JP2017072477A - 塗膜ムラ検出装置および塗膜ムラ検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】インクや高分子樹脂溶液などの塗液を基板に塗布した場合の塗膜の乾燥過程において発生するムラを画像検出することができるムラ検査装置およびムラ検査方法を提供することを課題とする。【解決手段】基板３上に塗布された塗液に発生するムラを光学的に検出するための塗膜ムラ検出装置３０であって、基板上に塗布された塗液に、平行且つ等間隔の直線状または曲線状の凹凸形状を形成するための手段と、基板上の前記凹凸形状に直交する方向から光を照射し反射光を得るための光源１と、前記凹凸形状からの反射光を受光し撮像するために基板の上方に備えられた画像検出器８と、を備えていることを特徴とする塗膜ムラ検出装置。【選択図】図１

Description

本発明はインクや高分子樹脂溶液などの塗液を基板に塗布した塗膜の乾燥過程において塗膜に発生するムラを画像検出することができるムラ検出装置およびムラ検出方法に関する。

光学フィルムやガスバリアフィルム、液晶関連のカラーフィルタなど、インクや高分子樹脂溶液などの塗液で塗膜を形成する工程では、外観上のムラが原因で製品が欠陥となる場合がある。光学フィルムやカラーフィルタでは光学特性の欠陥となり、ガスバリアフィルムではバリア性能の不良などが生じる。

このようなムラの発生を抑えるには、塗液と塗液の塗布・乾燥条件において、どの条件で、またどの段階でムラが生じるかを見出し、最適な塗液とその塗布・乾燥条件を把握して適用することが有効である。しかし、塗膜は、通常１μｍ〜数百μｍと薄く、着色があったり透明である場合や、照明条件と塗膜を目視で見る角度、またはカメラなどで撮像できる角度がムラによって異なることなど、ムラを光学的に観察するには困難な場合が多い。

光学的に塗膜のムラが観察されない場合であっても、塗膜面内での乾燥状態の違いが、その後の製品で不良を生じさせるため、物理的に塗膜に接触せず、実際の乾燥状態がどの程度、塗膜の面内で分布しているかを光学的に観察することは重要であるが、困難である。このような乾燥状態のムラの発生を抑えるには、塗液と塗布乾燥条件において、どの条件で、どの段階で乾燥状態のムラが生じるか、また乾燥状態の分布を測定し、乾燥状態のムラを発生させない塗液と塗布乾燥条件を把握することが重要である。

塗膜のムラを把握する手段として、画像検査する方法が多く提案されている（例えば特許文献１参照）。従来の塗膜のムラの画像検査方法では、照明方法などを変えて強調して、塗膜のムラを画像計測する方法が多く用いられている。

しかしながら、従来のムラを光学的に強調して画像化する方法では、わずかな反射光や透過光の変化として測定されるムラを高感度に画像化することは難しかった。
また塗膜が液体の状態で塗布され乾燥する過程において、塗液と乾燥条件を変えてムラが発生しない条件を求めたい場合、乾燥過程において塗膜の性状が変化して行き、ムラが画像測定できる光学条件も変わって行くため、ムラを画像として捉えることは困難であった。
また、乾燥状態の違いが外観で光学的に観察できない場合は、画像として捉えることは不可能であった。

特開平１０−１４２１０１号公報

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、インクや高分子樹脂溶液などの塗液を基板に塗布した場合の塗膜の乾燥過程において発生するムラを、画像検出することができる塗膜ムラ検出装置および塗膜ムラ検出方法を提供することを課題とする
。

上記の課題を解決するための手段として、請求項１に記載の発明は、基板上に塗布された塗液に発生するムラを光学的に検出するための塗膜ムラ検出装置であって、
基板上に塗布された塗膜に、平行且つ等間隔の直線状または曲線状の凹凸形状を形成するための手段と、
塗膜に形成された凹凸形状に直交する方向から光を照射し反射光を得るための光源と、
その凹凸形状からの反射光を受光し撮像するために基板の上方に備えられた画像検出器と、を備えていることを特徴とする塗膜ムラ検出装置である。

また請求項２に記載の発明は、前記凹凸形状を形成するための手段が、前記基板上に形成された平行且つ等間隔の直線状または曲線状の電極に電圧を印加することにより、塗膜にマクスウェルの応力を作用させる手段であることを特徴とする請求項１に記載の塗膜ムラ検出装置である。

また請求項３に記載の発明は、前記基板上に形成された平行且つ等間隔の直線状または曲線状の電極が、２つの櫛状電極を対向させることにより形成された電極であることを特徴とする請求項２に記載の塗膜ムラ検出装置である。

また請求項４に記載の発明は、前記基板上に形成された平行且つ等間隔の直線状または曲線状の電極が、１つの櫛状電極であることを特徴とする請求項２に記載の塗膜ムラ検出装置である。

また請求項５に記載の発明は、請求項２〜４のいずれかに記載の塗膜ムラ検出装置を使用した塗膜ムラ検出方法であって、
前記基板に塗液を塗布することにより基板上に塗膜を形成する塗膜形成工程と、
基板に塗布された塗膜を乾燥しながら、前記凹凸形状を形成するための手段により塗膜に凹凸形状を形成し、その凹凸形状に直交する方向から光を照射することにより反射光を生じせしめ、その反射光を前記画像検出器により受光することで塗膜に形成されたムラを撮像する工程と、を備えていることを特徴とする塗膜ムラ検出方法である。

また請求項６に記載の発明は、前記凹凸形状を形成するための手段が、前記基板上に形成された平行且つ等間隔の直線状または曲線状の電極に電圧を印加する手段であることを特徴とする請求項５に記載の塗膜ムラ検出方法である。

また請求項７に記載の発明は、前記電圧が交流電圧であることを特徴とする請求項６に記載の塗膜ムラ検出方法である。

また請求項８に記載の発明は、前記塗膜形成工程において基板上に形成した塗膜の乾燥を開始した直後から乾燥が進んだ段階に至る乾燥過程において、前記交流電圧の周波数を１０ｋＨｚ以下とすることを特徴とする請求項６に記載の塗膜ムラ検出方法である。

本発明の装置によれば、乾燥中の塗膜のムラを、基板に電場を印加することで周期的な電極パターンに沿って変形させて、ムラを周期的な塗膜の変形の中に強調して画像測定することができる。

塗布した塗膜のムラを光学的に検出することが難しい場合でも、塗膜を電場で変形させてムラが強調され、高感度に検出することができる。塗膜の厚さの違いによるムラだけで
なく、場所によって異なる塗膜の乾燥状態の違いが、電場による塗膜の変形状態としてムラとして画像測定できる。よって乾燥状態の場所による違いも、乾燥中に画像測定することができる。

本発明のムラ検査装置の構成の一例を示す概略説明図であって、（ａ）はムラ検査装置の構成例、（ｂ）は周期的な電極パターンの一例、を示している。 本発明のムラ検査装置の構成の一例を示す概略説明図であって、（ａ）および（ｂ）はムラ検査装置の構成例、（ｃ）は周期的な電極パターンの一例、を示している。 図１（ａ）の構成において、塗膜中に誘電体粒子が含まれている場合の塗膜の変形の例を示した概略説明図である。

以下に図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

＜塗膜ムラ検出装置＞
本発明の塗膜ムラ検出装置は、基板上に塗布された塗液に発生するムラを光学的に検出するための塗膜ムラ検出装置である。
基板上に塗布された塗膜に、平行且つ等間隔の直線状または曲線状の凹凸形状を形成するための手段と、塗膜に形成された凹凸形状に直交する方向から光を照射し反射光を得るための光源と、その凹凸形状からの反射光を受光し撮像するために基板の上方に備えられた画像検出器と、を備えている。

前記凹凸形状を形成するための手段が、基板上に形成された平行且つ等間隔の直線状または曲線状の電極に電圧を印加することにより、塗膜にマクスウェルの応力（電界が形成されることにより塗膜に発生する力）を作用させる手段であっても良い。また、マクスウェルの応力を使用しない手段であっても構わない。

また、前記基板上に形成された平行且つ等間隔の直線状または曲線状の電極が、２つの櫛状電極を対向させることにより形成された電極であっても良いし、１つの櫛状電極であっても良い。

＜塗膜ムラ検出方法＞
また、本発明の塗膜ムラ検出方法は、基板に塗液を塗布することにより基板上に塗膜を形成する塗膜形成工程と、基板に塗布された塗膜を乾燥しながら、凹凸形状を形成するための手段により基板上に形成された塗膜に凹凸形状を形成し、その凹凸形状に直交する方向から光を照射することにより反射光を生じせしめ、その反射光を撮像カメラなどの画像検出器により受光することで、塗膜に形成されたムラを撮像する工程とを備えている。

凹凸形状を形成するための手段は、前記基板上に形成された平行且つ等間隔の直線状または曲線状の電極に電圧を印加する手段であっても良い。

電極に印加する電圧は、直流電圧であっても良いし、交流電圧であっても良い。

塗膜形成工程において、基板上に形成した塗膜の乾燥を開始した直後から乾燥が進んだ段階に至る乾燥過程において、前記交流電圧の周波数を１０ｋＨｚ以下とすることにより、その範囲の適切な周波数を選択することにより、各乾燥段階におけるムラを鮮明に検出することが可能となる。

＜第１の実施形態＞
本発明のムラ検査装置３０の第１の実施形態を図１に従って説明する。

図１（ａ）は、本発明のムラ検査装置３０の全体構成の一例を示す概略説明図である。
基板３に形成された周期的な電極パターン２に、電圧源５から電圧を印加することによって、基板３上に塗布された塗膜４に形成された塗膜の変形７が周期的なうねりパターンを形成することができる。

この周期的なうねりパターンが形成された塗膜４の表面に向けて、光源１から光を照射する。この時、周期的な電極パターン２が平行に形成された方向に直交する方向から光を入射させることが望ましい。そのようにすることで、塗膜４の表面に形成された周期的なパターンで反射する反射光を最も強くすることが可能である。そのようにして塗膜４の表面から反射した光を、基板３の上方に備えられた撮像カメラなどの画像検出器８によって撮像し、画像検出器８が取得した画像データを画像処理装置９に転送し、記録する。記録された画像データは、必要な時に読み出し、図示していない画像表示装置に表示することができる。

塗膜４にムラが存在する場合、周期的なうねりパターンにもそのムラが反映するが、塗膜４が平坦な表面の場合より、周期的なうねりパターンの中に存在するムラは強調されて観察される。
本発明のムラ検査装置３０は、この現象を使用することにより、基板３上に形成された塗膜４に乾燥過程で発生するムラを逐次、画像検出し、記録することが可能である。

画像処理装置９では、画像検出器８から転送された画像データの画像処理を行う。画像処理の内容は、限定しないが、例えば、基板３上に形成した周期的な電極パターン２に起因するムラを除外する処理を行うことができる。周期的な電極パターン２に電圧を印加することによって形成される電界やマクスウェル応力に応じた塗膜４に塗膜の変形７が生じるが、周期的な電極パターン２のエッジ部は、電界やマクスウェル応力に乱れが生じるため、それらを除外する処理を実施することも可能である。

また、基板３上に形成された周期的な電極パターン２の表面と基板３の表面の濡れ性が異なる場合は、それも塗膜４のムラの原因になる。そのため、周期的な電極パターン２に起因するムラについても、画像処理装置９によって除外することが可能である。また、基板３上に周期的な電極パターン２を形成し、その両者の表面を絶縁材料によって均一に被覆しても良い。このようにすることで、表面の塗れ性を均一にし、ムラの発生要因を低減することが可能である。

基板３の基材には、絶縁性が高く、塗膜が平滑性良く塗布でき、電極パターン２が形成できる石英ガラス基材などを用いることができる。

光源１は、ハロゲン光、メタルハライド光、ＬＥＤ光、キセノン光などを用いることができる。光源１は、集光した平行または略平行光が好適であり、集光レンズ、線状光源などを用いても良い。基板３が光の透過性がある場合、透過光でも可能である。

周期的な電極パターン２としては、直線状の等間隔に平行に形成されたパターンが望ましいが、周期的なパターンであれば使用可能であり、曲線でも等間隔に平行に形成されたパターンであれば使用可能である。

電極パターン２には、図１（ｂ）に示したような、平行に多数形成された線電極が互いに電気的に接続された２つの櫛状電極を、互いに向い合わせにして、線状電極が平行に且つ等間隔に配置した櫛状電極間に電圧を印加できるようにしたすだれ状電極２−１などを
用いることができる。基板３に、塗膜４を塗布し、電圧源５から電極パターンに交互に電圧印加と接地すると、周期的な電極パターン２間に電気力線６が生じる。塗膜４を電気力線６が通ると、塗膜４と空気の誘電率が異なるためマクスウェル応力が働き、その力によって塗膜が変形し、塗膜の変形７が生じる。電気力線が生じるためには、塗膜４の膜厚は１００μｍ以下、周期的な電極パターン２のピッチは１００μｍ以下が好適である。

このような条件にて周期的な電極パターン２間に電圧を印加し適度な電場を形成すると、塗膜４に周期的な電極パターン２の周期と同じ周期のうねりからなる周期的パターンを持った塗膜の変形７が形成される。この塗膜の変形７は、塗膜４が持っているムラに関する情報を含んでおり、塗膜４の膜厚ムラや乾燥状態の違いに関する情報を反映している。そして塗膜の変形７の形状の微妙な違いが、周期的パターンの乱れとなって現れ、容易に観察できるようになる。

光源１から出射した光は暗視野照明となるように基板３の斜め上方からの照明光であり、周期的な電極パターン２の線状方向に直交する方向から照射することで、塗膜の変形７によりムラが強調される。そのため、このような周期的なうねりからなる周期的パターンを形成しない通常の状態では検出できなかったムラが、画像検出器８で画像検出され、画像処理装置９で画像における塗膜の変形７部分の微妙な違いが、周期的パターンの乱れとなって現れるため、容易にムラを観察、測定することができる。

＜第２の実施形態＞
本発明の第２の実施形態について、図１および図２を用いて説明する。

本発明の第２の実施形態は、基板１０において、周期的な電極パターン１１が基板１０の片面に形成され、もう一方の面に形成された導体膜からなる電極１２が形成されている構成である（図２（ａ）参照）。
この基板１０の周期的な電極パターン１１が形成されている面に塗膜１３を塗布した後、電圧源５から周期的な電極パターン１１に電圧を印加し、電極１２を接地すると、周期的な電極パターン１１から基板１０を通り電極１２へ向って電気力線１３が生じる。周期的な電極パターン１１は、すだれ状電極２−１（図１（ｂ）参照）を同電位としてもよいし、図２（ｃ）に示した電極パターン１５のように、互いに電気的に接続された平行且つ等間隔な線状の電極パターン１５（櫛状電極とも言う。）が接続されていてもよい。電気力線１３によって、塗膜の変形１６が生じて、第１の実施形態と同様の方法で測定が実施できる。

図２（ａ）において、数μｍ以上１００μｍ以下の塗膜１３に対して、基板１０の厚さは５００μｍ以下とすることが、電気力線１３を発生させて塗膜の変形１６を生じさせるために好適である。周期的な電極パターン１１または電極パターン１５を同電位とすることで、交互に対向する線状の電極間に電位差が生じず、導電性の高い塗膜での電気的短絡を防ぐことができる。

また、図２（ｂ）に示した基板１７のように、片面の周期的な電極パターン１８に対し、もう一方の面に周期的な電極パターン１８と同様な電極パターン１９を形成して、基板１７に塗膜２０を塗布してから、電圧源５から周期的な電極パターン１８を同電位として電圧を印加し、電極パターン１９を設置すると、電気力線２１の面方向への広がりを抑えることができ、塗膜の変形２２の広がりも同様に抑えられ、塗膜の変形２２を明瞭に画像測定でき、第１の実施形態と同様の方法で測定が実施できる。

＜第３の実施形態＞
本発明の第３の実施形態を図１および図３を用いて説明する。

図１（ａ）の基板３において、周期的な電極パターン２に交互に電圧を印加して、接地されていない電極に正電圧を印加した場合、正の電荷が生じる。塗膜４には誘電体の粒子２５（図３参照）が含まれることが多く、この場合、周期的な電極パターン２側に負の電荷、反対側に正の電荷を帯電し、塗膜４において誘電体の粒子２５が拡散することで、電気力線６も広がってしまい、塗膜の変形７も広がって明瞭に画像検出できなくなる。

電極パターン２に交流電圧を印加することで、電極パターン２の電圧を印加された付近の塗膜４では、誘電体の粒子２５の帯電箇所は正負交互に帯電してその都度電気力線６が周期的な電極パターン２の隣接するパターン間に向きを変えながら発生する。マクスウェル応力の特性から電気力線６の向きに塗膜の変形７は影響を受けないので、交流電圧での正負の電圧において等しく変形が発生する。

誘電体の粒子２５が塗膜４において広がっても、交流電圧を印加していることで正負の帯電が中和され、電気力線は広がらず、塗膜の変形７は周期的な電極パターン２付近で生じて、明瞭に画像検出でき、第１の実施形態と同様の方法で測定が実施できる。交流電圧の周波数は、数μｍ以上１００μｍ以下の塗膜４において、数十ヘルツ以上数ｋヘルツ以下が好適である。

＜第４の実施形態＞
本発明の第４の実施形態を、図１を用いて説明する。

基板３に塗布した塗膜４が乾燥する過程において、電圧源５から印加する電圧の周波数が異なると、塗膜の変形７の大きさや形状が異なる。塗膜４が乾燥する過程において、印加する電圧の周波数を変化させていくことで、塗膜の変形７が明瞭に画像検出でき、第１の実施形態と同様の方法で測定が実施できる。乾燥を開始した直後は、数百〜数ｋヘルツの周波数とし、乾燥が進んだ段階では１ヘルツ以下から数ヘルツの周波数とすることで、明瞭な画像検出が可能となる。

１・・・光源
２・・・周期的な電極パターン
２−１・・・すだれ状電極
３・・・基板
４・・・塗膜
５・・・電圧源
６・・・電気力線
７・・・塗膜の変形
８・・・画像検出器
９・・・画像処理装置
１０・・・基板
１１・・・周期的な電極パターン
１２・・・電極
１３・・・塗膜
１４・・・電気力線
１５・・・電極パターン
１６・・・塗膜の変形
１７・・・基板
１８・・・周期的な電極パターン
１９・・・電極パターン
２０・・・塗膜
２１・・・電気力線
２２・・・塗膜の変形
２５・・・誘電体の粒子
３０・・・ムラ検査装置

Claims (8)

1. 基板上に塗布された塗液に発生するムラを光学的に検出するための塗膜ムラ検出装置であって、
   基板上に塗布された塗膜に、平行且つ等間隔の直線状または曲線状の凹凸形状を形成するための手段と、
   塗膜に形成された凹凸形状に直交する方向から光を照射し反射光を得るための光源と、
   その凹凸形状からの反射光を受光し撮像するために基板の上方に備えられた画像検出器と、を備えていることを特徴とする塗膜ムラ検出装置。
2. 前記凹凸形状を形成するための手段が、前記基板上に形成された平行且つ等間隔の直線状または曲線状の電極に電圧を印加することにより、塗膜にマクスウェルの応力を作用させる手段であることを特徴とする請求項１に記載の塗膜ムラ検出装置。
3. 前記基板上に形成された平行且つ等間隔の直線状または曲線状の電極が、２つの櫛状電極を対向させることにより形成された電極であることを特徴とする請求項２に記載の塗膜ムラ検出装置。
4. 前記基板上に形成された平行且つ等間隔の直線状または曲線状の電極が、１つの櫛状電極であることを特徴とする請求項２に記載の塗膜ムラ検出装置。
5. 請求項２〜４のいずれかに記載の塗膜ムラ検出装置を使用した塗膜ムラ検出方法であって、
   前記基板に塗液を塗布することにより基板上に塗膜を形成する塗膜形成工程と、
   基板に塗布された塗膜を乾燥しながら、前記凹凸形状を形成するための手段により塗膜に凹凸形状を形成し、その凹凸形状に直交する方向から光を照射することにより反射光を生じせしめ、その反射光を前記画像検出器により受光することで塗膜に形成されたムラを撮像する工程と、を備えていることを特徴とする塗膜ムラ検出方法。
6. 前記凹凸形状を形成するための手段が、前記基板上に形成された平行且つ等間隔の直線状または曲線状の電極に電圧を印加する手段であることを特徴とする請求項５に記載の塗膜ムラ検出方法。
7. 前記電圧が交流電圧であることを特徴とする請求項６に記載の塗膜ムラ検出方法。
8. 前記塗膜形成工程において基板上に形成した塗膜の乾燥を開始した直後から乾燥が進んだ段階に至る乾燥過程において、前記交流電圧の周波数を１０ｋＨｚ以下とすることを特徴とする請求項６に記載の塗膜ムラ検出方法。