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TWI519611B - 導光板用紫外線硬化型噴墨墨水及使用其之導光板 - Google Patents

導光板用紫外線硬化型噴墨墨水及使用其之導光板 Download PDF

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TWI519611B
TWI519611B TW101103108A TW101103108A TWI519611B TW I519611 B TWI519611 B TW I519611B TW 101103108 A TW101103108 A TW 101103108A TW 101103108 A TW101103108 A TW 101103108A TW I519611 B TWI519611 B TW I519611B
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guide plate
light guide
resin sheet
ink
transparent resin
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TW101103108A
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TW201239045A (en
Inventor
百田健太郎
寺澤英之
Original Assignee
住友化學股份有限公司
世聯股份有限公司
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Description

導光板用紫外線硬化型噴墨墨水及使用其之導光板
本發明係關於用於導光板之紫外線硬化型噴墨墨水及使用其之導光板。
諸如液晶顯示裝置之透射型圖像顯示裝置通常具有表面光源裝置作為背光。邊緣發光型表面光源裝置包括具有透明樹脂片之導光板及用於向透明樹脂片之端面提供光的光源。自透明樹脂片之端面入射之光被設置在透明樹脂片的背面側上之諸如反射點的反射構件反射，且自導光板之出射面提供用於圖像顯示之平面光。
提出一種利用噴墨墨水施加噴墨印刷之方法作為形成反射點(定向圖案)之方法(日本專利特許公開2006-136867)。噴墨印刷預期能夠容易地形成具有所需圖案組態之反射點。
然而，在自利用藉由噴墨印刷在其上形成有反射點之導光板構造的表面光源裝置提供光之情況下，發現存在自然色調受損之趨勢，例如光之黃色調增加。認為此係因為出射光(outgoing light)受到反射點之強烈影響。
本發明之一個目的則為在利用噴墨印刷形成待用於表面光源裝置之導光板的反射點時，使由表面光源裝置提供之光具有更自然之色調。
本發明係關於一種導光板用紫外線硬化型噴墨墨水，其 包含：二氧化鈦顆粒；包括含羥基之可光聚合單體的可光聚合組分；及光聚合引發劑。在根據本發明之噴墨墨水中，二氧化鈦顆粒之累計50%粒度D50為200至1000 nm。
藉由利用根據本發明之上述噴墨墨水採用噴墨印刷於導光板上形成反射點，可使自表面光源裝置提供之光具有更自然的色調。
50±10℃下該噴墨墨水之黏度較佳為5.0至15.0 mPa．s，更佳為8.0至12.0 mPa．s。由此，墨可自噴墨頭穩定排出，因此可以高的生產率製造導光板。自類似觀點而言，25.0℃下該噴墨墨水之表面張力較佳為25.0至45.0 mJ/m2，更佳為25.0至37.0 mJ/m2。
在另一態樣，本發明係關於一種用於製造導光板之方法，其包括：藉由噴墨印刷利用根據本發明之噴墨墨水於透明樹脂片表面上印刷圖案之步驟；及利用紫外線硬化形成圖案之噴墨墨水以形成反射點的步驟。
根據本發明之方法，可以得到能夠提供自然色調光之導光板。此外，藉由噴墨印刷與隨後之紫外線硬化過程的組合，可以減少墨之浪費且得到更高之生產率。
在又一態樣，本發明係關於一種導光板，其包括透明樹脂片及設置在透明樹脂片上之反射點。根據本發明之導光板為可藉由根據本發明方法獲得之導光板。
在再一態樣，本發明係關於一種表面光源裝置，其包括根據本發明之導光板及向導光板之端面提供光的光源。此外，本發明係關於一種透射型圖像顯示裝置，其包括該表 面光源裝置及與該表面光源裝置之出射面相對設置的透射型圖像顯示單元。
根據本發明之導光板及表面光源裝置，可以提供具有自然色調之光。此外，根據本發明之透射型圖像顯示裝置基於具有自然色調之表面光源可以顯示高品質之圖像，同時藉由採用噴墨印刷擴大圖像顯示裝置之圖像面積來降低製造成本。
根據本發明，在待用於表面光源裝置之導光板之反射點藉由噴墨印刷形成時，可使自表面光源裝置提供之光具有更自然之色調。此外，根據本發明，亦可獲得來自光源之光的使用效率提高及平面內顏色不均勻性降低的效果。
根據本發明之較佳實施例將詳細描述如下。然而，本發明不限於下列實施例。
圖1為顯示具有表面光源裝置之透射型圖像顯示裝置之一個實施例的截面圖。圖1所示之透射型圖像顯示裝置100主要由表面光源裝置20及透射型圖像顯示單元30構成。表面光源裝置20為邊緣發光型表面光源裝置，其包括具有透明樹脂片11之導光板1及沿透明樹脂片11之端面S3設置的光源3。透明樹脂片11具有出射面S1及在出射面之相反側的背面S2，且導光板1亦具有設置在背面S2側上之反射點12。透射型圖像顯示單元30配置為以導光板1之出射面S1側與導光板1相對。透射型圖像顯示單元30為例如具有液晶單元之液晶顯示單元。
自光源3發出之光自端面S3進入透明樹脂片11。已進入透明樹脂片11之光在反射點12上不規則地反射且主要自出射面S1出射。已自出射面S1出射之光提供至透射型圖像顯示單元30。反射點12之圖案配置為使得可自出射面S1有效出射均勻平面光。相鄰之反射點12可以彼此分隔開或者亦可彼此連接。
透明樹脂片11較佳為聚(甲基)丙烯酸烷基酯樹脂片、聚苯乙烯片或以聚碳酸酯為主之樹脂片，其中較佳為聚甲基丙烯酸甲酯樹脂片(PMMA樹脂片)。透明樹脂片11亦可含有散射顆粒。透明樹脂片11在其上形成有反射點12之表面(背面S2)之相反側的表面(出射面S1)可為如本實施例所述的平坦表面，但亦可具有凹凸形狀。透明樹脂片11較佳具有1.0 mm或1.0 mm以上及4.5 mm或4.5 mm以下的厚度。
反射點12較佳具有20 μm或20 μm以下，更佳15 μm或15 μm以下之最大厚度。黃色指數較佳為10或10以下，其係基於在出射面S1之垂直線方向上透射穿過反射點12及透明樹脂片11之光的光譜透射率量測進行評估。上述黃色指數可以藉由在透明樹脂片之整個一側上印刷用於形成反射點之噴墨墨水，硬化所印刷之墨水以製備具有厚度與反射點厚度相同之反射膜的量測樣品及利用該量測樣品來進行量測。可以容易地實現10或10以下之黃色指數，例如藉由PMMA樹脂片與下文所述的噴墨墨水的組合。量測黃色指數之詳細方法將在下文所述的實例中說明。
光源3可為線性光源例如冷陰極螢光燈(CCFL)，但較佳 為點光源，諸如LED。在此情況下，多個點光源沿構成透明樹脂片11之矩形主面之四條邊中的至少一條邊排列。為了獲得具有自然色調之光，特別有利的為待藉由在下文中描述的噴墨墨水形成的反射點與LED的組合。
圖2為顯示用於製造導光板之方法之一個實施例的透視圖。圖2所示之用於製造導光板之裝置200由用於輸送透明樹脂片11的輸送構件40、噴墨頭5、紫外燈7及檢測裝置9構成。噴墨頭5、紫外燈7及檢測裝置9以該順序沿透明樹脂片之移動方向A自上游側依次配置。
輸送構件40沿方向A連續或間歇地輸送透明樹脂片11。透明樹脂片11亦可預先切割以匹配待製造之導光板的尺寸，或者亦可在反射點12形成於長透明樹脂片11上後進行切割。本實施例中之輸送構件40為移動工作台(table shuttlc)，但並不限於此，且亦可為例如帶式運輸機、輥或氣浮傳送器。
噴墨墨滴藉由由支撐單元41所支撐之噴墨頭5沈積於透明樹脂片11之表面上，以形成包含點狀墨的圖案。此時，由所印刷之墨形成的多個點可以彼此分隔開或者亦可彼此連接。噴墨頭5具有在其中反射點形成於透明樹脂片11表面上之區域的整個寬度方向(垂直於A之方向)上以一列或多列排列並固定的多個噴嘴，以與透明樹脂片11之背面S2相對。已藉由噴墨系統自多個噴嘴中排出之處於液滴狀態的墨在透明樹脂片11的整個寬度方向上同時並共同印刷。較佳在以固定速度連續移動透明樹脂片11之同時印刷墨。 或者，亦可藉由重複在停止透明樹脂片11之狀態下印刷墨、移動透明樹脂片11至下一印刷位置及停止移動的操作，從而有效地將墨印刷成由多個點列組成之圖案。透明樹脂片11之移動速度控制為使得可以適當地印刷墨。在本實施例的情況下，噴墨頭5由分別具有多個噴嘴之多個單元構成。該多個單元配置成其端部在輸送透明樹脂片11的方向A上彼此重疊。有時，亦可使用具有在其中反射點形成於透明樹脂片表面上之區域的整個寬度方向上串聯配置之多個噴嘴的噴墨頭。
在本實施例的情況下，墨可以在噴墨頭5之多個噴嘴被固定的狀態下在透明樹脂片11之整個寬度方向上共同印刷。由此，與其中在可移動噴嘴沿透明樹脂片11之寬度方向移動的同時隨後印刷墨的情況相比，導光板之生產率顯著提高。特定而言，當製造具有短邊長度為200 mm或200 mm以上及1000 mm或1000 mm以下之透明樹脂片的大尺寸導光板時，根據本實施例方法提高生產率之效果較大。此外，根據噴墨方法，甚至可以容易地及精確地形成例如最大直徑為100 μm或100 μm以下之微小反射點。當透明樹脂片較薄時，可透過出射面S1側觀察到反射點，但該現象可以藉由使反射點變小來防止。如果由多個噴嘴提供之墨彼此連接時，則亦可形成大的反射點。
噴墨頭5之噴嘴經由導管55連接至供墨單元50。供墨單元50具有例如其中容納墨之墨盒及送出墨之泵。多個導管55可以連接至單個墨盒，或者亦可分別連接至多個墨盒。
用於噴墨印刷以形成反射點12之噴墨墨水為紫外線硬化型墨，其包含顏料、可光聚合組分及光聚合引發劑。
顏料較佳為二氧化鈦顆粒。二氧化鈦顆粒的累計50%粒度D50較佳為200至1000 nm，更佳為250至800 nm，亦較佳為300至600 nm。可基於市售產品之粒度分佈適當選擇產品來得到累計50%粒度D50在200至1000 nm範圍內之二氧化鈦顆粒。墨中顏料含量比通常為墨總質量之約0.5至15.0質量%。
可光聚合組分由可光聚合單體及/或可光聚合寡聚物組成，其具有可光聚合官能基，諸如乙烯基。當認為改善色調重要時，可光聚合組分較佳包括聚酯丙烯酸酯及含羥基之可光聚合單體。
含羥基之可光聚合單體較佳具有羥基及一或多個乙烯基。例如，含羥基之可光聚合單體包括選自丙烯酸2-羥基-3-苯氧基丙酯及丙烯酸2-羥乙酯中的至少一種化合物。墨中含羥基之可光聚合單體的含量比較佳為墨總質量之40質量%或低於40質量%。當含羥基之可光聚合單體的含量比超過40質量%時，存在色調之改進效果變小的趨勢。
墨中所包含之聚酯(甲基)丙烯酸酯為可光聚合寡聚物，其具有藉由二元醇化合物與二羧基化合物反應形成的聚酯鏈且具有藉由(甲基)丙烯酸及其類似物引入之丙烯酸酯基或甲基丙烯酸酯基。墨中聚酯(甲基)丙烯酸酯之含量比較佳為墨總質量的2.0至8.0質量%。當聚酯(甲基)丙烯酸酯之含量比處於此範圍內時，墨之黏度可容易地調節至自噴墨 噴嘴中穩定排出墨的範圍。
光聚合引發劑可適當選自在紫外線硬化型樹脂領域中常用的光聚合引發劑。墨中光聚合引發劑之含量比通常為墨總質量的約0.5至10.0質量%。
噴墨墨水亦可包含除顏料、可光聚合組分及光聚合引發劑以外的組分，其範圍不背離本發明之精神。
50±10℃下噴墨墨水之黏度較佳為5.0至15.0 mPa．s，更佳為8至12 mPa．s。噴墨墨水之黏度可以調節，例如藉由聚酯(甲基)丙烯酸酯的重量平均分子量及/或含量比來調節。當聚酯(甲基)丙烯酸酯之重量平均分子量及含量比增加時，墨黏度呈上升趨勢。
25.0℃下噴墨墨水之表面張力較佳為25.0至45.0 mJ/m2，更佳為25.0至37.0 mJ/m2。噴墨墨水之表面張力可以調節，例如藉由將以矽為主之表面活性劑及以氟為主之表面活性劑摻入墨中來調節。
所印刷的墨在區域70中藉由由支撐單元42所支撐之紫外燈7進行硬化。由此，形成由硬化墨構造之反射點12。
此後，經由其中由支撐單元43所支撐的檢測裝置9檢測所形成之反射點12之狀態的步驟得到導光板1。根據需要，導光板1被切割成所需尺寸。導光板不一定需要藉由設置在噴墨頭下游側之檢測裝置進行連續檢測，如本實施例中，然該導光板亦可藉由單獨準備之檢測裝置進行離線檢測。或者，藉由檢測裝置檢測導光板之步驟有時可以省略。
實例
以下參照實例更特定地描述本發明。但是，本發明不限於此等實例。
實例1
製備混合物，其含有：8.0質量%之二氧化鈦顆粒(ISHIHARA SANGYO KAISHA,LTD.生產的CR-95，金紅石型，TiO2比率為97%)，其用作顏料且已用Al、Si及有機物質進行表面處理；5.0質量%之聚酯丙烯酸酯(Toagosei Co.,Ltd.生產的ARONIX M-7300K)，其用作可光聚合寡聚物；20.0質量%之丙烯酸2-羥基-3-苯氧基丙酯(Toagosei Co.,Ltd.生產的M5700)及20.0質量%之丙烯酸2-羥乙酯(Kyoeisha Chemical Co.,Ltd.生產的LIGHT ACRYLATE HOA)，其為含羥基之可光聚合單體；40.0質量%之丙烯酸異冰片酯(Kyoeisha Chemical Co.,Ltd.生產的LIGHT ACRYLATE IBXA)作為另一可光聚合單體；3.0質量%之羥己基苯乙基酮(BASF Japan Ltd.生產的IRGACURE 184)、2.0質量%之苯基二(2,4,6-三甲基苄醯基)氧化膦(BASF Japan Ltd.生產的IRGACURE 819)及0.1質量%之4,4'-[1,10-二氧代-1,10-癸烷二基]二(氧基)二[2,2,6,6-四甲基]-1-哌啶氧基(BASF Japan Ltd.生產的Irgastab UV10)，其用作光聚合引發劑；及1.9質量%之有機聚合物(The Lubrizol Corporation生產的SOLSPERSE 36000)，其用作顏料分散劑；然後用珠磨分散裝置處理以使顏料分散。藉由自顏料分散於其中之混合物經由過濾移除雜質而得到紫外線硬化 型噴墨墨水。
用作顏料之二氧化鈦顆粒的累計50%粒度D50(體積平均粒度)係使用動態光散射法(光子相關法)利用Spectris Co.,Ltd.生產的Malvern Zetasizer Nano S進行量測。用於量測之分散液藉由利用環己酮將約1 g墨稀釋至100倍來製備。利用超音清洗器或均化器將分散液超音波照射10分鐘。隨後，將分散液裝入Zetasizer Nano S之樣品進料口且量測顏料之粒度及體積。D50係在量測所有顆粒之粒度及體積且隨後由具有較小粒度之顆粒來積分體積時，顆粒之積分體積達到全部顆粒總體積之50%時的粒度。顏料的D50為350 nm。
40℃下墨之黏度為9.9 mPa．s，且25℃下墨之表面張力為37.0 mJ/m2。
使用棒塗機將所得墨施塗於50mm見方且厚度為4 mm之PMMA樹脂片一側的全部表面上，利用紫外線照射使施塗之墨硬化，且得到用於量測光譜透射率之樣品片，其上具有由墨形成之反射膜。作為利用Decktack(Toho Technology Corporation生產的Large Sample Profier FP10)量測所得樣品之反射膜厚度的結果，厚度為3.9 μm。紫外線照射條件描述如下。
紫外線照射條件
燈：雙端金屬鹵化物燈(集中型)
輸出：120 W/cm
照射時間：0.5秒
照射距離：焦距+10mm
比較實例1
利用類似於實例1之方式得到紫外線硬化型噴墨墨水，然顏料變為二氧化鈦顆粒(ISHIHARA SANGYO KAISHA,LTD.生產的TIPAQUE PF-671，金紅石型，TiO2比率為97%)。所用顏料之D50為170 nm。
40℃下墨之黏度為9.6 mPa．s，且25℃下墨之表面張力為28.0 mJ/m2。
利用與實例1類似操作得到之墨產生用於量測光譜透射率之樣品片，其上具有由墨形成的反射膜。反射膜之厚度為0.9 μm。
黃色指數(YI)量測
利用具有積分球之光譜透射率量測儀(Hitachi,Ltd.生產的U-4100)在300 nm至800 nm波長範圍內量測穿過在實例1及比較實例1中製得之用於量測光譜透射率之樣品片的光之光譜透射率。自量測結果確定黃色指數(YI)。
導光板之製造
自尺寸為920 mm×540 mm之PMMA樹脂片上剝離光罩膜。實例1或比較實例1之墨藉由噴墨印刷而圖案印刷於暴露面上。藉由利用紫外線照射硬化所印刷之墨以形成反射點，且得到導光板，其上具有由點圖案形成之反射點。反射點之覆蓋係數為50面積%。印刷條件及紫外線照射條件描述如下。
印刷條件
噴嘴直徑：30 μm
施加電壓：20 V
脈衝寬度：40 μs
驅動頻率：2500 Hz
解析度：150 dpi
加熱溫度：40℃
UV照射條件
燈：雙端金屬鹵化物燈(集中型)
輸出：120 W/cm
照射時間：0.5秒
照射距離：焦距+10mm
亮度量測
圖3為顯示亮度量測方法之示意圖。將在上述段落「導光板之製造」中製備的導光板1併入具有LED串燈模組之小背光單元80中，LED串燈模組具有多個LED 3且沿框架短邊之內壁設置，導光板併入的方向使得其上形成有反射點之面位於小背光單元之底面側中。反射膜設置在小背光單元的底面上。此外，在導光板1上依次堆疊散射膜81及稜鏡膜82，且將其固定。稜鏡膜82配置之方向為溝槽的延伸方向平行於LED串燈模組。在上述狀態下打開LED 3，且利用亮度計85(I.System Corporation生產的多點亮度計Eye Scale 3W)來量測亮度、色度x及色度y，亮度計設置為面對稜鏡膜82。
圖4、圖5及圖6分別為顯示在小背光單元之長邊方向上 之亮度、色度x及色度y之分佈的圖。表1顯示平面內最小亮度、平面內平均色度及平面內色度差，此係由分佈決定。此結果意味著平面內最小亮度越小，則LED光源發射之光由出射面射出之效率就越高。平面內色度差為平面內色度之最大值與最小值之差。此值高的事實意味著屏幕上之顏色不均勻性大。
如表1所示，與其中顏料之D50小於200 nm之比較實例1相比，在其中使用D50為200至1000 nm之顏料的墨之的實例1中，黃色指數顯著降低，且平面內平均色度亦明顯下降。特定而言，證實根據本發明可使自表面光源裝置提供之光顯示更自然的色調。
此外，根據實例1可更有效地利用自LED光源發出的光，此係因為實例1中之平面內最小亮度小於比較實例1中之平面內最小亮度。此外，證實根據本發明亦能夠獲得抑 制顏色不均勻性的效果，此係因為實例1中之平面內色度差亦小於比較實例1中之平面內色度差。
1‧‧‧導光板
3‧‧‧LED/光源
5‧‧‧噴墨頭
7‧‧‧紫外燈
9‧‧‧檢測裝置
11‧‧‧透明樹脂片
12‧‧‧反射點
20‧‧‧表面光源裝置
30‧‧‧透射型圖像顯示單元
40‧‧‧輸送構件
41‧‧‧支撐單元
42‧‧‧支撐單元
43‧‧‧支撐單元
50‧‧‧供墨單元
55‧‧‧導管
70‧‧‧區域
80‧‧‧小背光單元
81‧‧‧散射膜
82‧‧‧稜鏡膜
85‧‧‧亮度計
100‧‧‧透射型圖像顯示裝置
200‧‧‧用於製造導光板之裝置
A‧‧‧移動方向
S1‧‧‧出射面
S2‧‧‧背面
S3‧‧‧端面
圖1為顯示具有表面光源裝置之透射型圖像顯示裝置之一個實施例的截面圖；圖2為顯示製造導光板之方法之一個實施例的透視圖；圖3為顯示亮度量測方法的示意圖；圖4為顯示沿小背光單元之長邊方向之亮度分佈的圖；圖5為顯示在小背光單元之長邊方向上之色度x的圖；及圖6為顯示在小背光單元之長邊方向上之色度y的圖。
1‧‧‧導光板
3‧‧‧光源
11‧‧‧透明樹脂片
12‧‧‧反射點
30‧‧‧透射型圖像顯示單元
100‧‧‧透射型圖像顯示裝置
S1‧‧‧出射面
S2‧‧‧背面
S3‧‧‧端面

Claims (8)

  1. 一種用於製造導光板之方法，其包括：藉由噴墨印刷利用紫外線硬化型噴墨墨水於透明樹脂片表面上印刷圖案之步驟；及利用紫外線硬化形成該圖案之該噴墨墨水以形成反射點之步驟，其中該噴墨墨水包含：二氧化鈦顆粒；包括含羥基之可光聚合單體的可光聚合組分；及光聚合引發劑，其中該等二氧化鈦顆粒之累計50%粒度D50為200至1000nm。
  2. 如請求項1之用於製造導光板之方法，其中50±10℃下該噴墨墨水的黏度為5.0至15.0mPa．s。
  3. 如請求項1之用於製造導光板之方法，其中25.0℃下該噴墨墨水的表面張力為25.0至45.0mJ/m2。
  4. 一種導光板，其包括透明樹脂片及設置在該透明樹脂片上之反射點，且其可藉由如請求項1至3中任一項之方法得到。
  5. 如請求項4之導光板，其中該等反射點之最大厚度為20μm或20μm以下，且基於透射穿過該反射點及該透明樹脂片之光的光譜透射率量測所評估的黃色指數為10或10以下。
  6. 如請求項4之導光板，其中該透明樹脂片為聚甲基丙烯 酸甲酯樹脂片。
  7. 一種表面光源裝置，其包括：如請求項4之導光板；及用於向該導光板之端面提供光的光源。
  8. 一種透射型圖像顯示裝置，其包括：如請求項7之表面光源裝置；及與該表面光源裝置之出射面相對設置的透射型圖像顯示單元。
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