JP5754950B2 - 光学シートおよびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、光学シートとその製造方法および製造装置並びにこの光学シートを用いた面光源装置および透過型画像表示装置に関する。

液晶ディスプレイ（透過型画像表示装置）の面光源装置として用いられるバックライトには、いわゆる直下型のものやエッジライト型のものが知られている。このうち、直下型の面光源装置は、冷陰極管やＬＥＤ等の光源を導光板の背面側に並べて、導光板の背面から入射した光を正面側に出射するものである。

一方のエッジライト型の面光源装置は、冷陰極管やＬＥＤ等の光源を透明な板である導光板の側面に並べて、導光板の側面から入射した光を正面側に出射するものである。従来のバックライトとしては、輝度を高くできるという観点から直下型の面光源装置が多く用いられていた。しかし、近年においては、薄くて高輝度なＬＥＤ光源の使用が増加していることや、液晶ディスプレイの薄型化に伴ってエッジライト型の面光源装置の使用割合が増加している。

このようなエッジ型の面光源装置における導光板では、背面にドット印刷を施すことにより、側面から入射した光を背面で乱反射させて、正面から出射させるようにしている。導光板の背面にドット印刷を施す方法としては、スクリーン印刷による方法が知られている（たとえば、特許文献１参照）。しかしながら、スクリーン印刷によってドット印刷を施す際には、パターンごとに個別の版を用意する必要がある。このため、スクリーン印刷では、自由度が低いという問題があった。

他方、スクリーン印刷以外の方法としては、インクジェットを用いたドットパターン印刷が知られている（たとえば、特許文献２参照）。インクジェットを用いることにより、多数の版を用意する必要はなくなるため、印刷パターンが多様化したとしても対応できるように自由度を高めることができる。

特開平７−４９４２１号公報 特開２００６−１３６８６７号公報

ところで、この種の導光板を用いた面光源装置には、高精度、たとえば１５０ｄｐｉ以上のものが求められるようになってきた。しかし、上記特許文献２に開示された導光板では、高い精細度に対する要求は高くなかった。このため、上記特許文献２に開示された導光板では、ドットパターン印刷を行った際に、ドット間距離の不均一さやドット形状の乱れが原因となってスジが見えてしまうことがあった。

また、ドットパターン印刷を行う際には、複数のインクジェットノズルを備えるインクジェットヘッドを並設して、複数箇所に同時にインクを噴射して印刷時間の短縮化を図ることが行われている。この場合、隣接するインクジェットヘッド間においてスジが発生することがあるという問題があった。このように印刷パターンにスジが見えてしまうと、光学シートを用いた液晶ディスプレイなどの品質の低下を招いてしまうという問題があった。

そこで、本発明の課題は、複数のインクジェットノズルによって光学シートの背面にドットパターン印刷を施す際に、印刷面におけるスジの発生を抑制することにより、光学シートを用いた製品の品質向上を図ることができる光学シートの製造方法および製造装置を提供することにある。

上記課題を解決した本発明に係る光学シートの製造方法は、光源から出射される光を入射する入射面が側面に形成され、入射した光の出射面が表面に形成された光学シートにおける原板の背面に対して、複数のインクジェットノズルが並設されたインクジェットヘッドが隣接された噴射装置からインクを噴射するインクジェットを用いたドットパターン印刷によってドットパターンが印刷された光学シートを製造する光学シートの製造方法であって、ドットパターン印刷を行う際のインクジェットヘッドにおける隣接するインクジェットノズル同士の間の距離ｄ１と、複数のインクジェットノズルが並設された方向における距離であって隣接するインクジェットヘッド間における隣接するインクジェットノズル同士の間の距離ｄ２と、が、下記（１）式を満たすことを特徴とする。
０．９４＜ｄ２／ｄ１＜１．０６ ・・・（１）

本発明に係る光学シートの製造方法においては、ドットパターン印刷を行う際のインクジェットヘッドにおける隣接するインクジェットノズル同士の間の距離ｄ１と、隣接するインクジェットヘッド間における隣接するインクジェットノズル同士の間の距離ｄ２を（１）式の関係に調整している。このため、インクジェットヘッドにおける隣接するインクジェットノズル同士の間の距離ｄ１と隣接するインクジェットヘッド間における隣接するインクジェットノズル同士の間の距離ｄ２との間隔を、スジが発生しない範囲内に納めることができる。したがって、光学シートの背面にドットパターン印刷を施す際に、印刷面におけるスジの発生を抑制することにより、光学シートを用いた製品の品質向上を図ることができる。

ここで、上記光学シートの製造方法によって製造された光学シートやこの光学シートと、光学シートの入射面の側方に配置された光源と、を備える面光源装置、さらには、この面光源装置を備え、光学シートの出射面に対向して配置され、光源から出射された光に照射されて画像を表示する透過型画像表示部を備える透過型画像表示装置とすることもできる。

他方、上記課題を解決した本発明に係る光学シートの製造装置は、光源から出射される光を入射する入射面が側面に形成され、入射した光の出射面が表面に形成された光学シートにおける原板の背面に対して、複数のインクジェットノズルが並設されたインクジェットヘッドが隣接された噴射装置からインクを噴射するインクジェットを用いたドットパターン印刷によってドットパターンが印刷された光学シートを製造する光学シートの製造装置であって、ドットパターン印刷を行う際のインクジェットヘッドにおける隣接するインクジェットノズル同士の間の距離ｄ１と、複数のインクジェットノズルが並設された方向における距離であって隣接するインクジェットヘッド間における隣接するインクジェットノズル同士の間の距離ｄ２と、が、下記（１）式を満たすことを特徴とする。
０．９４＜ｄ２／ｄ１＜１．０６ ・・・（１）

本発明に係る光学シートの製造方法および製造装置によれば、複数のインクジェットノズルによって光学シートの背面にドットパターン印刷を施す際に、印刷面におけるスジの発生を抑制することにより、光学シートを用いた製品の品質向上を図ることができる。

導光板を用いた透過型画像表示装置を模式的に示す分解側断面図である。 導光板を用いた透過型画像表示装置を模式的に示す平面図である。 ドットパターン印刷を行う際のインクジェットノズルと導光板の原板との関係を模式的に示す側面図である。 ドットパターン印刷を行う際のインクジェットノズルと導光板の原板との関係を模式的に示す平面図である。 （ａ）は図４における隣接するインクジェットヘッド同士を近づけた状態を示す平面図、（ｂ）は図４における隣接するインクジェットヘッド同士を遠ざけた状態を示す平面図である。 （ａ）（ｂ）とも、印刷ドットの他の配置パターンを示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。なお、各実施形態において、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略することがある。また、図示の便宜上、図面の寸法比率は説明のものと必ずしも一致しない。

本発明においては、液晶表示装置などの透過型画像表示装置に用いられる面光源装置における光学シートである導光板を製造する際におけるドットパターン印刷が主に特徴的である。本実施形態では、まず、導光板を含む液晶表示装置の構造について説明し、続いて、導光板を製造する際におけるドットパターン印刷について説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る導光板を用いた液晶表示を模式的に示す分解側断面図、図２は、その背面図である。図１に示すように、透過型画像表示装置である液晶表示装置１は、透過型画像表示部１０および面光源装置２０を備えている。面光源装置２０は、透過型画像表示部１０の背面側に配置されており、透過型画像表示部１０の背面側から光を照射している。以下の説明では、図１に示すように、面光源装置２０と透過型画像表示部１０の配列方向をＺ方向（板厚方向）と称し、Ｚ方向に直交する２方向であって互いに直交する２方向をＸ方向およびＹ方向と称す。

透過型画像表示部１０は、液晶セル１１および直線偏光板１２を備えており、液晶セル１１の両面側に直線偏光板１２が配設されている。液晶セル１１、直線偏光板１２は、既知の液晶表示装置において用いられるものを用いることができる。液晶セル１１としては、ＴＦＴ型、ＳＴＮ型等の公知の液晶セルを例示することができる。

面光源装置２０は、光学シートである導光板３０と、ＬＥＤ光源２２とを備えている。導光板３０は、光を透過させる透光性樹脂から形成され板状を成している。なお、導光板３０は、シート状でもよく、フィルム状でもよい。また、導光板３０の厚みＴは、１．０ｍｍ以上４．５ｍｍ以下であることが好ましい。

導光板３０は、透光性樹脂からなる板状の部材を備えている。透光性樹脂の屈折率は、たとえば１．４９〜１．５９の範囲内である。導光板３０に使用される透光性樹脂としては、メタアクリル樹脂が主として用いられる。導光板３０に使用される樹脂として、その他の樹脂を用いてもよく、スチレン系の樹脂を用いてもよい。透光性樹脂としては、アクリル樹脂、スチレン樹脂、ポリカーボネート樹脂、環状オレフィン樹脂、ＭＳ樹脂（アクリルとスチレンの共重合体）などを用いることができる。さらに、導光板３０には、光拡散剤、紫外線吸収剤、熱安定剤、光重合安定剤などの添加剤を添加することもできる。

また、導光板３０は、直方体をなしており、図２に示すように、Ｚ軸方向（厚み方向）に対向する一対の主面である表面３１および背面３２を備えている。また、導光板３０は、Ｘ軸方向に対向する一対の側面３３およびＹ軸方向に対向する一対の側面３４を備えている。表面３１および背面３２は、側面３３，３４と交差する方向、さらに言えば、側面３３，３４と直交する方向に形成されている。これらの表面３１、背面３２、側面３３，３４は、いずれも長方形状をなしている。

このうち、表面３１は、平坦である面であったり、凹凸が付与された面であったりすることができる。表面３１に凹凸を付与する場合には、たとえば、Ｚ軸方向に突出し、その長手方向がＸ軸方向に沿う複数の突条部をＹ軸方向に離間させて互いに平行に並べて配置することができる。突条部の形状としては、表面がプリズム形状となる形状とすることができ、突条部を長手方向に直交する方向で切断した際の断面形状が、半円形状、半楕円形状となる形状とすることができる。また、突条部は、長手方向に直交する方向で切断した際の断面形状が同一形状となるようにすることが好ましい。なお、突条部が延在する方向は、光源から出射される光が導光板の側面から入射する際の入射方向と平行であることが望ましい。

表面３１は、面状の光を出射可能な面として機能する。表面３１は、透過型画像表示部１０側に配置され、背面３２は、透過型画像表示部１０とは反対側に配置される。導光板３０の正面側においては、導光板３０と透過型画像表示部１０との間に、各種フィルム４１が配置されている。さらに、背面３２と対面する位置には、導光板３０内の光を表面３１側へ反射させる反射シート４２が配設されている。各種フィルム４１としては、拡散フィルム、プリズムフィルム、輝度向上フィルムなどが挙げられる。

ＬＥＤ光源２２は、導光板３０の側方であって、導光板３０のＹ軸方向に延在する側面３３と対向して配置されている。導光板３０における側面３３は、ＬＥＤ光源２２から出射される光を入射する入射面となる。複数のＬＥＤ光源２２は、側面３３の長手方向（Ｙ軸方向）に沿って、離散的に配置されている。導光板３０における側面３３から入射した光は、表面３１から出射する。導光板３０の表面は、側面３３から入射した光を出射する出射面となる。

ＬＥＤ光源２２の配置間隔は、通常５ｍｍ〜２０ｍｍとされている。ＬＥＤ光源２２は、Ｙ軸を挟んで対向する側面３３に沿って配置されている。この態様に代えて、導光板３０の４辺のそれぞれに沿って配置されていてもよく、Ｘ軸を挟んで対向する側面３４に沿って配置されてもよい。あるいは、側面３３，３４のうちのいずれか１辺に沿って配置されていてもよい。また、光源は、ＬＥＤ光源に限らずその他の光源でもよい。さらに、光源としては、冷陰極管などの線状光源が配置されている構成でもよい。

ＬＥＤ光源２２は、たとえば白色ＬＥＤで構成されており、一つの箇所に複数のＬＥＤを配置して一つの光源単位を構成している。また、一つの光源単位としては、赤色、緑色、青色の異なる三色のＬＥＤが、近接され並べられて配置されていてもよい。ここで、複数のＬＥＤを有する光源単位が、上述した配置方向に沿って離散的に配置される場合には、異なる色のＬＥＤ同士は可能な限り近づけられて配置されていることが好ましい。

ＬＥＤ光源としては、様々な出光分布を有するものが使用可能であるが、ＬＥＤ光源の法線方向（Ｘ軸方向）の光度が最大であり、光度分布の半値幅が４０度以上８０度以下である出光分布を有するものが、好適である。また、ＬＥＤ光源のタイプとしては、具体的に、ランバーシアン型、砲弾型、サイドエミッション型などが挙げられる。

導光板３０を平面視した際のサイズは、目的とする透過型画像表示部１０の画面サイズに適合するように設定される。具体的に、直交する２辺の長さが、通常２５０ｍｍ×４４０ｍｍ以上であるものが用いられる。さらには、５００ｍｍ×８００ｍｍ以上の大型サイズのものが用いられることもある。あるいは、導光板３０の平面視形状は、長方形とされているが、正方形などの他の形状とすることもできる。また、導光板３０の厚さは、４．５ｍｍ以下とし、たとえば２．０ｍｍとすることもできる。

さらに、導光板３０の背面３２には、複数の印刷ドット３５が形成されている。印刷ドット３５は、インクジェットを用いたドットパターン印刷によって形成される。印刷ドット３５は、背面３２におけるＬＥＤ光源２２に近い方がその径が小さく、ＬＥＤ光源２２から離れるにつれて徐々に径が大きくなるように形成されている。

また、印刷ドット３５については、図２に示す形態のほか、たとえば、図６（ａ）に示すように、略同一の大きさの複数の印刷ドット３５が導光板３０の背面側に略同一間隔で格子状に配置されている態様とすることもできる。印刷ドット３５を格子状に配置する場合には、正方格子、三角格子、立方格子、六方格子、籠目格子などとすることができる。あるいは、図６（ｂ）に示すように、略同一の大きさの複数の印刷ドット３５をランダムに配置する態様とすることもできる。その他、これらの態様で印刷ドット３５の大きさが適宜変わる態様とすることもできる。

続いて、導光板３０の製造方法におけるドットパターン印刷について説明する。ドットパターン印刷はインクジェットを用いて行われている。インクジェットを用いたドットパターン印刷を行う際には、導光板３０を製造する際の原板に対して、インクジェットノズルからインクを噴射してドットパターンを印刷する。

図３は、ドットパターン印刷を行う際のインクジェットノズルと導光板の原板との関係を模式的に示す斜視図である。ドットパターン印刷を行う際には、導光板製造装置が用いられる。導光板製造装置は、図３に示すように、インクジェットヘッド５１，５２を有する噴射装置を備えている。インクジェットヘッド５１，５２は、互いに隣接して設けられている。インクジェットヘッド５１には、複数のインクジェットノズル５１Ａ〜５１Ｃが並設されており、インクジェットヘッド５２には、複数のインクジェットノズル５２Ａ〜５２Ｃが並設されている。

また、図４に示すように、インクジェットヘッド５１に並設されたインクジェットノズル５１Ａ〜５１Ｃのうち、隣接するインクジェットノズル同士の距離（以下「固定ノズル間距離」という）ｄ１は、１６９μｍに調整されている。同様に、インクジェットヘッド５２に並設されたインクジェットノズル５２Ａ〜５２Ｃにおける固定ノズル間距離ｄ１は、１６９μｍに調整されている。インクジェットヘッド５１，５２の下方位置には、導光板３０のベースとなる原板５３が配置されている。また、原板５３は、図示しないテーブル上に載置されている。さらに、導光板製造装置は、図示しない紫外線照射装置を備えている。

ドットパターン印刷を行う際には、まず、インクジェットノズル５１Ａ〜５１Ｃ，５２Ａ〜５２Ｃから原板５３にインク５４を所定量噴射してドットパターン印刷部５５を生成する。その後、紫外線照射装置が設けられた位置にドットパターン印刷部５５がくるまで、テーブルを移動させて原板５３を搬送する。それから、紫外線照射装置によって原板５３におけるドットパターン印刷部５５に紫外線を照射することにより、インクを硬化させて図２に示す印刷ドット３５を生成する。

本実施形態において、ドットパターン印刷を行う際、複数のインクジェットノズル５１Ａ〜５１Ｃ，５２Ａ〜５２Ｃから一斉にインク５４が噴出される。このため、原板５３に対するインクの噴出を短時間で行うことができる。また、複数のインクジェットノズルが所定数ずつ、本実施形態では３個ずつインクジェットヘッド５１，５２に並設されている。このため、原板５３に吹き付けるドットパターンが多岐にわたる場合でもフレキシブルに対応することができる。

ここで、複数のインクジェットノズル５１Ａ〜５１Ｃ，５２Ａ〜５２Ｃのうち、隣接するインクジェットノズル同士の距離が長すぎたり短すぎたりすると、スジが目視されてしまうことがある。たとえば、図５（ａ）に示すように、隣接するインクジェットヘッド５１，５２間における隣接するインクジェットノズル５１Ｃ，５２Ａ同士の間の距離（以下「不定ノズル間距離」という）ｄ２が短すぎると、インクジェットノズル５１Ｃ，５２Ａから噴射されるインクが重なってしまい、スジが発生してしまうことがある。逆に、図５（ｂ）に示すように、不定ノズル間距離ｄ２が長すぎると、インクジェットノズル５１Ｃ，５２Ａから噴射されるインク同士の間に隙間が生じてしまい、スジが発生してしまうことがある。

理想的には、固定ノズル間距離ｄ１と不定ノズル間距離ｄ２とが同一であることである。ところが、固定ノズル間距離ｄ１と不定ノズル間距離ｄ２とを同一とするためには、インクジェットヘッド５１，５２を移動させる際の移動精度を非常に高める必要が発生してしまうこととなる。

そこで、スジが発生してしまうことを抑制できる固定ノズル間距離ｄ１と不定ノズル間距離ｄ２との関係について検証を行った。その結果、ｄ１＝１６９μｍに対して、ｄ２＝１６９μｍ±１０μｍである場合に、スジの発生が目視されにくいことが判った。この結果から、固定ノズル間距離ｄ１と、不定ノズル間距離ｄ２との関係が下記（１）式を満たすことにより、スジの発生を抑制することができる。このため、導光板３０を用いた製品である面光源装置２０、さらには液晶表示装置１の品質向上を図ることができる。
０．９４＜ｄ２／ｄ１＜１．０６ ・・・（１）

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。たとえば、上記実施形態においては、インクジェットヘッドに３個のインクジェットノズルが設けられているが、２個あるいは４個以上のインクジェットノズルが設けられている態様とすることもできる。また、インクジェットヘッドは２個設けられているが、３個以上とすることもできる。さらに、インクジェットヘッドに設けられるインクジェットノズルは、インクジェットヘッドごとに異なる態様とすることもできる。

１…液晶表示装置、１０…透過型画像表示部、１１…液晶セル、１２…直線偏光板、２０…面光源装置、２２…ＬＥＤ光源、３０…導光板、３１…表面、３２…背面、３３，３４…側面、３５…印刷ドット、４１…各種フィルム、４２…反射シート、５１，５２…インクジェットヘッド、５１Ａ〜５１Ｃ，５２Ａ〜５２Ｃ…インクジェットノズル、５３…原板、５４…インク、５５…ドットパターン印刷部。

Claims (2)

1. 光源から出射される光を入射する入射面が側面に形成され、入射した前記光の出射面が表面に形成された光学シートにおける原板の背面に対して、複数のインクジェットノズルが並設されたインクジェットヘッドが隣接された噴射装置からインクを噴射するインクジェットを用いたドットパターン印刷によってドットパターンが印刷された光学シートを製造する光学シートの製造方法であって、
   前記ドットパターン印刷を行う際の前記インクジェットヘッドにおける隣接する前記インクジェットノズル同士の間の距離ｄ１と、前記複数のインクジェットノズルが並設された方向における距離であって隣接する前記インクジェットヘッド間における隣接する前記インクジェットノズル同士の間の距離ｄ２と、が、下記（１）式を満たすことを特徴とする光学シートの製造方法。
   ０．９４＜ｄ２／ｄ１＜１．０６ ・・・（１）
2. 光源から出射される光を入射する入射面が側面に形成され、入射した前記光の出射面が表面に形成された光学シートにおける原板の背面に対して、複数のインクジェットノズルが並設されたインクジェットヘッドが隣接された噴射装置からインクを噴射するインクジェットを用いたドットパターン印刷によってドットパターンが印刷された光学シートを製造する光学シートの製造装置であって、
   前記ドットパターン印刷を行う際の前記インクジェットヘッドにおける隣接する前記インクジェットノズル同士の間の距離ｄ１と、前記複数のインクジェットノズルが並設された方向における距離であって隣接する前記インクジェットヘッド間における隣接する前記インクジェットノズル同士の間の距離ｄ２と、が、下記（１）式を満たすことを特徴とする光学シートの製造装置。
   ０．９４＜ｄ２／ｄ１＜１．０６ ・・・（１）

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