光扩散膜的主要作用是在空间上调制入射光束光强度,即通过光线与扩散膜的反射、散射、折射和衍射,获得满足某种使用要求的光场分布。光扩散膜在光束整形、平板显示技术和新型固态照明(有机/无机发光二极管)、光伏器件等方向有着非常广泛的应用。定向扩散膜由于方向性扩散的特点,被大量用于机载激光探测和测距系统、条码扫描仪、生物识别扫描仪和定向投影仪等,具有重要的研究意义。基于软压印技术,本文制作了聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane,PDMS)微结构模具,并结合紫外压印技术制备了两类光扩散膜:掺杂型表面浮雕光扩散膜和结构诱导自组装微球光扩散膜。本文测试了制作的扩散膜的光学特性。具体研究工作如下:(1)利用蒙特卡洛方法(LightTools软件)分别对掺杂有机硅微米颗粒/UV可固化树脂扩散膜、聚苯乙烯微米颗粒/UV可固化树脂扩散膜进行了模拟。分析了扩散膜透过率与粒径、掺杂浓度、残胶厚度的关系。对有机硅颗粒/UV可固化树脂体系模拟仿真,得出微球的最佳粒径在1-5μm范围内。当微球粒径为2μm,掺杂浓度在1wt%-10 wt%,扩散膜厚度小于50μm时,扩散膜透过率保持在95%以上。同理,对掺杂的聚苯乙烯颗粒-紫外固化树脂体系扩散膜仿真,也得到了同样的模拟结果。由于有机硅材料折射率小于聚苯乙烯折射率,有机硅颗粒-紫外固化树脂形成的扩散层平均折射率小,有较大的增透作用,所以后者的透过率低于前者。这些模拟结果为实验制备掺杂型微结构光扩散膜提供了指导。(2)利用软压印技术制备了掺杂型表面浮雕光扩散膜。制作流程包括光刻热熔、PDMS软模具制备、光扩散剂-紫外可固化树脂混合和软压印四个步骤。光扩散剂(如有机硅微米颗粒和聚苯乙烯微米颗粒)的掺杂质量分数为1 wt%,3 wt%,5 wt%,7 wt%。扫描电子显微镜、3D共聚焦显微镜对形貌的检测结果表明,制作的微结构比较完整地转印了PDMS模具上的结构,掺杂后的表面粗糙度为0.28μm。当掺杂质量分数为7 wt%时,掺杂型柱透镜扩散膜透过率和雾度分别为96.9%和48.9%,最大扩散角度达到80°。通过改变压印压力,可获得不同的压印残胶厚度。当掺杂有机硅微米颗粒的质量分数为5 wt%,残胶厚度为40μm时,制作的扩散膜透过率和雾度分别为97.43%和74.78%;当残胶厚度为10μm时,制作的扩散膜透过率和雾度分别为96.32%和43.51%。观测了650 nm红色激光和白光LED照明光源下样品对入射光的扩散效果,显示了掺杂型表面浮雕光扩散膜对散射角度、亮度均匀性、雾度的调控能力。(3)结合软压印和刮涂技术制备了结构诱导自组装微球光扩散膜。制作流程包括光刻、PDMS软模具制备、软压印和刮涂-自组装四个步骤。制作的一维、二维、正交光栅结构以及环形阵列结构宽度分别为12μm、18μm、8μm、8μm,高度均为6μm。扫描电子显微镜、3D共聚焦显微镜对形貌的检测结果表明,微沟槽结构线边缘形状为规则排列的线形或者多边形形状时,更容易实现扩散粒子的自组装。本实验在预加工的微沟槽中诱导扩散粒子有序自组装,通过优化结构参数,获得了较好的填充性。测试了光扩散膜在650 nm红色激光照射下的扩散能力。微沟槽结构能够对入射光束形成定向扩散。在微沟槽中填入的扩散微球能够起到进一步匀化光线的作用,由于结构占空比和微纳结构尺寸在衍射光学范畴以内,扩散效果图中仍然存在衍射光斑。微结构尺寸和对应使用的粒子还有待进一步研究。本文研究的上述两种复合光扩散膜制备方法,相比于现有技术,工艺简单、材料成本低。获得的复合型光扩散膜,结合了微结构对入射光在空间上的折射、衍射作用和微米扩散粒子对光的散射作用,具有高的透过率、可调节的雾度和定向扩散的功能。本文的研究成果为复合型多功能光扩散膜的设计与制备提供新的思路。