JP5994196B2 - 検査装置及び光学フィルムの製造システム - Google Patents

Description

本発明は、検査装置及び光学フィルムの製造システムに関するものである。

偏光フィルム、位相差フィルム等の光学フィルムは、液晶表示装置を構成する重要な光学部品である。例えば、液晶表示装置においては、偏光フィルムが矩形状の光学フィルムチップとして液晶パネルの上下面に一枚ずつ貼り合わされている。光学フィルムチップは、長尺状の光学フィルムを原材料とし、これをカッターで矩形状に切断することにより得られる（例えば、特許文献１を参照）。

特開２００３−２５５１３２号公報

最近では、表示装置の高コントラスト化が進んでおり、光学フィルムの光学軸を精度良く測定することが求められている。光学フィルムの光学軸を測定する方法としては、オフライン測定とインライン測定とが知られているが、それぞれ一長一短がある。

例えば、オフライン測定は、光学フィルムから所定サイズのシート片を切り出し、切り出した個々のシート片ごとに光学軸を測定するものである。オフライン測定では、長尺状の光学フィルムの全長に亘って光学軸を測定することが困難であるとともに、シート片の切り出しバラツキによって光学軸を精度良く測定できないという問題がある。
一方、インライン測定は、光学フィルムの搬送方向に直交する幅方向の所定位置に光学フィルムの光学軸を測定する検査装置を配置し、光学フィルムを搬送しつつ光学軸を測定するものである。インライン測定では、ブース内の工事や光学フィルムの通紙作業時に検査装置の受光ヘッドに塵埃等の異物が入り込み、その結果、受光ヘッドの受光レンズ表面（受光面）に付着した異物を測定してしまい、光学軸を正確に測定できないという問題がある。
また、受光面に付着した異物を拭き取ることも考えられるが、異物を拭き取る際に受光面を傷つけてしまうおそれがあり妥当ではない。

本発明の目的は、受光ヘッドに塵埃等の異物が入り込むことを抑制し、光学フィルムの光学軸を精度良く測定することが可能な検査装置及び光学フィルムの製造システムを提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明の検査装置は、光学フィルムの光学軸を検査する検査装置であって、光学フィルムに向けて一面側から光を照射する投光ヘッドと、前記光学フィルムを挟んで前記投光ヘッドの光軸上に配置された受光ヘッドと、前記光学フィルムと前記受光ヘッドとの間に配置された防塵ガラスと、を含み、前記光学フィルムと前記受光ヘッドとの間に外光を遮蔽する遮蔽板が設けられ、前記遮蔽板に前記投光ヘッドから射出された光を通過させる貫通孔が形成され、前記遮蔽板の貫通孔が前記防塵ガラスによって閉塞されていることを特徴とする。

本発明においては、前記防塵ガラスの位相差値が−１ｎｍ以上１ｎｍ以下であることが望ましい。

本発明においては、前記防塵ガラスにおいて前記受光ヘッドとは反対側の表面は、前記光学フィルムが接触している接触面であってもよい。
本発明においては、前記防塵ガラスは、前記遮蔽板の貫通孔に埋設して配置されていてもよい。

本発明の光学フィルムの製造システムは、前記光学フィルムを製造する光学フィルムの製造装置と、前記光学フィルムの光学軸を検査する前記検査装置と、を含むことを特徴とする。

本発明においては、前記検査装置が前記光学フィルムの幅方向に複数設けられており、前記複数の検査装置によって前記光学フィルムの光学軸を検出することにより、前記光学フィルムの光学軸を前記光学フィルムの幅方向の複数の検査位置で検査してもよい。

本発明によれば、受光ヘッドに塵埃が入り込むことを抑制し、光学フィルムの光学軸を精度良く測定することが可能な検査装置及び光学フィルムの製造システムを提供することができる。

本発明の光学フィルムの製造システムの一実施形態を示す模式図である。 光学フィルムの製造システムの平面図である。 検査装置の模式図である。 比較例及び実施例における受光ヘッドの受光面の撮像画像を示す図である。 比較例及び実施例において、光学フィルムの各検査位置において、光学軸の方向とフィルム搬送方向とが、どの程度ずれているかを示すグラフである。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。

尚、以下の全ての図面においては、図面を見やすくするため、各構成要素の寸法や比率などは適宜異ならせてある。また、以下の説明及び図面中、同一又は相当する要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

以下の説明においては、必要に応じてＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明する。本実施形態においては、長尺の光学フィルムの幅方向をＸ方向としており、光学フィルムの面内においてＸ方向に直交する方向（長尺の光学フィルムの搬送方向）をＹ方向、Ｘ方向及びＹ方向に直交する方向をＺ方向としている。

図１は、本発明の光学フィルムの製造システムの一実施形態を示す模式図である。以下、光学フィルムとして偏光フィルムを製造する例を説明するが、光学フィルムは、偏光フィルムの他に、位相差フィルムや輝度向上フィルム等でもよく、位相差フィルムや偏光フィルムなどの複数の光学素子を積層したものでもよい。

図１に示すように、光学フィルムの製造システム１は、長尺状の光学フィルム（以下、単に光学フィルムと称する）Ｆを製造する光学フィルムの製造装置２と、光学フィルムの製造装置２で製造された光学フィルムＦの光学軸を検査する検査装置３と、を備えている。

本実施形態で使用される光学フィルムＦは、例えば、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）等からなる偏光子フィルムＦ１が、保護フィルムとして２枚のセルロース系フィルムであるＴＡＣ（トリアセチルセルロース）フィルムＦ２，Ｆ３によって挟まれた構造である。

尚、偏光子フィルムＦ１は、一定方向に振動する光以外の光を遮断するため、例えばヨウ素、二色性染料などの二色性色素により染色されている。偏光子フィルムＦ１は、例えば、二色性色素で染色したＰＶＡフィルムＦ１’を一軸延伸して形成されている。

また、保護フィルムとしては、ＴＡＣフィルムの他にも、ＣＯＰ（シクロオレフィンポリマー）フィルム、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタラート）フィルム、ＭＭＡ（メチルメタクリレート）フィルム等を用いることができる。

光学フィルムの製造装置２は、未延伸のＰＶＡフィルムＦ１’を装填する装填部２０と、装填部２０に装填されたＰＶＡフィルムＦ１’を下流側に搬送する搬送ローラー２０ａと、搬送されたＰＶＡフィルムＦ１’に膨潤処理を施す膨潤槽２１と、膨潤したＰＶＡフィルムＦ１’を二色性色素で染色する染色槽２２と、染色したＰＶＡフィルムＦ１’に架橋処理を施す架橋槽２３と、架橋したＰＶＡフィルムＦ１’を水洗する水洗槽２４と、水洗したＰＶＡフィルムＦ１’を乾燥させて偏光子フィルムＦ１とする乾燥炉２５と、ＴＡＣフィルムＦ２を装填する装填部２６と、ＴＡＣフィルムＦ３を装填する装填部２７と、偏光子フィルムＦ１、ＴＡＣフィルムＦ２、ＴＡＣフィルムＦ３の３枚のフィルムを積層して１枚の光学フィルムＦを製造するフィルム積層装置２８と、光学フィルムＦを巻き取る巻き取り部２９と、を備えている。尚、未延伸のＰＶＡフィルムＦ１’の幅は、５００ｍｍ〜５０００ｍｍの範囲の値に設定される。偏光子フィルムＦ１、ＴＡＣフィルムＦ２、ＴＡＣフィルムＦ３のそれぞれの幅は、５００ｍｍ〜２０００ｍｍの範囲の値に設定される。

尚、膨潤槽２１、染色槽２２、架橋槽２３、水洗槽２４、及び乾燥炉２５の間には、各処理が施されたＰＶＡフィルムＦ１’を下流側に搬送する搬送ローラー２１ａ，２２ａ，２３ａ，２４ａが設けられている。各搬送ローラー２０ａ，２１ａ，２２ａ，２３ａ，２４ａに周速差が付与され、ＰＶＡフィルムＦ１’にフィルム搬送方向の張力が付与されることにより、ＰＶＡフィルムＦ１’の一軸延伸が行われる。そして、各槽でＰＶＡフィルムＦ１’に各処理が施されることにより、偏光子フィルムＦ１が製造される。

膨潤槽２１は、搬送されたＰＶＡフィルムＦ１’を水溶液に浸漬させて、フィルム表面の異物除去、フィルム中の可塑剤除去、次工程での易染色性の付与、フィルムの可塑化等を行うための槽である。例えば、使用する膨潤処理浴としては、純水を用いる。この他にも、ホウ酸、塩化物、無機酸、無機塩、水溶性有機溶媒、アルコール類等を約０．０１重量％〜１０重量％の範囲で添加した水溶液を用いることができる。

染色槽２２は、膨潤させたＰＶＡフィルムＦ１’を二色性色素の水溶液に浸漬させて、フィルムに二色性色素を吸着、配向させるための槽である。使用する二色性色素の水溶液は、染色助剤等を有していてもよく、例えば硫酸ナトリウム等の無機塩、界面活性剤等を含有していてもよい。二色性色素は単独でもよいし、２種類以上の二色性色素を同時に用いてもよい。

架橋槽２３は、染色したＰＶＡフィルムＦ１’を、ホウ酸を含有する水溶液に浸漬させて、フィルムの耐水化や色相調整等を行うための槽である。例えば、使用するホウ酸を含有する水溶液としては、水１００重量部に対してホウ酸を約１〜１０重量部含有する水溶液を用いる。この他にも、塩化亜鉛、塩化コバルト、塩化ジルコニウム、チオ硫酸ナトリウム、亜硫酸カリウム、硫酸ナトリウム等を共存させてもよい。

水洗槽２４は、架橋したＰＶＡフィルムＦ１’を水に浸漬させて、洗浄するための槽である。尚、水をシャワーとして噴霧あるいは浸漬と噴霧を併用することによってＰＶＡフィルムＦ１’を洗浄してもよい。

水洗したＰＶＡフィルムＦ１’を、乾燥炉２５により、例えば約４０℃〜１００℃の範囲で約６０秒〜６００秒乾燥させることにより、偏光子フィルムＦ１が得られる。

フィルム積層装置２８には、一対のローラー２８ａ，２８ｂが上下に設けられている。この両ローラー２８ａ，２８ｂの間に偏光子フィルムＦ１、ＴＡＣフィルムＦ２、ＴＡＣフィルムＦ３が重ね合わされて供給される。そして、両ローラー２８ａ，２８ｂによって押圧されることにより、偏光子フィルムＦ１、ＴＡＣフィルムＦ２、ＴＡＣフィルムＦ３が貼合され、１枚の光学フィルムＦが製造される。尚、ＴＡＣフィルムＦ２およびＴＡＣフィルムＦ３の表面に剥離フィルムや保護フィルムなどがさらに積層されていてもよい。当該光学フィルムＦは、搬送ローラーによって、検査装置３に向けて搬送される。

検査装置３は、光学フィルムＦの上方に配置された投光ヘッド３１と、光学フィルムＦの下方に配置された受光ヘッド３２と、を備えている。尚、検査装置３の詳細については後述する。

検査装置３は、光学フィルムＦの幅方向に複数設けられている。複数の検査装置３によって、光学フィルムＦの光学軸を検出することにより、光学フィルムＦの光学軸を光学フィルムＦの幅方向の複数の検査位置で検査する。

尚、検査装置３が光学フィルムＦの幅方向に複数設けられる構成に限らず、検査装置が光学フィルムＦの幅方向に移動可能に構成されていてもよい。この場合、検査装置を光学フィルムＦの幅方向に移動させつつ検査装置によって光学フィルムＦの光学軸を検出することにより、光学フィルムＦの光学軸を光学フィルムＦの幅方向の複数の検査位置で検査する。

図２は光学フィルムの製造システム１の平面図である。
図２に示すように、光学フィルムＦの幅方向（以下、フィルム幅方向という）には複数の検査領域ＣＰが設けられている。本実施形態においては、フィルム幅方向（Ｘ軸方向）に５つの検査領域ＣＰ１〜ＣＰ５が設けられている。各検査領域ＣＰ１〜ＣＰ５は概ね等間隔に配置されている。例えば、検査領域ＣＰ３は、フィルム幅方向の概ね中心位置（以下、幅方向中心という）に配置され、検査領域ＣＰ２は幅方向中心から−Ｘ方向に３１５ｍｍ程度離れた位置に配置され、検査領域ＣＰ４は幅方向中心から＋Ｘ方向に３１５ｍｍ程度離れた位置に配置され、検査領域ＣＰ１は幅方向中心から−Ｘ方向に６３０ｍｍ程度離れた位置に配置され、検査領域ＣＰ５は幅方向中心から＋Ｘ方向に６３０ｍｍ程度離れた位置に配置されている。検査装置３は、これら５つの検査領域ＣＰ１〜ＣＰ５の配列方向に沿って、各検査領域ＣＰ１〜ＣＰ５に対応して５台配置されている。これにより、光学フィルムＦの幅方向における各検査領域ＣＰ１〜ＣＰ５において光学軸の方向が検出される。

尚、光学フィルムＦの光学軸の面内分布には様々な分布が存在する。光学フィルムＦの光学軸は、概ね光学フィルムＦの長手方向に沿って配置されている。一方、光学フィルムの光学軸の方向がフィルム搬送方向に対して若干傾いているものもある。

検査装置３で検出された光学フィルムＦの光学軸のデータは、光学フィルムＦの位置（光学フィルムＦの長手方向の位置および幅方向の位置）と関連付けられて記憶装置に記憶される。検査装置３で検査された光学フィルムは、搬送ローラーによって、巻き取り部２９に向けて搬送される。そして、巻き取り部２９においてロール状に巻き取られ、光学フィルムＦのロール原反Ｒが製造される。

図３は、検査装置３の模式図である。
図３に示すように、検査装置３は、光学フィルムＦに向けて上面側から光を照射する投光ヘッド３１と、光学フィルムＦを挟んで投光ヘッド３１の光軸ＣＬ上に配置された受光ヘッド３２と、光学フィルムＦと受光ヘッド３２との間に配置された校正サンプル載置台４０と、校正サンプル載置台４０と受光ヘッド３２との間に配置された防塵ガラス５０と、を備えている。

投光ヘッド３１は、投光ファイバーにより導かれた光を集光して射出するレンズユニット３１１と、レンズユニット３１１から射出された光のうち特定の波長（例えば５５０ｎｍ）の光を透過するバンドパスフィルター３１２と、バンドパスフィルター３１２から射出された光を円偏光として射出する偏光フィルター３１３と、レンズユニット３１１、バンドパスフィルター３１２、及び偏光フィルター３１３を収容する筐体３１０と、を備えている。

受光ヘッド３２は、光学フィルムＦ及び防塵ガラス５０を透過した光を集光して射出する受光レンズ３２１と、受光レンズ３２１から射出された光のうち特定の直線偏光のみを透過する偏光子３２２と、偏光子３２２を透過した光を受光する受光素子３２３と、受光レンズ３２１、偏光子３２２、及び受光素子３２３を収容する筐体３２０と、を備えている。

校正サンプル載置台４０は、投光ヘッド３１および受光ヘッド３２と光学フィルムＦとの相対位置を校正する校正サンプルを載置するための台である。校正サンプル載置台４０は不透明な部材で形成されており、外光を遮蔽する遮蔽板として機能する。校正サンプル載置台４０には、投光ヘッド３１の光軸ＣＬと重なる部分に貫通孔４０ｈが形成されている。校正サンプル載置台４０には貫通孔４０ｈの上部を覆う防塵ガラス５０が設置されており、防塵ガラス５０によって貫通孔４０ｈが閉塞されている。投光ヘッド３１から射出された光は光学フィルムＦ、防塵ガラス５０および貫通孔４０ｈを通過した後、受光ヘッド３２の受光面３２ｓ（受光レンズ３２１のレンズ面）に入射する。

防塵ガラス５０の形成材料としては、例えば硼珪酸ガラス（ＢＫ７）を用いる。防塵ガラス５０の面精度は、λ／１０程度（λ：６３２ｎｍ）である。面精度とは、防塵ガラス５０の表面全体を見たときに最も高い部分と最も低い部分との高低差をいう。

本実施形態において、防塵ガラス５０の位相差値（防塵ガラス５０を透過する前後の光の位相のずれ量）は−１ｎｍ以上１ｎｍ以下の範囲である。防塵ガラス５０の位相差値が前記範囲内であれば、光学軸の測定結果に大きな誤差が生じる惧れが少ない。

尚、防塵ガラス５０の位相差値は、高速リタデーション測定装置（大塚電子社製、機種名「ＲＥ−１００」）を用いて、測定波長５５０ｎｍにより測定される。

以上説明したように、本実施形態における検査装置３、光学フィルムの製造システム１によれば、光学フィルムＦと受光ヘッド３２との間に防塵ガラス５０が設置されているので、受光ヘッド３２の受光面３２ｓに異物が付着することを回避することができる。よって、光学フィルムＦの光学軸を精度良く測定することができる。防塵ガラス５０の表面には異物が付着するが、防塵ガラス５０は校正サンプル載置台４０の上に設置されているので、防塵ガラス５０に異物が付着してもアルコール拭き取り等により異物を容易に除去できる。

また、本実施形態では、防塵ガラスの位相差値を−１ｎｍ以上１ｎｍ以下の範囲としているため、防塵ガラス５０によって光の偏光状態が殆ど変化しない。よって、光学フィルムＦの光学軸を精度良く測定することができる。

尚、校正サンプル載置台４０に貫通孔４０ｈの上部を覆う防塵ガラス５０が設置されており、防塵ガラス５０によって貫通孔４０ｈが閉塞されている例に限らず、防塵ガラスが貫通孔４０ｈに埋設して配置されていてもよい。また、防塵ガラスが受光ヘッド３２の受光面３２ｓを覆って配置されていてもよい。

以上、添付図面を参照しながら本実施形態に係る好適な実施の形態例について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

以下、実施例及び比較例に基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

（光学フィルム）
比較例及び実施例の検査対象となる光学フィルムとしては、ＰＶＡ等からなる偏光子フィルムが、２枚のＴＡＣフィルムによって挟まれた構造の偏光フィルムを用いた。
（比較例）
比較例の検査装置としては、投光ヘッドと、受光ヘッドと、校正サンプル載置台とを備えた検査装置を用いた。比較例の検査装置においては、防塵ガラスが設けられていない。
（実施例）
実施例の検査装置としては、図３に示したように、投光ヘッド３１と、受光ヘッド３２と校正サンプル載置台４０と、防塵ガラス５０と、を備えた検査装置３を用いた。

（受光ヘッドの受光面の異物の有無の評価）
比較例及び実施例についてそれぞれ、受光ヘッドの受光面をＣＣＤカメラで撮像した。比較例及び実施例についてそれぞれ、受光ヘッドの受光面に塵埃等の異物が付着しているか否かを確認した。

図４（ａ）は、比較例における受光ヘッドの受光面の撮像画像を示す図である。図４（ｂ）は、実施例における受光ヘッドの受光面の撮像画像を示す図である。
図４（ａ）に示すように、比較例における受光ヘッドの受光面には異物が付着していることが確認された。これに対し、図４（ｂ）に示すように、実施例における受光ヘッドの受光面には異物が付着していなかった。

（光学フィルムの光学軸の測定バラツキ）
比較例及び実施例についてそれぞれ、光学フィルムの各検査位置において、光学軸の方向とフィルム搬送方向（光学フィルムの長手方向）とが、どの程度ずれているかを確認した。なお、検査対象となる光学フィルムは実施例と比較例とで同じものを用いた。

図５（ａ）は、比較例のグラフである。図５（ｂ）は、実施例のグラフである。尚、図５（ａ）及び図５（ｂ）において、横軸は光学フィルムの搬送方向における検査位置を示しており、縦軸は各検査位置における光学フィルムの光学軸の方向がフィルム搬送方向に対して何度ずれているかを示している。また、１番〜５番の光学軸は、各検査領域ＣＰ１〜ＣＰ５に対応して配置された各検査装置によって検査された光学軸である。また、縦軸の＋側及び−側は、フィルム搬送方向に対して反時計回り（左回り）を正としたときのずれ角を示している。

図５（ｂ）に示すように、実施例のグラフでは、各検査位置における光学軸のずれ角は、−０．１°から＋０．２°となっている。それに対して、図５（ａ）に示すように、比較例のグラフでは、各検査位置における光学軸のずれ角は、−０．４°から＋０．８°となっている。実施例と比較例とで検査結果がこのように大きく異なるのは、比較例において受光ヘッドの受光面に異物が堆積した結果、投光ヘッドから射出されて光学フィルムを透過した光の進行方向や偏光状態が異物によって変更され、本来受光ヘッドで検出されるべき光量とは異なる光量が検出されたためと考えられる。

校正サンプル載置台の貫通孔はそれほど大きくないため、短期間の操業ではそれほど多くの異物は受光ヘッドの受光面に堆積しないが、受光面に堆積した異物は、受光ヘッド自体が非常に小さく、また、受光ヘッドが校正サンプル載置台に覆われた位置に設置されていることから、アルコール拭き取り等により容易に除去することができない。よって、長時間操業を行うと、図５（ａ）に示したように、受光面に堆積した異物が光学軸の検査結果に大きな影響を与えるようになる。

一方、実施例の構成では、異物が校正サンプル載置台の貫通孔を介して受光ヘッド側に侵入することがないので、受光ヘッドは常に清浄に保たれた状態であり、また、防塵ガラスには異物が堆積するものの、防塵ガラスの表面は校正サンプル載置台の上部に露出した状態となっているため、防塵ガラスを定期的に清掃しておけば、光学軸の測定を精度よく安定して行うことができる。

１…光学フィルムの製造システム、２…光学フィルムの製造装置、３，３Ａ…検査装置、３１…投光ヘッド、３２…受光ヘッド、４０…校正サンプル載置台（遮蔽板）、４０ｈ…貫通孔、５０，５１…防塵ガラス、ＣＬ…光軸、ＣＰ，ＣＰ１，ＣＰ２，ＣＰ３，ＣＰ４，ＣＰ５…検査領域（検査位置）、Ｆ…光学フィルム

Claims (6)

1. 光学フィルムの光学軸を検査する検査装置であって、
   光学フィルムに向けて一面側から光を照射する投光ヘッドと、
   前記光学フィルムを挟んで前記投光ヘッドの光軸上に配置された受光ヘッドと、
   前記光学フィルムと前記受光ヘッドとの間に配置された防塵ガラスと、
   を含み、
   前記光学フィルムと前記受光ヘッドとの間に外光を遮蔽する遮蔽板が設けられ、
   前記遮蔽板に前記投光ヘッドから射出された光を通過させる貫通孔が形成され、
   前記遮蔽板の貫通孔が前記防塵ガラスによって閉塞されている検査装置。
2. 前記防塵ガラスの位相差値が−１ｎｍ以上１ｎｍ以下である請求項１に記載の検査装置。
3. 前記防塵ガラスにおいて前記受光ヘッドとは反対側の表面は、前記光学フィルムが接触している接触面である請求項１または２に記載の検査装置。
4. 前記防塵ガラスは、前記遮蔽板の貫通孔に埋設して配置されている請求項１ないし３のいずれか１項に記載の検査装置。
5. 前記光学フィルムを製造する光学フィルムの製造装置と、
   前記光学フィルムの光学軸を検査する請求項１ないし４のいずれか１項に記載の検査装置と、
   を含む光学フィルムの製造システム。
6. 前記検査装置が前記光学フィルムの幅方向に複数設けられており、
   前記複数の検査装置によって前記光学フィルムの光学軸を検出することにより、前記光学フィルムの光学軸を前記光学フィルムの幅方向の複数の検査位置で検査する請求項５に記載の光学フィルムの製造システム。