JP5174622B2

JP5174622B2 - 導電性金属酸化物からの還元金属回収、液晶用基板の再生方法及び設備

Info

Publication number: JP5174622B2
Application number: JP2008287032A
Authority: JP
Inventors: 鉄也井上
Original assignee: Hitachi Zosen Corp
Current assignee: Hitachi Zosen Corp
Priority date: 2008-11-07
Filing date: 2008-11-07
Publication date: 2013-04-03
Anticipated expiration: 2028-11-07
Also published as: JP2010110722A

Description

本発明は、液晶用基板として使用されるガラス基板から導電性金属酸化物からの還元金属を回収すると共に、この還元金属を回収した液晶用基板を再生する方法及び設備に関するものである。

例えばＩＴＯ（インジウムとスズの酸化物で、透明導電性を有する膜）等の導電性金属酸化物を形成した高機能ガラス基板は、光学的性能（透過率等）や機械的性能（平坦度等）に優れており、例えばフラットパネルディスプレイに用いられる。

しかしながら、この高機能ガラス基板は高価であるため、その表面に形成する導電性金属酸化物が品質管理基準を満足しない場合には、その導電性金属酸化物を除去して再利用することで、コストの低減を図っている。

また、導電性金属酸化物にはＩｎ（インジウム）などの希少金属が含まれており、近年の価格高騰、及びディスプレイの低価格化によるさらなるコストの低減などにより、これら導電性金属酸化物（希少金属）についても再利用の動きが活発になってきている。

前記ガラス基板の再生、及び導電性金属酸化物からの還元金属回収方法としては、例えば基板に対向するように設けられた平板状の電極によって電解剥離するものが知られている（特許文献１）。
特開２００８−３８２２７号公報

ところで、液晶用基板として使用するガラス基板上には、導電性金属酸化物層に加え、有機系材料で構成されたカラーフィルター（ＣＦ）層、ブラックマトリクス（ＢＭ）層、オーバーコート（ＯＣ）層がそれぞれ形成されている。

このようなガラス基板の表面はＣＦ層、ＢＭ層、ＯＣ層などによって凹凸状となっている。この凹凸の大きさは、液晶用基板の種類等により異なるが、概ね、短尺方向で数１０μm、長尺方向では２００〜３００μm程度の間隔で存在し、その高さは数〜１０μmである。

従って、特許文献１の方法では、厚みが１mmの平板状電極でも、この電極内には短尺方向では１０数個、長尺方向では数個のＣＦが存在することになり、図４のように、凹部内に気泡８がたまりやすくなって、電解液１がＣＦ層２の表面を上滑りして流れていく。

このような状態では、凹部内に電解液１が入り込まず、結果として導電性金属酸化物３の還元が不十分となり、希少金属の回収率が低下するという問題があった。なお、図４中の４はガラス基板、５はＢＭ層、６はＯＣ層、７は電極を示す。

また、前記ＣＦ層などは、樹脂を含むものに対しては、電解液に対する濡れ性が悪く、さらに回収率を悪化させる要因となっている。

本発明が解決しようとする問題点は、従来方法では、液晶用基板のように導電性金属酸化物層以外のＣＦ層、ＢＭ層、ＯＣ層が形成されている場合は、導電性金属酸化物の除去が不十分で、希少金属の回収率が低くなるという点である。

本発明の導電性金属酸化物からの還元金属回収及び液晶用基板の再生方法は、
液晶用基板のように導電性金属酸化物層以外のＣＦ層、ＢＭ層、ＯＣ層が形成されている場合でも、導電性金属酸化物の除去を効率良く行い、希少金属の回収率を高くするために、
液晶用基板上に形成された導電性金属酸化物膜及びＣＦ層、ＢＭ層、ＯＣ層を除去して液晶用基板を回収すると共に、前記除去した残渣から加熱及び比重差により導電性金属酸化物からの還元金属を回収する方法であって、
前記基板との相対移動方向に、基板の表面に前記各層を介して形成された導電性金属酸化物膜に対向すべく、正電極と負電極を順に配置し、
このうちの負電極を、基板表面の導電性金属酸化物膜の近傍に位置させ、かつ、前記正電極及び負電極と、基板表面の導電性金属酸化物膜間に、負電極側から正電極に向けて供給した電解液を介在させた状態で、前記正電極と負電極に電圧を印加して、
前記正電極及び負電極と基板とを相対移動させることで、前記基板表面の導電性金属酸化物膜を還元反応により除去するに際し、
前記正電極は、前記導電性金属酸化物膜に対向する端面が、前記カラーフィルター層とブラックマトリクス層の段差により形成された凹部の、前記相対移動方向の長さに沿う湾曲状となるように形成したものを使用することを最も主要な特徴としている。

本発明の導電性金属酸化物からの還元金属回収及び液晶用基板の再生方法では、導電性金属酸化物膜に対向する端面が湾曲状となるように形成した正電極を使用するので、基板表面の凹部内にも電解液が十分に行き渡り、導電性金属酸化物の除去効率が向上する。

本発明の導電性金属酸化物からの還元金属回収及び液晶用基板の再生方法において、電解液として、アルコール系溶媒又は界面活性剤を混ぜたものを使用すれば、基板表面の樹脂材における濡れ性が向上し、導電性金属酸化物膜の除去がより確実に行える。

以上の本発明の導電性金属酸化物からの還元金属回収及び液晶用基板の再生方法は、
液晶用基板との相対移動方向に、基板の表面にＣＦ層、ＢＭ層、ＯＣ層を介して形成された導電性金属酸化物膜に対向するように、順に配置された正電極及び負電極と、
前記正電極及び負電極と、基板表面の導電性金属酸化物膜間に電解液を介在させるべく、負電極側から正電極に向けて電解液を供給する電解液供給手段と、
前記正電極と負電極に電圧を印加する電源と、
前記正電極及び負電極と基板との相対移動手段を備えた導電性金属酸化物膜の電解還元処理装置と、
この電解還元処理装置により基板から除去された残渣を回収し、加熱及び比重差により有機材料と金属分に分離する回収分離装置と、
からなり、
前記正電極は、導電性金属酸化物膜に対向する端面が、前記カラーフィルター層とブラックマトリクス層の段差により形成された凹部の、前記相対移動方向の長さに沿う湾曲状となるように形成し、また前記負電極は、基板表面の導電性金属酸化物膜の近傍に位置させた本発明の導電性金属酸化物からの還元金属回収及び液晶用基板の再生設備を用いて実施できる。

本発明の導電性金属酸化物からの還元金属回収及び液晶用基板の再生方法において、正電極が横断面円形のものを使用する場合、横断面の中心を支点として正電極を回転させ、電解液を基板の表面に引き込むようにすることが望ましい。

この場合、本発明の導電性金属酸化物からの還元金属回収及び液晶用基板の再生設備に、横断面の中心を支点として、正電極を回転させる回動手段をさらに備えさせることが必要である。

本発明は、導電性金属酸化物膜に対向する端面を湾曲状に形成した正電極を使用するので、基板表面に凹凸状部分を有する液晶用基板であっても、基板表面に電解液が十分に行き渡り、導電性金属酸化物の除去効率が向上して希少金属の回収率が良くなる。その結果、希少金属を回収した液晶用基板の再生も容易に行えるようになる。

また、強酸や強アルカリの化学液を使用しないので、環境負荷も低減でき、経済的にも有利である。

以下、導電性金属酸化物除去の基本原理を、図１を用いて説明した後、本発明を実施するための最良の形態と共に各種の形態を図２及び図３を用いて詳細に説明する。

本発明は、強酸や強アルカリを使用しないで、液晶用基板として使用するガラス基板から導電性金属酸化物を効率良く除去して希少金属を回収し、かつ、できるだけガラス基板に疵や応力変形などを発生させずに再生する技術である。

図１において、１１は厚さが数mm程度の正電極、１２は厚さが０．１〜数mmの負電極で、共に金属製である。これらの電極１１，１２は、例えばガラス基板１３の表面に、ＣＦ層１４、ＢＭ層１５、ＯＣ層１６を介して形成した導電性金属酸化物膜（例えばＩＴＯ）１７と対向すべく配置され、電源１８によって直流電圧が印加されている。なお、図１では、両電極１１，１２を一体としているので、正電極１１と負電極１２の間に絶縁体（例えば厚みが２mm程度のゴム）１９を設置している。

前記の正電極１１や負電極１２の一部は電解液２０中に浸漬され、かつ負電極１２はガラス基板１３の表面の導電性金属酸化物膜１７に接触させている。このようにすれば、正電極１１の直下の導電性金属酸化物膜１７の表面が負電極化して正電極１１との間の電解液２０を電気分解し、正電極１１の表面にＯＨ⁻、導電性金属酸化物膜１７の表面にＨ^＋が発生する。発生したＨ^＋は、導電性金属酸化物膜１７の表面を還元除去する。

しかしながら、このような方法では、ガラス基板１３の表面に形成された凹部内に気泡８が入って電解液２０が入り込まず、結果として導電性金属酸化物１７の還元が不十分となって、希少金属の回収率が低下する。

そこで、本発明では、正電極１１の導電性金属酸化物膜１７に対向する端面を、図２に示すように、ガラス基板１３の表面のＣＦ層１４とＢＭ層１５の段差により形成された凹部の、正電極１１とガラス基板１３の相対移動方向の長さ（幅）に沿う湾曲状に形成した。

このようにすることで、ガラス基板１３の表面に凹凸状部分を有する液晶用基板であっても、ガラス基板１３の表面の凹凸に沿って電解液２０が流れ、電解液２０が凹部にも十分に行き渡るようになって、局所的な電解還元効率が向上する。この場合、正電極１１のガラス基板１３と対向する面の面積が小さいほど、局所的な電解還元効率が向上する。

正電極１１は、導電性金属酸化物膜１７に対向する端面が湾曲状であれば、図２（ｂ）のように、平板状の正電極１１の当該端面を楕円状等の湾曲状にしたものでも、図２（ｃ）のように、横断面が円形の円柱状の正電極１１であっても良い。

このうち、図２（ｃ）に示した横断面が円形の円柱状の正電極１１とする場合は、横断面の中心を支点として正電極１１を回転させる回動手段をさらに備えさせ、電解液２０をガラス基板１３の表面に引き込むようにすることが望ましい。このようにすれば、ガラス基板１３と電解液２０との密着性を高めることができる。

また、電解液２０として、エタノール等のアルコール系溶媒、又はポリエチレングリコール等の界面活性剤を混ぜたものを使用すれば、ガラス基板１３の表面の樹脂材における濡れ性が向上し、導電性金属酸化物膜１７の除去がより確実に行えるようになる。

重合度が５００のポリエチレングリコールを使用し、混合比は水溶性加工液に対して、１／１０〜１／１００の範囲で、発明者が実験したところ、１／１００の場合が最も効果的であった。

電解液２０の流れは、ガラス基板１３と正電極１１との相対移動や正電極１１近傍での電解液２０の供給などにより発生する。この場合、正電極１１から負電極１２と反対の方向に向けて電解液２０を供給すれば、還元反応により導電性金属酸化物膜１７の表面に発生したＨ＋の気泡を、還元が完了した側に押し流し、両電極１１，１２間の導電性金属酸化物膜１７を部分的に還元することがない。

従って、正電極１１と負電極１２を近づけて設置でき、ガラス基板１３の移動方向後端部に未還元のまま残留する導電性金属酸化物膜１７の前記移動方向の幅が減少し、ほぼ全域に亘って導電性金属酸化物膜１７を除去できるようになる。その際、精密な位置制御も必要としない。

また、前記還元反応により導電性金属酸化物膜１７の表面に発生したＨ^＋の気泡を、電解液２０が、還元の完了した側に押し流すので、ガラス基板１３の移動速度を速くしても、前記Ｈ^＋が未還元のガラス基板１３上に流されることはない。

この電解液２０の供給手段としては、例えば図３のように、負電極１２の正電極１１と反対の位置に、正電極１１に向けて電解液２０を供給する電解液供給ノズル２１を設置し、負電極１２の電解液２０中に浸漬する部分を櫛歯状にすれば良い。また、負電極１２の当該部分に複数の孔を設けても良い。

電解還元処理された導電性金属酸化物膜１７は、金属固体として微粒子化（０．１μm以下）しているので、例えば図３に示すように、水流ジェット２０により還元した希少金属を剥離する。図３では、補助として柔軟性材２３による機械的剥離を併用している。ＣＦ層１４、ＢＭ層１５、ＯＣ層１６は有機系材料で構成されており、研磨処理によってガラス基板１３から容易に剥離できるので、ガラス基板１３の再生ができる。

その後は、電解液２０とともに前記除去した希少金属を含むフィルター残渣を、電解液捕集パン２４を介して回収タンク２５に溜め、マイクロバブル発生器２６によってマイクロバブルを混入してクラスタ化する。クラスタ化したフィルター残渣はフィルター２７を通して回収する。

回収したフィルター残渣は、別工程で１６０℃以上に加熱する。既に電解還元で金属化されているので、この加熱処理により、融点が約１６０℃で比重が７．２のＩｎ等の希少金属が溶融して、有機物残渣の下側に沈殿物として分離する。なお、図３中の２８はポンプ、２９は加熱装置を示す。

加熱処理が終了すれば、前記処理物を取り出し、希少金属と有機物分を分離する。この際、有機物分が灰化または蒸発する程度の温度処理を行えば、希少金属だけを取り出すこともできる。

以上の説明のように、本発明は、一般に行われている、被加工物に正電圧を印加する電解溶出除去反応ではなく、被加工物に負の電圧を印加する特徴的な加工法である。
そして、ここでの電解反応は導電性金属酸化物膜界面のごく微量な領域にＨ2の発生を生じさせるもので良いため、電流はほとんど必要としない。

また、導電性金属酸化物膜１７そのものを加熱処理して金属化するには、１０００℃以上の加熱処理が必要であるが、本発明では、事前に還元処理して金属化しているので、前記のような低温の加熱処理で回収することができ、安価な装置でよい。

本発明は、前述の例に限るものではなく、各請求項に記載の技術的思想の範疇であれば、適宜実施の形態を変更しても良いことは言うまでもない。

例えば、正電極１１と負電極１２を、図１のように一体に形成しない場合は、正電極１１と負電極１２の間に絶縁体１９を介在させる必要はない。

導電性金属酸化物除去の基本原理を説明する図である。（ａ）は本発明における導電性金属酸化物除去の際の正電極とガラス基板表面に形成された各層の説明図、（ｂ）（ｃ）は正電極の一例を示す図である。本発明の還元金属回収、液晶用基板の再生設備の一例を示した図である。平板状の正電極を使用した導電性金属酸化物除去の際の問題を説明する図である。

符号の説明

１１正電極
１２負電極
１３ガラス基板
１４ＣＦ層
１５ＢＭ層
１６ＯＣ層
１７導電性金属酸化物膜
１８電源
２０電解液
２１電解液供給ノズル
２２水流ジェット
２３柔軟性材
２５回収タンク
２７フィルター
２９加熱装置

Claims

液晶用基板上に形成された導電性金属酸化物膜及びカラーフィルター層、ブラックマトリクス層、オーバーコート層を除去して液晶用基板を回収すると共に、前記除去した残渣から加熱及び比重差により導電性金属酸化物からの還元金属を回収する方法であって、
前記基板との相対移動方向に、基板の表面に前記各層を介して形成された導電性金属酸化物膜に対向すべく、正電極と負電極を順に配置し、
このうちの負電極を、基板表面の導電性金属酸化物膜の近傍に位置させ、かつ、前記正電極及び負電極と、基板表面の導電性金属酸化物膜間に、負電極側から正電極に向けて供給した電解液を介在させた状態で、前記正電極と負電極に電圧を印加して、
前記正電極及び負電極と基板とを相対移動させることで、前記基板表面の導電性金属酸化物膜を還元反応により除去するに際し、
前記正電極は、前記導電性金属酸化物膜に対向する端面が、前記カラーフィルター層とブラックマトリクス層の段差により形成された凹部の、前記相対移動方向の長さに沿う湾曲状となるように形成したものを使用することを特徴とする導電性金属酸化物からの還元金属回収及び液晶用基板の再生方法。
前記電解液は、アルコール系溶媒又は界面活性剤を混ぜたものを使用することを特徴とする請求項１に記載の導電性金属酸化物からの還元金属回収及び液晶用基板の再生方法。
横断面円形の正電極を使用する場合、横断面の中心を支点として正電極を回転させることを特徴とする請求項１又は２に記載の導電性金属酸化物からの還元金属回収及び液晶用基板の再生方法。
液晶用基板上に形成された導電性金属酸化物膜及びカラーフィルター層、ブラックマトリクス層、オーバーコート層を除去して液晶用基板を回収すると共に、前記除去した残渣から導電性金属酸化物からの還元金属を回収する設備であって、
前記基板との相対移動方向に、基板の表面に前記各層を介して形成された導電性金属酸化物膜に対向するように、順に配置された正電極及び負電極と、
前記正電極及び負電極と、基板表面の導電性金属酸化物膜間に電解液を介在させるべく、負電極側から正電極に向けて電解液を供給する電解液供給手段と、
前記正電極と負電極に電圧を印加する電源と、
前記正電極及び負電極と基板との相対移動手段を備えた導電性金属酸化物膜の電解還元処理装置と、
この電解還元処理装置により基板から除去された残渣を回収し、加熱及び比重差により有機材料と金属分に分離する回収分離装置と、
からなり、
前記正電極は、導電性金属酸化物膜に対向する端面が、前記カラーフィルター層とブラックマトリクス層の段差により形成された凹部の、前記相対移動方向の長さに沿う湾曲状となるように形成し、また前記負電極は、基板表面の導電性金属酸化物膜の近傍に位置させたことを特徴とする導電性金属酸化物からの還元金属回収及び液晶用基板の再生設備。
前記正電極が横断面円形である場合、横断面の中心を支点として正電極を回転させる回動手段をさらに備えたことを特徴とする請求項４に記載の導電性金属酸化物からの還元金属回収及び液晶用基板の再生設備。