微小球体各层之间的界面发生全反射，使原入射光的方向发生偏折，达到光扩散的效果。所述的基体材料与微小球体的界面、以及微小球体各层之间的界面均为光滑表面。