[發明專利]基于介質內折射率差異的散射方法與多孔性散射材料

有效

• 申請號: 201310172369.6
• 申請日: 2013-05-09
• 公開（公告）號: CN103257382A
• 公開（公告）日: 2013-08-21
• 發明（設計）人: 胡建人
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: G02B5/02
• 分類號: G02B5/02;F21V5/08
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 杜軍

技術領域

本發明屬于照明光學領域，涉及到散射方法與材料，特別是基于介質內折射率差異的散射方法與多孔性散射材料。

背景技術

隨著光源技術的發展，光源的單位功率密度不斷增加，遠遠超過了人類的極限視覺能力。照明的效率不僅與光源（燈）有關，也跟燈具有關。過去降低眩光采用毛玻璃、瓦楞狀玻璃折射，變高亮度、點光源為面光源。隨著人們生活水平的提高，對燈具美觀的追求日益重視。毛玻璃有透光率高的優點，但遮蔽性低，透過毛玻璃依然能夠看到光源的模糊形狀。近年來，國內的燈具趨勢是毛玻璃燈具難覓，代之以在透明玻璃表面絲網印一層薄薄的乳白色油漆，燈具內的日光燈或者節能燈照亮了這層帶油漆的燈具玻璃，油漆通體發亮，感覺如同燈光下的毛玻璃，但測算光效下降巨大。如，3×55W三基色節能燈的燈具，照明效果與原來采用毛玻璃燈具的40W日光燈～55W節能燈的亮度類似，唯一的區別是通過油漆遮蔽后的燈具，看不到明顯的節能燈發光燈管的外形。表1為某手冊上各種玻璃的透光系數。

表1幾種玻璃的透光系數

由表1可知，乳白色玻璃的透光性極差，這與日常生活中的感受一致。美觀與節能環保形成了極大的反差，這與世界節能趨勢格格不入。如何改變漫射光發生裝置的透光效率，同時又滿足遮蔽性。分析乳白色燈罩玻璃、或者乳白色白熾燈玻殼，均有一層薄薄的乳白色層。鈦白粉具有白度高、反射率高的優點，但光源上通過乳白色玻璃產生漫射光是透射光，不是反射光，鈦白粉顆粒會阻擋光線傳播，盡管顆粒間的反射率高，這種多次反射嚴重衰減了光通量，這一不完美的漫反射方法長期來大大降低了照明效率。

發明內容

針對現有漫射光產生裝置本身的透射率低，裝置選用材料本身的遮蔽率高的缺陷，本發明通過基礎光學分析、自然光現象分析和研究、透明無機材料和透明高分子聚合物的光學特性分析研究，獲得了適合工程應用的漫反射規律和相應的高透射率的光散射方法與對應的光學材料的獲取方法。

基本工作原理基于透明介質的光反射率R和透射率T關系。透明介質表面的反射率R的計算公式

R=(n′-n)2(n′+n)2---(1)]]>

例如，當玻璃的折射率n’=1.5，而空氣的折射率n=1.0，計算結果為R=0.04，即玻璃平板每個表面反射率約為4%，無色透明的白玻璃板的透射率T只有92.16%，故無色白玻璃板的總反射率Rt_白玻璃板=1－T=1－92.16%=7.84%。N層無色白玻璃板的透射率只有T^N。

本發明利用透明介質之間的折射或者全反射擾亂光線的行進方向，獲得透射率高的散射光，所述的透明介質之間的折射或者全反射系散布在均勻透明介質中的無色透明的散射體表面形成的界面，界面的兩側有不同的折射率；無色透明的散射體折射率n’與勻質透明材料的折射率n有差異，兩者之差可正可負。所述的散射體為球體或不規則體。

優選的是無色透明的散射體折射率n’低于勻質材料的折射率n，散射體呈凹透鏡效應，造成散射體局部大面積的全反射，提高單一散射體的發散角，減小內部逆向反射，降低光損耗；散射體線度為亞毫米級別～1毫米，

散射體線度為亞毫米級別～1毫米，散射體在均勻透明介質內的分布沿光行進方向，即均勻透明介質厚度方向，其密度值為2～6個，不超過12個，最佳密度在2～4個之間，控制散射體線度和密度，可調整散射效果。

本發明的無色透明的散射（球）體通過結晶或者發泡形成，可限制均勻透明介質和無色透明的散射體的折射率之差在較小范圍，減弱兩種不同介質界面之間的反射率，提高散射光的出光率。