光扩散材料是指能将点、线光源转化为线、面光源的材料，通俗来说，这类材料的作用就是使光源通过折射、反射与散射后，肉眼看起来没那么刺眼。那小编就领大家一起来了解一下在LED中常见光扩散材料。
图 PS光扩散灯罩（图拍摄于金发展台）
目前光扩散材料的制备方法主要有聚合法和共混改性法。
聚合法是根据光折射的原理，选择折射率存在一定的差异、相容性不好的两种聚合物单体共同聚合或者是采用分段聚合，用来进一步制备光散射的光扩散材料。将两种反应活性不同的单体进行聚合制备，因为散射体单体与形成基体的单体反应活性不相同，散射体单体产生自聚或与基体单体嵌段共聚，这样两种单体对于各自聚合链内所形成的凝聚核光学性质是均匀，在凝聚核的边界光发生反射和折射，因此形成了散射。聚合法在PMMA基光扩散的材料制备中应用较广泛。
图 光扩散LED灯罩
共混改性法是在树脂中添加光扩散剂，光扩散剂呈球形，均匀分散在透明树脂中形成海岛结构，由于树脂和光扩散剂的折射率不同，光线在光扩散剂表面类似镜面反射，经过多次反射达到光扩散效果。同时，光扩散剂的添加量，粒径大小和分布，折射率决定了材料的光学性能。
图 光扩散灯罩
目前，很多光扩散材料一般都是使用此方法产生的，因为这种方法类似聚合物掺杂，工艺简单，尤其是在用量非常大的光扩散板材方而，这种方法能够进行连续生产，生产效率高。
下面主要以共混改性法为例
光扩散材料的作用机理主要是在扩散板基材中加入有机或者无机粒子作为散射粒子，使光线在经过散射层时不断的在两个折射率相异的介质中发生折射、反射与散射，以此产生光学扩散的效果。如下图所示：
图 光扩散原理图
作为光扩散材料的基材要求有很高的光透过率，常见基体材料主要有PPMMA、PS和PC，基光扩散率如下：
|
材料种类 |
光折射率 |
|
PMMA |
1.49 |
|
PC |
1.59 |
|
PS |
1.59 |
折射率决定着材料看上去的光亮程度，较大的折射率表明在材料与空气的交界面上有更多的光线被反射。一般来说，折射率愈高，透光率愈低。
图 PC光扩散灯罩（图拍摄于万华展台）
按光扩散剂的成分来分可将其分为有机扩散剂和无机扩散剂。
这一类光扩散剂主要有丙烯酸型、有机硅型，聚乙烯型等，目前应用最广的是丙烯酸类和有机硅类光扩散剂。这一类光扩散剂具有很好的透过率。有机硅有添加量少和雾度好的优点，丙烯酸的透过率较好。
图 光扩散LED灯罩
无机光扩散剂主要有：纳米硫酸钡，二氧化硅、碳酸钙等，这些无机型光扩散剂从微观角度上讲是个实心微珠球，光线很难透过实心球体，会影响很多光线的透过，只有部分光线透过折射通过，因此影响亮度或透光，目前用的比较少。
几种光扩散剂的折射率如下：
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光扩散剂种类 |
光折射率 |
|
有机硅类 |
1.43 |
|
丙烯酸类 |
1.49 |
|
二氧化硅类 |
1.65 |
|
碳酸钙类 |
1.53-1.68 |
图 LED灯罩
粒子粒径越小，同质量的情况下，粒子数量越多，光线穿过时被偏转次数越多，产生的扩散性越大，雾度也就越高。但是粒径过小，粒径分布难以控制，反而导致在相同雾度的情况下，透过率下降。粒径和粒径分布得当，透光率和雾度才能同时达到较高值。粒径一般在1-5微米左右。同时粒子的规整度、光洁度越好，雾度和透光率越好。
图 LED灯
基材与扩散剂的折射率不宜过大，也不宜过小，当扩散剂的相对折射率为0.91-0.97和1.03-1.09之间，扩散率透过率都比较好。相对折射率过小，两都折射率差别不大，散射不明显。相对折射率差异过大将导致全反射发生，将光线反射回内部而无法有效导出。
图 光扩散LED灯
随着光扩散粒子增加，光在扩散板中得到散射的次数增加，背向散射增加，光子的自由程变小，雾度增加，但是透过率下降。在保证较高透过率和雾度的情况下合理选择光扩散料子浓度，一般的添加量在2%以内。
图 光扩散LED灯
常见的LED灯光扩散材料要求如下：
1、高透光、高扩散、无眩光、无光影
2、光源隐蔽性要好
3、具有良好的流动加工性、尺寸稳定性、耐候性、耐热性
4、高阻燃，同时具有高抗冲击强度
5、透光率超过80%
图 光扩散LED灯
光扩散材料优点是在保证高透光率的前提下，又增加了产品的光扩散率和雾度，通过扩散板的作用，使整个板面形成了一个均匀的发光面而不形成暗区。目前光扩散板分为PC光扩散板，PMMA光扩散板及PS光扩散板。但是，PMMA不耐刮，PS耐热阻燃性较差，目前在LED灯罩中PC的材质用得较多。下面是几种光扩散板的比较。
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PC |
PMMA |
PS |
|
|
透光率 |
较好 |
很好 |
较好 |
|
雾度 |
很好 |
很好 |
很好 |
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防火性能 |
UL-V0／V2 |
不防火 |
不防火 |
|
单位重量 |
1.2g／cm3 |
1.2g／cm3 |
1.05g／cm3 |
|
弯曲强度 |
≥100Mpa |
≥70Mpa |
≥50Mpa |
|
热变形温度 |
≥130℃ |
≥100℃ |
≥70℃ |
图 LED光扩散板
下面附上目前进口的光扩散剂的主要产家及产品
1、美国迈图，代表产品有Tospearl120E，EP-2720
2、美国道康宁，代表产品有EP-2720、30-424、EP-5500
3、日本信越，代表产品有KMP590和X-52-7056A
4、韩国三星,代表产品有SL-200M
5、韩国ABC，代表产品有E+320
6、韩国科隆，代表产品有KS-200C，KS-1000
7、台湾长兴，代表产品有DF30B5、DF20A06、
图 光扩散剂
1、日本积水，代表型号：EXM系列和SBX系列、MS10X-8D
2、日本综研，代表型号：3EA和3TA
3、美国罗门哈斯，代表型号：EXL5136和5766
4、日本钟渊，代表型号有MP59、MP90
光扩散材料在LED中的应用最广，近来来随着LED照明产业的迅速发展，光扩散材料的发展也势不可挡。光扩散材料的发展要更加注重品质，品质来源于技术！我们建立了光扩散材料和导热塑料等的LED产业链技术交流群，快快加入我们吧！
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编辑/Jack
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