KR100886684B1

KR100886684B1 - 액정표시장치 패널의 재활용 방법

Info

Publication number: KR100886684B1
Application number: KR1020070109329A
Authority: KR
Inventors: 이정주
Original assignee: 주식회사 리싸이텍코리아
Priority date: 2007-10-30
Filing date: 2007-10-30
Publication date: 2009-03-04

Abstract

본 발명은 액정표시장치 패널의 재활용 방법에 대한 것으로, 특히 액정표시장치 패널로부터 유리기판을 분리하는 단계; 상기 분리된 유리기판을 일정한 크기로 파쇄하는 단계; 상기 파쇄된 유리기판 분쇄물을 480℃ 내지 550℃ 범위 내의 온도를 가진 가스로 열처리하는 단계; 상기 열처리된 유리기판 열처리물을 질산 수용액에 함침시키는 단계; 및, 상기 함침 수용액으로부터 금속성분을 제거하여 원료물질을 얻는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이러한 본 발명은 상기 가스로 열처리하는 것에 의해 폐액정표시장치 패널의 글래스 스크랩으로부터 유기물을 용이하게 제거할 수 있고, 상기 질산 수용액으로 함침시키는 것을 통하여 글래스 스크랩에 존재하는 금속박막 성분을 효과적으로 용출시킬 수 있는 특성이 있다.

폐액정표시장치, 액정패널, 재활용

Description

액정표시장치 패널의 재활용 방법{Method of Material Recycling for LCD Panel Waste}

본 발명은 액정표시장치(LCD)에 대한 것으로, 특히 액정표시장치의 패널에 존재하는 유리기판을 재활용하기 위한 방법에 대한 것이다. 더욱 상세하게는, 폐액정표시장치 패널로부터 얻은 글래스 스크랩을 열처리한 다음 질산 수용액에 함침시킴으로써, 폐스크랩에 포함되어 있는 유기물과 금속성분을 용이하게 제거하여, 다양한 용도로 사용이 가능한 원료물질을 얻는 것이다.

일반적으로, 폐액정표시장치의 패널(panel)은 도 1에 나타난 바와 같이, 유리(glass) 기판(1), 씰(seal) 수지체(2), 액정층(Liquid crystal layer)(3), 편광판(Polarizer)(4), 컬러필터(color filter)(5), 투명공통전극(Common electrode)(6), 배향막(Alignment layer)(7), 픽셀전극(Pixel electrode)(8), TFT소자(9)로 구성되어 있다.

그리고, 상기한 여러가지 구성요소들은 폴리에스테르(Polyester), 폴리카보네이트(Polycarbonate), 폴리이미드(Polyimide), 에폭시(Epoxy)계 또는 아크릴(Acryl)계 등과 같은 다양한 고분자 수지재료로 이루어져 있으며, 예를 들어 15인치 크기의 폐액정표시장치의 경우에는 하기 표 1에 나타난 바와 같은 다양한 물질로 구성되어 있다.

[표 1 : 일반적인 폐액정표시장치의 구성 성분]

상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 폐액정표시장치는 스틸(steel), 플라스 틱(plastic), 글래스(glass) 및 기판이 전체 구성의 약 92 중량%에 달하며, 그 외에 매우 다양한 금속 및 산화물, 유기물질로 구성되어 있다. 그 중에서도 액정(liquid crystal)의 경우 물질 자체의 독성에 대한 논란이 있으나 전체 구성의 약 0.04 중량%로 매우 미량이기 때문에 큰 문제는 되지 않으며 다른 구성 유기물질들도 중량비가 작아 심각한 독성문제는 없는 것으로 사료된다. 또한, 스틸(steel)등의 금속이나 기판의 경우는 비교적 재활용도가 높은 구성물질이다. 스틸(steel) 성분은 해체공정에서 마그네틱 세퍼레이터(magnetic separator) 등으로 쉽게 분리가 가능하며 기판의 경우는 구리, 아연 금 등의 제련공정에서 쉽게 처리가 가능하다.

그러나, 폐액정표시장치를 구성하는 성분중에서 가장 문제는 액정 패널(panel)의 주요한 구성성분인 글래스(glass)와 하우징 재료로 사용되는 플라스틱이다. 그 중에서도, 액정 패널(panel)의 글래스는 CRT와는 달리 얇은 유리에 다양한 금속 및 유기물질이 수미크론으로 미세코팅된 적층 구조로서 매우 복잡한 형상을 나타내고 있기 때문에, 현재 대부분이 처리장에서 매립되고 있는 실정이다.

이에 따라, 폐액정표시장치의 재활용기술, 특히 액정표시장치의 패널에 존재하는 유리기판을 재활용하기 위한 방법에 대한 연구가 시급한 실정이다.

본 발명의 목적은, 액정표시장치의 패널에 존재하는 유리기판을 재활용하기 위한 방법을 제공하기 위한 것으로, 더욱 상세하게는, 폐액정표시장치 패널의 글래스 스크랩으로부터 유기물을 용이하게 제거하고, 상기 글래스 스크랩에 존재하는 금속박막 성분을 효과적으로 용출시킴으로써, 폐액정표시장치 패널로부터 다양한 용도로 사용이 가능한 원료물질을 얻는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 액정표시장치 패널로부터 유리기판을 분리하는 단계; 상기 분리된 유리기판을 일정한 크기로 파쇄하는 단계; 상기 파쇄된 유리기판 파쇄물을 480℃ 내지 550℃ 범위 내의 온도를 가진 가스로 열처리하는 단계; 상기 열처리된 유리기판 열처리물을 질산 수용액에 함침시키는 단계; 및,상기 함침 수용액으로부터 금속성분을 제거하여 원료물질을 얻는 단계;를 포함하고, 상기 질산 수용액에 함침시키는 단계는, 상기 유리기판 열처리물을 75℃ 내지 90℃ 범위 내의 온도를 가지는 질산수용액에 함침시키고, 상기 질산수용액은 25% 내지 30%의 농도를 가지는 것을 특징으로 하는 액정표시장치 패널의 재활용 방법이다.

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또한, 본 발명은 상기한 액정표시장치 패널의 재활용 방법에 있어서, 상기 얻어진 원료물질을 액정표시장치의 유리기판 제조용 원료물질로 이용하거나, 플라스틱 복합 성형체의 충전제로 사용하거나, 또는 제련공정의 융제(flux: 플럭스)로 사용하는 것을 특징으로 하는 것도 가능하다.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

상기한 바와 같은 본 발명에 의하면, 파쇄된 유리기판 파쇄물을 가스로 열처리하는 것에 의해 폐액정표시장치 패널의 글래스 스크랩으로부터 유기물을 용이하게 제거할 수 있고, 상기 열처리된 유리기판 열처리물을 질산 수용액에 함침시키는 것을 통하여 글래스 스크랩에 존재하는 금속박막 성분을 효과적으로 용출시킬 수 있는 효과가 있다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명은 폐액정표시장치에서 수작업을 통해 분리된 액정패널과 액정표시장치 제조사의 제조공정중 발생된 불량패널의 재활용 방법에 관한 것이다.

이를 위하여, 본 발명에 따른 액정표시장치 패널의 재활용 방법은, 액정표시장치 패널로부터 유리기판을 분리하는 단계; 상기 분리된 유리기판을 일정한 크기로 파쇄하는 단계; 상기 파쇄된 유리기판 파쇄물을 480℃ 내지 550℃ 범위 내의 온도를 가진 가스로 열처리하는 단계; 상기 열처리된 유리기판 열처리물을 질산 수용액에 함침시키는 단계; 및, 상기 함침 수용액으로부터 금속성분을 제거하여 원료물질을 얻는 단계;를 포함하고, 더욱 상세하게는 폐액정표시장치 패널의 글래스 스크랩으로부터 유기물을 용이하게 제거하기 위하여 파쇄된 유리기판 파쇄물을 가스로 열처리하고, 글래스 스크랩에 존재하는 금속박막 성분을 효과적으로 용출시키기 위하여 상기 열처리된 유리기판 열처리물을 질산 수용액에 함침시키는 것을 특징으로 한다.

먼저, 본 발명은 액정표시장치 패널로부터 유리기판을 분리하는 단계를 거치는데, 이것은 본 발명이 액정표시장치 패널 중에서도 특히 유리기판을 재활용하기 위한 것이기 때문이다. 본 발명은 액정표시장치 패널로부터 얻은 글래스 스크랩에 후술하는 소정의 공정을 거침으로써, 상기 글래스 스크랩이 가지고 있는 기본적인 물성에는 변화를 주지 않으면서도, 폐기되는 글래스 스크랩에 포함되어 있는 불순물들을 제거하여, 다양한 용도로 사용되는 원료물질을 얻기 위한 것이다. 이에 따라, 액정표시장치 패널로부터 유리기판을 분리하는 방법은 특별히 제한되지 않고, 이 기술분야에서 알려진 일반적인 모든 방법을 이용할 수 있다.

다음으로, 상기와 같이 유리기판을 분리한 후에는 상기 분리된 유리기판을 일정한 크기로 파쇄 또는 분쇄한다. 이것은 유리기판의 처리를 더욱 용이하게 하기 위한 것일 뿐만 아니라, 후술하는 열처리 공정에서의 가스 효과와 함침 과정에서의 질산 수용액 반응 효과를 더욱 증진시키기 위한 것이다. 유리기판을 파쇄하는 방법이나 장치는 특별히 제한되는 일이 없이 이 기술분야에서 알려진 모든 수단을 이용할 수 있지만, 그 중에서도 파쇄기는 액정 패널이 유기 박막류가 코팅되어 있는 구조이기 때문에 충격식 파쇄기보다는 전단식 파쇄기가 바람직하다.

그리고, 상기 분리된 유리기판은 0.5~100mm 범위 내의 크기를 가지는 것이 바람직한데, 일반적인 액정표시장치 제조사에서 벼려지는 불량 액정패널의 스크랩은 대부분 1차 파쇄공정을 거쳐서 한변의 길이가 50∼100mm 크기인 형태(도 2a)와 미분쇄 공정을 거쳐서 직경이 0.5∼2mm 크기인 분말상(도 2b)으로 배출되고 있으며, 이 두가지 형태가 전체 배출량의 약 60∼70%를 차지하는 것으로 알려져 있기 때문이다. 또한, 단축 또는 이축 전단식 파쇄기를 이용하여 최대 입경이 10∼15mm가 되도록 파쇄하면, 구리, 납, 아연 등의 비철제련로에 투입하기 쉬운 치수 및 형상이 되어, 제련공정에 이용되는 융제(flux: 플럭스) 등으로 사용하기에 적합하다. 나아가, 본 발명에 따른 재활용 방법에 의해 얻어진 원료물질을 플라스틱 복합소재 및 우레 탄폼의 충전제로서 사용하기 위해서는, 미세한 분쇄공정이 필요한데 상기 1차 전단식 파쇄기를 통해 파쇄된 유리기판 파쇄물을 회전식 볼밀을 이용하여 평균입도 150마이크로미터 이하로 미분쇄한다. 회전식 볼밀을 이용하는 이유는 입경을 감소시키는 효과 외에 결정상의 유리물질인 액정패널 스크랩의 에지(edge) 부분을 부드럽게 연마할 수 있기 때문이다. 이로서 충전제로 사용하기 위해 사용되는 용도의 산업현장에서 이를 다루는 작업자의 사업장내 안전을 확보할 수도 있다.

계속해서, 본 발명에 따른 액정표시장치 패널의 재활용 방법은, 상기 파쇄된 유리기판 파쇄물을 480℃ 내지 550℃ 범위 내의 온도를 가진 가스로 열처리하는 것이 특징이다. 이러한 열처리 과정은 상기 파쇄된 유리기판 파쇄물을 가스로 열처리하는 것에 의해 폐액정표시장치 패널의 글래스 스크랩으로부터 유기물을 용이하게 제거하기 위한 것이다. 즉, 열처리를 통해 액정패널에 존재하는 유기물을 가스화시켜 제거하는 것이고, 이러한 열처리 과정은 분리가 어려운 유기물질을 먼저 습식방법에 의해 액정패널 유리에 코팅되어 있는 금속막을 제거하여 순수한 유리를 재생하기 위한 것이다. 여기서, 본 발명자들은 상기 열처리를 위한 가스가 500℃ 내지 550℃ 범위 내의 온도를 유지하되, 20℃/분 이하의 승온속도를 가지는 경우, 가장 효과적이라는 것을 확인하였고, 이에 대해서는 실시예에서 자세하게 후술한다.

이어서, 본 발명은 상기 열처리된 유리기판 열처리물을 질산 수용액에 함침시키는 단계를 거친다. 이것은 상기 열처리된 유리기판 열처리물을 질산 수용액에 함침시 킴으로써 글래스 스크랩에 존재하는 금속박막 성분을 효과적으로 용출시키기 위한 것이다. 여기서, 본 발명자들은 상기 유리기판 열처리물을 75℃ 내지 90℃ 범위 내의 온도를 가진 질산 및 염산의 혼합 수용액에 함침시키는 것이 더욱 바람직하다는 것을 확인하였고, 이에 대해서는 실시예에서 자세하게 후술한다.

마지막으로, 본 발명은 상기 함침 수용액으로부터 금속성분을 제거하여 원료물질을 얻는 단계;를 포함한다. 상기와 같이 열처리된 유리기판 열처리물을 질산 수용액에 함침시키면, 인듐이나 주석과 같은 금속성분이 용출되는데, 이와 같이 용출된 금속성분을 제거함으로써, 다양한 용도로 사용 가능한 원료물질을 얻을 수 있는 것이다.

상술한 바와 같은 액정표시장치 패널의 재활용 방법에 의하면, 폐액정표시장치로부터 우수한 물성을 가지는 원료물질을 용이하게 얻을 수 있고, 이렇게 얻은 원료물질은 액정표시장치의 유리기판 제조용 원료물질로 이용되거나, 플라스틱 복합 성형체의 충전제로 사용되거나, 또는 제련공정의 융제(flux: 플럭스) 등으로 다양하게 사용될 수 있다.

특히, 상술한 바와 같은 본 발명에 따라 얻어진 원료물질은 고순도로 정제된 경우 폐액정표시장치용 유리 제조 원료로 사용하는 것이 바람직하고, 순도가 낮은 재생유리의 경우 재생 플라스틱 복합성형체의 충전제로 사용할 수 있다.

또한, 본 발명에 따라 얻어진 원료물질은 비철제련 공정에서 융제(flux)로서 이용되는 일반적인 SiO₂의 대체물질로 사용하기에 적합하다. 즉, 액정표시장치의 패널에 사용되는 유리기판은 다량의 SiO₂를 포함하고 있고, 이러한 유리기판으로부터 얻은 원료물질에는 SiO₂가 포함되기 마련이며, 본 발명은 이와 같이 SiO₂를 포함하는 원료물질을 비철제련 공정에서의 융제(flux)로서 이용하는 것이다. 비철제련로에는 제련공정에 있어 불순물 제거를 목적으로 융제(flux)로서 다량의 SiO₂를 사용하는데, 본 발명에 따라 SiO₂를 포함하는 원료물질을 대신하여 사용함으로써 비용감소를 기대할 수 있다. 또한 이 방법은 대량처리가 가능하며 불량 액정패널이나 폐기된 액정패널을 특별한 분리 없이 일괄 처리할 수 있기 때문에 경제성이 우수하다. 다만, 비철제련로에서 요구하는 SiO₂ 순도는 85%이상으로 보통의 액정유리 평균 SiO₂ 함량인 70%보다 높기 때문에, 별도의 SiO₂ 와 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다. 액정표시장치의 세대가 진화할수록 글래스내 SiO₂의 함량이 증가하는 추세이기 때문에 향후 별도의 SiO₂를 혼합하는 비율은 감소할 것이다.

나아가, 본 발명에 따라 얻어진 원료물질은 콘크리트 또는 골재에 혼합하거나 벽돌 등의 무기 건축자재의 첨가제로서 사용될 수도 있고, 플라스틱에 혼합될 경우 일부 액정패널에 함유되어 있는 중금속의 용출 가능성이 현저히 저하되기 때문에 유용하다. 또한, 본 발명에 따라 얻어진 원료물질은, 범용 폐플라스틱 중 가장 널리 사용되는 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌, ABS 수지 등에 10 내지 30 중량%로 첨가되고, 여기에 난연제 및 기타 첨가제롤 함께 혼합한 후 압출-압축 또는 사출성형하여 저급용도의 건축자재, 카스토퍼(Car stopper) 등의 생활자재 용도로도 사용할 수 있다. 폐액정 패널로부터 얻은 재활용 원료물질은 상대적으로 고가인 플라스틱 성분의 함량 감소와 무기물질 충진량 증가에 따른 난연효과 등이 있으며, 고충진 하여 교통관련 시설물에 적용할 경우 유리의 성질에 따른 반사판 효과도 얻을 수 있다.

본 발명은 하기의 실시예에 의하여 보다 더 잘 이해 될 수 있으며, 하기의 실시예는 본 발명의 예시 목적을 위한 것이며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 한정되는 보호범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.

[실시예 1]

본 실시예에서는 액정표시장치 제조사에서 액정표시장치로부터 유리기판을 분리하고, 이것을 파쇄한 뒤 폐기한 유리기판 파쇄물을 이용하였다. 즉, 도 2에 나타난 바와 같이 1차 파쇄공정을 거친 50∼100mm 크기의 형태(도2a)의 파쇄물과 미분쇄 공정을 거친 0.5∼2mm 크기의 분말상(도 2b)을 이용하였으며, 이 두가지 형태가 전체 배출량의 약 60∼70%를 차지하는 것으로 알려져 있다.

그 중에서도, 큰 입도와 랜덤한 형상으로 많은 부피를 차지하고 있으며 에지(edge) 부분이 날카로워 작업자에게 위험한 50∼100mm 크기의 글래스 스크랩(도 2b)을 400∼900℃ 온도 범위에서 30분 내지 60분 동안 열처리하였다. 이러한 글래스 스크랩에 함유된 유기물질은 도 3a 및 도 3b에 나타낸 것과 같이 400℃에서는 60분간의 열처리에도 유기물이 잔존하였으나, 480℃ 이상 온도에서는 가스화되어 제거되면서 온도가 높을수록 유기물의 제거효과는 우수하나 높은 에너지 소비에 따른 비용문제를 야기 하였고, 이에 따라 열처리를 위한 가스 온도는 500∼550℃인 것이 바람직하다는 것을 확인하였다.

또한, 액정 패널의 파쇄물을 열처리할 때의 승온속도는 20℃/분 이하로 하는 것이 가장 바람직하였는데, 상기 보다 빠른 속도로 하는 경우에는 패널유리의 균열이 발생하여 공정뒤의 유리기판 분별처리나 열처리 후에 유리기판 존재하는 금속막 제거 처리 효율이 떨어졌기 때문이다.

X선형광분석기(XRF)를 이용한 열처리 온도에 따른 액정패널의 주요 성분 분석결과 아래 표와 같으며 열처리 온도가 유리기판 파쇄물의 물성변화에는 영향을 주지 않음을 알 수 있다.

[표 2 : 열처리 온도에 따른 유리기판 파쇄물의 화학적 조성]

상기와 같이 열처리가 끝난 글래스 스크랩에 대해서는, 잔존하는 금속박막을 제거하기 위해 질산 수용액 및 질산과 염산의 혼합산 수용액(10 내지 30%)이 각각 담겨 있는 테프론 재질의 챔버 안에 투입하였고 30분 내지 1시간 동안 75 내지 90℃의 온도조건으로 교반시키었다. 산에 의한 금속성분의 용출특성은 산수용액의 농도 및 온도에 영향을 받았는데, 잘산 수용액의 경우 20% 농도에서는 가온상태에서도 금속성분의 패턴이 잔존하나 25%, 30% 질산수용액은 75℃에서 우수한 용출특성을 나타내었다.

도 4a 및 도 4b에는 질산 수용액을 사용할 경우, 온도와 시간에 따른 인듐성분의 용출율을 비교한 시험결과를 나타내었다. 이것은 열처리된 액정패널의 산수용액 용출 전·후의 대표 금속 용출특성을 ICP를 이용해 정량분석한 결과로서 75℃ 질산 수용액(30%) 환경에서 30분 동안 용출시 최대 95% 까지 인듐성분이 용출되었다.

용출 효율을 높이기 위해서 바람직하게는 왕수 등의 혼합산 수용액을 사용할 수 있는데, 왕수를 사용할 경우 인듐(Indium)은 용출전 209ppm이 용출후 0.8ppm으로 감소하였고, 주석(Tin)은 40.2ppm에서 0.4ppm으로 감소하여 액정패널상에 존재하는 주요 금속성분을 99% 이상 제거할 수 있었다.

이러한 방법에 따라 금속 성분이 제거된 원료물질은 고순도의 액정 패널용 유리 제조를 위한 글래스 원재료로 이용이 가능하다.

한편, 상기에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 기술적 특징이나 분야를 이탈하지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백한 것이다.

상술한 바와 같은 액정표시장치 패널의 재활용 방법에 의하면, 폐액정표시장치로부터 우수한 물성을 가지는 원료물질을 용이하게 얻을 수 있고, 이렇게 얻은 원료물질은 액정표시장치의 유리기판 제조용 원료물질로 이용되거나, 플라스틱 복합 성형체의 충전제로 사용되거나, 또는 제련공정의 융제(flux: 플럭스) 등으로 다 양하게 사용될 수 있다.

도 1은 종래기술에 따른 TFT-LCD의 구조를 나타내는 단면도이고,

도 2a 및 도 2b는 각각 본 발명에 따라 50∼100mm 크기 형태로 파쇄되고, 0.5∼2mm 크기로 미분쇄된 유리기판의 일례를 나타내는 사진이고,

도 3a 및 도 3b는 각각 본 발명에 따라 400℃와 500℃로 열처리된 유리기판의 상태변화를 나타내는 사진이고,

도 4a 및 도 4b는 각각 본 발명에 따라 25℃와 75℃의 질산 수용액으로 함침한 경우 인듐성분의 용출율을 나타내는 그래프이다.

Claims

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액정표시장치 패널로부터 유리기판을 분리하는 단계;

상기 분리된 유리기판을 일정한 크기로 파쇄하는 단계;

상기 파쇄된 유리기판 파쇄물을 480℃ 내지 550℃ 범위 내의 온도를 가진 가스로 열처리하는 단계;

상기 열처리된 유리기판 열처리물을 질산 수용액에 함침시키는 단계; 및,

상기 함침 수용액으로부터 금속성분을 제거하여 원료물질을 얻는 단계;를 포함하고,

상기 질산 수용액에 함침시키는 단계는,

상기 유리기판 열처리물을 75℃ 내지 90℃ 범위 내의 온도를 가지는 질산수용액에 함침시키고, 상기 질산수용액은 25% 내지 30%의 농도를 가지는 것을 특징으로 하는 액정표시장치 패널의 재활용 방법.
제3항에 있어서,

상기 얻어진 원료물질을 액정표시장치의 유리기판 제조용 원료물질로 이용하거나, 플라스틱 복합 성형체의 충전제로 사용하거나, 또는 제련공정의 융제(flux: 플럭스)로 사용하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치 패널의 재활용 방법.