[發明專利]一種高效光擴散材料及其制作方法與應用

無效

• 申請號: 201010507644.1
• 申請日: 2010-10-15
• 公開（公告）號: CN102073077A
• 公開（公告）日: 2011-05-25
• 發明（設計）人: 李恩邦;尚貴恩;傅克龍
• 申請（專利權）人: 華澳富通(天津)科技發展有限公司
• 主分類號: G02B5/02
• 分類號: G02B5/02;F21V7/00;G02F1/13357
• 代理公司: 天津佳盟知識產權代理有限公司 12002
• 代理人: 侯力

【技術領域】：本發明屬于材料和照明技術領域，涉及一種光擴散材料及其制作方法與應用，特別是一種對入射光吸收少、擴散效率高的光擴散材料及其制作方法與應用。

【背景技術】：照明是人類生活中不可缺少的。對于多數情況的照明，都需要照明光具有均勻的空間光強(或光亮度)分布。然而，幾乎現在所有的光源都是以點發光(即點光源)或線發光(即線光源)的方式工作的。例如，普通的日光燈管和冷陰極燈管(CCFL)就屬于典型的線光源，傳統的白熾燈是以一段燈絲發光，在一定距離外可將其視為點光源。最典型的點光源應該是目前正在快速發展的半導體發光二極管(LED)。單個LED管芯的尺寸非常小，發光區域也很小，對于照明而言是真正的點光源。為實現均勻照明，就需要將點光源或線光源發出的光變換成面發光。常用的方法就是在光源前加入具有光散射或光擴散作用的材料，實現上述變換。例如在室內照明中，經常使用各種形式的燈罩，其目的就是將燈泡或燈管發出的光變換成面發光，產生空間分布較為均勻的照明，消除眩光的感覺，使人眼感覺柔和舒適。在采用LED為發光器件的照明中，光散射或光擴散材料的作用則顯得更加重要。

已有實現光擴散的方法包括：1)在透明材料的表面制作出規則或隨機分布的光學結構，如微透鏡、微棱鏡等。光線經過這些微結構時，在與空氣的分界面處產生折射，入射光的傳播方向發生偏折，從而產生光擴散效應。該類方法的特點是光透過率較高，但是由于只是界面的折射，所以光擴散效果不夠理想。2)在透明材料中加入所謂的光擴散劑，制成光散射或光擴散材料。光擴散劑實際上是具有一定大小分布的顆粒，其材料可以是無機的也可以是有機的。常用的無機粒子有二氧化硅、氧化鋅、二氧化鈦、氧化鋯、氧化鋁、硫化鋅、硫酸鋇，以及其混合物等。常用的有機顆粒包括苯乙烯類聚合物、丙烯酸類聚合物、硅氧烷類聚合物等。光擴散劑顆粒通過各種方式加入到透明基材中，得到的光擴散材料一般可視為體擴散材料，入射光可以在體擴散材料中被多次散射、反射和折射。無機光擴散劑粒子一般具有不規則形狀也不透明，它們對入射光的作用主要是散射。眾所周知，光散射過程均伴隨著不同程度的光吸收，因此上述光線的變換都是以損失一定的光能量為代價的。有機光擴散劑粒子可以具有規則形狀(如球形或接近球形)，也不同程度透明。在這種情況下，光擴散主要是以反射和折射的方式實現。

表征光散射或光擴散材料性能的主要技術參數包括透光率和霧度。透光率表示光擴散材料對入射光的總體利用率，而霧度則表示入射光偏離原入射方向的程度，故可以用來表征光擴散材料對入射光引入的擴散程度。對于基于粒子散射的光擴散材料來講，霧度的增加必然要引起透光率的減小。實際上，人們日常生活中使用的燈罩其透光率均不是很高，也就是說有相當一部分光能量被損失掉。因此，開發具有高透光率和高霧度的光擴散材料對于有效利用光源的光能十分重要。除了普通照明之外，高效光擴散材料對于顯示技術的發展也至關重要。目前LCD顯示器已在計算機顯示、家用電視機以及大屏幕顯示中得到廣泛應用。LCD顯示中需要照度均勻的背光照明器件，尤其是采用LED器件作光源的背光照明器件。如前所述，LED是典型的點光源，要將其轉換成照度均勻的面光源才能用于LCD背光，而具有高霧度和高透光率的光擴散材料是實現上述轉換的關鍵材料。

【發明內容】：本發明目的是解決現有光擴散材料因利用散射、反射和折射改變光線的傳播方向而無法同時實現高透光率和高擴散率的問題，提供一種利用光的全反射而實現光擴散的材料，從而達到減少對入射光的吸收，可同時達到高透光率和高光擴散率的目的。

本發明的目的之二是，提供一種制作上述光擴散材料的方法。

本發明的目的之三是，提供一種采用上述光擴散材料制作的面發光裝置。

本發明提供的高效光擴散材料，包括具有高透明度的基體材料以及分布在基體材料中的微小球體，所述的基體材料為玻璃或者有機樹脂材料，其折射率為n1，所述高透明度是指透明度在80％以上；所述的微小球體為由兩種以上高透明度材料組成的具有兩層或兩層以上殼體結構的微小球體，球體的直徑為1微米至1000微米，球體各殼層的厚度是球體直徑的1％-20％，由外層向內層的折射率依次為n2，n3，...，nN，且滿足n1＞n2＞n3＞...＞nN，N為小于等于5的自然數，使光束由基體材料入射至微小球體上時，能夠在基體材料與微小球體的界面以及微小球體各層之間的界面發生全反射，使原入射光的方向發生偏折，達到光擴散的效果。所述的基體材料與微小球體的界面、以及微小球體各層之間的界面均為光滑表面。