JP5866691B2 - 透明樹脂フィルムの表面欠陥の検査方法 - Google Patents

Description

本発明は透明樹脂フィルムに発生した欠陥、特にフィルム表面上のキズやその他の微細な表面欠陥を、片面のみ効率よく検出する検査方法に関する。

近年、透明樹脂フィルムを基材とする光学フィルムが多く開発されており、特に液晶ディスプレイやプラズマディスプレイなどの平面型ディスプレイのパネルに、各種光学機能付与や表面保護の目的で光学用フィルム部材が多く使用されている。これら光学用フィルムにおいて、優れた表面品位を確保することは平面型ディスプレイの性能や歩留まりを向上させる上で極めて重要である。

従来より、コーターやスリッターなどにおいて、加工後のフィルム製品の品質を管理する目的で、光学的手段により搬送したフィルムの表面欠陥の自動検査を行う欠点検査装置が用いられている。例えば特許文献１には検査対象物の表面に光を照射する投光部と、検査対象物に照射された光の正反射方向に設置された受光部と、該受光部に入射した光に応じて検査対象物の表面の状態を識別する識別処理部とを備えたものが開示されている。すなわち欠陥に応じて受光部に入射する反射光の強度が変わるので、受光量の違いにより欠陥の有無、大きさなどを識別できるようになっている。

また特許文献２により、欠点検査装置のうち投光部光源に紫外線を用いるものとして、塗工する透明層に蛍光剤を添加し、紫外線を照射することで塗工部の欠陥を検出する方法が知られている。特許文献３にはフィルムの紫外線透過性を利用し、異物やピンホールを検出する方法の開示がある。しかし、これらの方法では異物やピンホールなどの欠陥は検出が容易であるが、キズや歪みや膨れのような光学的に認識される凹凸を主とした形状欠陥（以下、光学欠陥）を検出することが難しい。

上述のように、特に平面ディスプレイ用途に使用される光学用フィルムにおいては、光学欠陥を検出し管理する技術が重要となっており、特許文献４には、表面の光学欠陥について片側表面から紫外線光源を用いて検査する方法が開示されている。

ところで、これら平面ディスプレイ用光学フィルムとして代表的な反射防止フィルムを例に取ると、反射防止層の反対面に赤外線カットやネオンカット、調色機能を有する機能性フィルムを積層することが行われている。こういった場合、反射防止層の反対面に粘着層を塗工し貼り合せるため、反射防止層の反対面側に発生した光学欠陥では不良品にならないものがあり、反射防止コート層またはフィルム表面にのみ発生する光学欠陥とその反対面に発生する光学欠陥との識別を行うことが重要となっている。

特開昭６２−２５３４５３号公報 特開平５−１５７７０６号公報 特開平８−３３８８１４号公報 特開２００６−３８７２８号公報

本発明の課題は、透明樹脂フィルム、あるいはその上に透明樹脂層が積層された透明樹脂フィルムの片側表面のみの欠陥を効率よく検出することである。

本発明者らは、前記課題を解決するために鋭意検討した結果、波長３５０〜３８０ｎｍの紫外線の照射装置と、該紫外線の波長に検出能力を有する検出装置からなる正反射光学系を用い、波長５５０ｎｍの光線透過率（Ａ）と該紫外線の波長の光線透過率（Ｂ）との差（Ａ）−（Ｂ）が２．０％以上である、可視光において透明な樹脂フィルムであって該紫外線の波長において不透明な樹脂フィルムの紫外線照射側表面のみにある欠陥を検出する欠点検査方法により、フィルム表面にあるキズや塗布された透明樹脂層の微細な表面欠陥を、片面のみ効率よく検出できることを見出し本発明に至った。

本発明の検査方法により透明樹脂フィルムの片側表面だけの欠陥を検出することができるようになり、品質に影響しない反対側表面の欠陥を検出しないことで、透明樹脂フィルムの品質管理を効率よく行うことができる。

正反射光学系によるロール上検査。 正反射光学系によるパスライン上検査。

以下、本発明を詳しく説明する。

本発明において、透明樹脂フィルムとは可視光において透明な樹脂フィルムであり、ＪＩＳＫ７３６１に基づく全光線透過率が５０％以上のものを指す。

本発明においては、テレフタル酸とエチレングリコールを主成分としエステル結合によって縮重合されたポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、２，６−ナフタレンジカルボン酸とエチレングリコールを主成分としエステル結合によって縮重合されたポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）などの、検査波長である３５０〜３８０ｎｍの紫外線を吸収し、当該波長において不透明な透明樹脂フィルム、すなわち波長５５０ｎｍの光線透過率（Ａ）と該紫外線の波長の光線透過率（Ｂ）との差（Ａ）−（Ｂ）が２．０％以上である透明樹脂フィルムが検査の対象となる。

透明樹脂フィルムは上記に代表されるポリエステルフィルムであることが好ましく、透明樹脂層を塗布したポリエステルフィルムなども検査の対象となる。透明樹脂層とはハードコート層や反射防止層等であり、その構成は透明樹脂フィルムからなる基材の片側に所定の膜厚のハードコート層や低反射層等を形成したものである。

本発明において、可視光において透明な樹脂フィルムであって該紫外線の波長において不透明な樹脂フィルムとは、波長５５０ｎｍの光線透過率（Ａ）と該紫外線の波長の光線透過率（Ｂ）との差（Ａ）−（Ｂ）が２．０％以上であるものを差し、本発明の主旨である紫外線照射側表面のみの欠陥を検出できる効果を享有できることから重要である。より好ましくは（Ａ）−（Ｂ）が４．０％以上である。

本発明における検査は、透明樹脂フィルムの加工ラインにおける繰出しから巻取りまでの搬送可能な装置、例えばコーターやスリッターのような装置内で行ういわゆるインライン検査により行うことが品質管理に加えて工程管理にも利用できるため好ましい。

上述のインライン、あるいは加工ラインとは切り離してオフラインで検査する場合でも、搬送される対象フィルムの表面に投光部から光を一定の照射角度で照射するとともに該表面から反射される光を受光部で受光し、受光した光の強度に基づいて被対象の欠陥を検出する光学的検査方法はよく知られている。このための投光部の照射装置として、可視光領域の蛍光灯、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ、ＬＥＤ（発光ダイオード）等の光源を用いる事が知られているが、本発明においては照射装置として紫外線光源を用いることが重要である。具体的な紫外線光源として、高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、ＬＥＤ等があり、各光源の特徴として水銀ランプは３６５ｎｍを主波長として２５４、３０３、３１３ｎｍのやや弱い紫外線を放射し、メタルハライドランプは２００〜４５０ｎｍまでの広範囲にわたり紫外線を放射するのに対し、紫外線ＬＥＤは選択した各主波長の±２０ｎｍ（例えば３５５±２０ｎｍ、３６５±２０ｎｍ、３７５±２０ｎｍ）の紫外線を高効率で放射することが可能である。中でも紫外線ＬＥＤは、電気エネルギーが光エネルギーに直接変換される原理から発光効率が高く長寿命、低消費電力、被照射物への熱ダメージが少ないなどのメリットがある。

本発明において、照射装置の紫外線波長は３５０〜３８０ｎｍの範囲にあることが重要である。３８０ｎｍ以下の波長を選択することで、対象とする透明樹脂フィルムにおける当該波長の吸収を利用し、紫外線を照射する表面のみの欠陥の情報を取得できる。また、３５０ｎｍ以上の波長を利用することで、一般のカメラの光学系すなわちレンズを使っても十分な感度の検出装置を構成することができる。すなわち、３５０ｎｍ未満の短波長の光源を使った場合には通常のレンズでは光が透過せず、検出能力が低下することから、有効な検出感度を得るために特別な高価な光学系を準備することが必要となる。

また、検出装置の受光部としてはＣＣＤ（電荷結合素子）を直線状に並べたラインセンサカメラが一般的に使用され、紫外線カットフィルターが使用されていない可視光用ラインセンサカメラを使用することができる。３５０ｎｍ以下の波長を用いた場合は、ＣＣＤの感度も低下するため、３５０ｎｍ以上の波長で検査することが重要となる。

被検査体表面への光の照射角度と該表面から反射された光を検知する検知器の受光角度を変えることにより欠陥の検出強度が変わることが知られており、照射角度と受光角度が同じ角度を取る正反射光学系と、照射角度と受光角度を変える拡散反射光学系のいずれかが選択されるが、本発明においては、照射角度と受光角度が同じ角度を取る正反射光学系とすることが、カメラに入射する光量を大きくすることができ、ノイズを拾いにくくするために必要である。また、正反射光学系においては、被検査体の法線方向からの照射および受光角度については鋭角な角度にすることで、被検査体の表面粗さの影響を受けにくく、光量の変化分を強調して検出することが可能となることからより検出精度が高くなり好ましい。より具体的には、反射角度が被検査体の透明樹脂フィルム面の法線方向から１０°〜４５°の範囲にあることが好ましい。１０°以下では照射装置と検出装置の配置が困難であり、１０°以上であることが好ましい。４５°以下であることが、検出精度を確保する上で好ましい。

本発明における正反射光学系の検査方法を図１、図２による例示を用いて説明する。紫外線の照射装置１から放出された紫外線は、走行する透明樹脂フィルム２の法線方向に対して照射角度３をもって入射し、照射角度３と同じ受光角度４でもって検出装置５を配置し、正反射光を受光して欠点の検出を行う。この際、図１に示すように透明樹脂フィルムは検査ロール６に支えられた状態で検査されても良く、図２に示すように固定ロール７、８間のパスライン上で検査されても良いが、パスライン上で検査される場合は、透明樹脂フィルムのバタツキを抑えるために、固定ロールの近くで検査を行うなどの配慮がされることが好ましい。

本発明における検出対象である表面欠陥の中で特にキズとは、被検査体となる透明樹脂フィルムが二軸延伸法によって製膜される工程内で発生するキズを表し、例えば、溶融樹脂をキャスティングドラム上に押出した際にキャスティングドラム上に付着した異物等があった場合に異物部分が溶融樹脂に接触し、それが縦方向もしくは横方向に延伸する際に引き伸ばされるものや、縦方向に延伸するロールに付着した異物が樹脂に接触することによって発生するキズを表す。これらのキズは長さ０．３〜１．０ｍｍ、幅０．３〜１．０ｍｍのものである。

また、透明樹脂フィルムを製膜する際に印字・印刷・接着等の後加工が可能になるように易接着層を付与するため水系塗剤を塗布する方法によって、その塗布層の厚みムラやハジキが発生した際に該欠点箇所が縦方向もしくは横方向に延伸され引き伸ばされた主に楕円形の欠陥であって、長さ０．５〜１．５ｍｍ、幅０．５〜１．５ｍｍの欠陥を検出対象とすることもできる。

さらには、これら透明樹脂フィルム上に目的とする透明樹脂層を積層した場合に、透明樹脂層に発生した凝集物などの異物や塗布ヌケ等の欠陥を検出することもできる。

以下、実施例により本発明を詳述するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。なお、表１の検出結果は画像処理装置として取り込んだ画像を感度補正およびノイズ除去処理し、設定した閾値に基づいて欠点の位置と大きさを認識する（株）ヒューテック製ＭａｘＥｙｅ ＡＱｕＯ２の画像処理を使用し、閾値として±３０、長さ・幅サイズは０．１ｍｍで設定した。閾値とは取り込んだ画像を２５６階調にデジタル変換し、中心値である１２７を感度補正およびノイズ除去処理した後にゼロ点とし、感度レベルの判定をする設定のことであり、プラス側の閾値設定を超えた場合は明欠陥、マイナス側の閾値設定を超えた場合は暗欠陥となる。欠陥の信号値がスレッシュホールドを超えて、長さ、幅が設定値を超えると欠陥として出力された欠点の数について、あらかじめ表裏のキズの数が判っている基準サンプルの表裏について、検出されたキズの数により表裏の検出感度を評価した。

［透明樹脂フィルムの光線透過率］
透明樹脂フィルムの３５０〜３８０ｎｍの紫外線領域および５５０ｎｍの可視光の光線透過率については、（株）島津製作所製 分光光度計ＵＶ−３６００の透過を用いて測定した。なお、紫外線領域の光線透過率は各実施例で使用した検査装置の光源と同一の波長で測定した。

［実施例１］
厚さ１８８μmの二軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルム（東洋紡（株）製“コスモシャイン”Ａ４３００）の５００ｍｍ×５００ｍｍのサンプルを準備し、０．１ｍｍ以上の大きさのキズの数をあらかじめ一方の面（Ａ面とする）には３個、他方の面（Ｂ面とする）には２個であることを目視で確認した。このサンプルを検査装置の３００ｍｍφの検査金属ロールに貼り付け、ロールの周速度５ｍ／ｍｉｎで、３６５ｎｍの中心波長をもつ紫外線ＬＥＤ（ナイトライド・セミコンダクター（株）製 ＮＳ３６５Ｌ−５ＲＬＯ）を入射角度２０°、反射光角度が２０°になるように可視光用ラインセンサカメラ（４０００ｂｉｔ、幅分解能：０．１２ｍｍ／ｂｉｔ、流れ方向分解能：０．０５ｍｍ／ｓｃａｎ、８０ＭＨｚ、（株）ヒューテック製ＰＣＴＭＥ８０４０）を配置させた正反射型により検査を行った。結果を表１に示す。

Ａ面のキズは３個全て検知できたが、Ｂ面のキズは検知せず、Ａ面のみの情報を過不足なく検知することができた。

［実施例２、３］
実施例１と同じフィルムサンプルを用い、光源を３５５ｎｍと３７５ｎｍの中心波長としたＬＥＤ（ナイトライド・セミコンダクター（株）製 ＮＳ３５５Ｌ−５ＲＬＯおよび、ＮＳ３７５Ｌ−５ＲＬＯ）に変更した以外は実施例１と同様にして測定を行った。結果を表１に示し、Ａ面のキズは全て検知し、Ｂ面のキズは検知せず良好な結果となった。

［実施例４、５、参考例１］
実施例１と同様のフィルムサンプルと光源を用い、照射角度と検出角度を１０度、４５度、６０度と変更したものをそれぞれ実施例４、５、参考例１とした。参考例１の６０度の照射、検出角度とした場合に、Ａ面のキズ３個のうち２個までしか検出できなかったが、実施例４、５では３個とも検出し、いずれもＢ面のキズは検出せず良好な結果であった。

［実施例７］
厚さ１００μm、二軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルム（東レ（株）製「ルミラー」（登録商標）Ｕ３４）にロールコーター法によって、東洋インキ製の帯電防止ハードコートＬＩＯＤＵＲＡＳ ＴＹＳ６４を塗工した。塗布膜厚は（株）島津製作所製 分光光度計ＵＶ−３６００の反射にて干渉スペクトルを解析し１．２μｍとした。

さらに上記塗工表面上にロールコーター法によって、日揮触媒化成（株）製の低屈折系塗剤ＥＬＣＯＭ Ｐ−４５を塗工し、塗布膜厚は（株）島津製作所製分光光度計ＵＶ−３６００の反射にて測定し０．１μｍであることを確認した。

塗工後、５００ｍｍ×５００ｍｍのサンプルとし、目視で上記塗工面（Ａ面とする）にはキズ、表面凹凸の微細な表面欠陥が４個あることを確認し、裏面（Ｂ面とする）には３個のキズがあることを確認した。このフィルムサンプルをＡ面を紫外線照射面として実施例１記載の検査方法にて検査を行った。検出した結果は表１に示す。Ａ面の微細欠陥は４個とも検出でき、裏面のキズは検出せず、目的とする結果を得ることができた。

［参考例２］
厚さ１００μｍ、二軸延伸ポリエチレンナフタレート（帝人デュポンフィルム（株）製“テオネックス”Ｑ６５）を用い、あらかじめ確認したＡ面４個、Ｂ面４個のキズを実施例１と同じ方法で確認した。Ａ面のキズは全て検知し、Ｂ面のキズは検知しなかった。

［比較例１］
実施例１のフィルムサンプルを用い、光源として４００から７５０ｎｍの可視光領域を持つ白色ＬＥＤを使用した。Ａ面、Ｂ面両方のキズを検知し、Ａ面のみのキズの情報を得ることはできなかった。

［比較例２］
実施例１のフィルムサンプルを用い、光源として２００〜４５０ｎｍの紫外線波長を持つメタルハライドランプを使用した。メタルハライドランプは紫外線波長が可視光領域までブロードであるためＡ面、Ｂ面両方のキズを検知し、Ａ面のみのキズの情報を得ることはできなかった。

[比較例３]
実施例１のフィルムサンプルを用い、光源として４００ｎｍの紫外線波長を持つＬＥＤを使用した。Ａ面、Ｂ面両方のキズを検知し、Ａ面のみのキズの情報を得ることはできなかった。

［比較例４］
実施例１のフィルムサンプルを用い、光源として３２０ｎｍの紫外線波長を持つＬＥＤを使用した。検出装置の光学系および検出器が短波長に対応できず、ノイズが大きくなってＡ面の検出感度が悪くなって１個のキズしか検出できなかった。

［比較例５］
東レ（株）製二軸延伸ポリプロピレンフィルム「トレファン」（登録商標）２５００Ｈの６０μｍのサンプルを用い、５００ｍｍ×５００ｍｍのサンプルで事前に確認したＡ面に１個、Ｂ面に１個のキズが実施例１と同じ方法で確認できるかを評価した。ポリプロピレンフィルムは、波長３６５ｎｍでの吸収がなく、両面のキズを検知し、Ａ面のみの情報を得ることはできなかった。

１ 紫外線の照射装置
２ 透明樹脂フィルム
３ 照射角度
４ 受光角度
５ 検出装置
６ 検査ロール
７ 固定ロール
８ 固定ロール

Claims (1)

1. 波長３５０〜３８０ｎｍの紫外線の照射装置と、該紫外線の波長に検出能力を有する検出装置からなる正反射光学系を用い、波長５５０ｎｍの光線透過率（Ａ）と該紫外線の波長の光線透過率（Ｂ）との差（Ａ）−（Ｂ）が２．０％以上１０．２％以下である、可視光において透明な樹脂フィルムであり、該紫外線の波長において不透明な樹脂フィルムの紫外線照射側表面のみにある欠点を検出する透明樹脂フィルムの表面欠陥の検査方法であって、前記正反射の反射角度が透明樹脂フィルム面の法線方向から１０°〜４５°であり、前記樹脂フィルムがポリエチレンテレフタレートフィルム又は透明樹脂層を積層したポリエチレンテレフタレートフィルムであることを特徴とする透明樹脂フィルムの表面欠陥の検査方法。

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