提出了一种新型的层叠微透镜阵列光扩散片。在入射侧具有大口径低数值孔径微透镜阵列结构, 在出射侧具有小口径高数值孔径微透镜阵列结构。分析了层叠结构对光线在视场内的扩散增益原理。利用光线追迹法模拟了微透镜高度、口径等结构参数对光学性能的影响。模拟结果表明, 正面亮度随出射侧微透镜高宽比增大而增加, 在入射侧增加一层高宽比在0.01～0.15的低数值孔径微透镜阵列, 能够将正面亮度再提高3%～5%。实验测试结果表明其增益率可达40.06%, 较单层微透镜阵列扩散片提高了4.2%。