KR101383129B1 - 폐 ｌｃｄ 글래스를 이용한 고주파용 자성체 및 그 제조 방법 - Google Patents

폐 ｌｃｄ 글래스를 이용한 고주파용 자성체 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

폐 LCD 글래스를 이용한 고주파용 자성체 및 제조 방법을 개시한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 폐 LCD 글래스를 이용한 고주파용 자성체는 폐 LCD로부터 재활용된 글래스의 유리분말을 Y-타입 자성재료와 건식법으로 혼합하여, 디스크 타입으로 그린 바디(green body)를 만든 후에 소정의 온도에서 일정시간 동안 소결한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, Y-타입 페라이트에 재활용된 글래스를 첨가제로 사용함에 따라, 유전특성의 주파수 안정성을 비약적으로 향상시킬 뿐만 아니라 유전특성의 상승, 투자율의 상승을 유도할 수 있는 효과를 가진다.

Description

폐 ＬＣＤ 글래스를 이용한 고주파용 자성체 및 그 제조 방법{HIGH FREQUENCY MAGNETIC SUBSTANCE USING A WASTE LCD GLASS AND METHOD THEREOF}
본 발명은 폐 LCD 글래스를 이용한 고주파용 자성체 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 자세히는 폐 LCD를 재활용한 글래스(GLASS)를 첨가제로 사용하여 대표적인 고주파용 자성체인 Y-타입(type) 페라이트(ferrite)에 적용함으로써 자기적 특성과 유전 특성의 변화를 유도할 수 있는 폐 LCD 글래스를 이용한 고주파용 자성체 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
잘 알려진 바와 같이, LCD 제품의 생산 증대로 인하여 LCD 폐유리의 발생량은 연간 150,000톤 이상에 이르고 있고, 더욱 급격하게 증가하고 있다.
통상 유리질 계통의 폐기물들은 자체가 지니는 물리화학적 특성으로 인하여 높은 재활용 가능성을 지니고 있음에도 불구하고 현재 경제성을 감안한 효과적인 재활용 기술의 미흡으로 전량 매립에 의해 처리하고 있다.
현재까지 개발된 폐유리를 재활용 하여 소재에 적용할 수 있는 방법은, 크게 회수된 유리를 분말화하여 타일 코팅소재(glass-ceramic) 및 발포유리로 사용하는 방법과, 유리를 컬릿화하여 야금 공정에 필요한 실리카 및 주물사 대체 재료로 사용하는 방법 등이 있다.
이와 같이, 일반적으로 LCD 제품의 기판 유리 재활용에 관한 연구는 LCD 패널의 분리, 파쇄, 산세척 등에 의해 불순물을 제거하여 적정입도의 유리를 재사용하는 방안, 그리고 시멘트가 SiO2, Al2O3, CaO, Fe2O3을 주요성분으로 한다는 점을 감안하여, 시멘트의 원재료와 LCD 폐유리의 혼합비를 조정 설계 후 시멘트 제조공정에 투입함으로 시멘트 클링커(clinker)를 제조하는 방안 등이 검토되고 있다.
이밖에도 폐 LCD 유리 분말에 발포제를 첨가하여 일정온도에서 소성시키는 방식으로 단열재용 발포유리를 제조하는 원료로의 사용 가능성이 제시되고 있으나, 전체에 걸쳐 기포조직의 균일성이 좋지 못하여 부분적인 과포화가 나타나는 부분 등은 아직 해결과제로 남아있다.
이밖에 폐유리의 재활용 방안으로 전자재료에 적용할 수 있지만, 이 경우, 제품의 특성 확보가 아직 검증이 되지 않은 단계이고, 제조 공정 또한 복잡하여 상용화가 되기까지는 좀 더 많은 연구가 필요한 수준이다.
LCD 패널을 유리의 재활용 관점에서 볼 때, 회수된 유리표면의 오염 문제, 고온의 용융온도를 갖는 유리 조성을 구분하여 회수하는 문제, 경제성 있는 적절한 처리공정 문제 등이 아직 해결되지 못하여 재활용에 큰 어려움으로 나타나고 있다. 또한 현재까지 개발된 재활용 방안은 제품의 특성 확보가 검증되지 않거나 제조 공정이 복잡하고 상용화까지 어려움이 많은 단계이거나, 부가가치 측면에서 만족스럽지 못한 수준이다. 따라서 유효자원회수 및 자원순환을 위해서는 보다 효과적이고 가능성 있는 실용화된 LCD 유리의 고부가가치 창출 방안이 필요하다.
이상과 같이 폐유리의 재활용 방안은 제조공정이 복잡하고, 제품의 특성 확보가 검증되지 않은 단계이거나 콘크리트와 같은 건축자재의 일부로 사용됨으로써, 종래의 가치보다 매우 떨어지는 영역으로 연구되는 실정이다.
이러한 실정에서, 외국에서는 사용후 LCD에 대해 자원회수 및 재자원화 측면에서의 재활용 공정을 개발하는 연구들을 활발하게 하고 있으며, 특히 WEEE와 같은 환경규제를 피하기 위한 다양한 노력이 진행되고 있다.
한편 데이터통신, 화상통신, 산업기술의 디지털화 등 정보의 대용량화 및 고속화 요구에 응하여 유전체 및 자성체를 비롯한 전자재료의 사용 주파수가 고주파화 되어가고 있다.
또한, 최근 정보통신기술의 발전으로 MLCI(multi-layer chip inductor)나 MLCB(multi-layer chip beads)같이 고주파대역에서 사용가능한 연자성 칩소자 자성체에 대한 연구가 활발히 진행중이다.
종래에는 초기 원료의 일부를 치환하거나, 초기 원료에 첨가물을 첨가 및 혼합하여 고주파용 소자 효율을 높이려는 시도가 있었고, 상형성을 저해하지 않으며 자기적 특성을 개선하기 위하여 금속이온을 첨가하거나 금속이온몰비를 다양하게 변화시키는 등의 시도가 있었다.
대표적인 고주파용 소자인 Y-타입 육방정계 페라이트(Y-type hexagonal ferrite)는 1950년대 발견된 이래로 면자기 이방성으로 인하여 기존의 스피넬 페라이트(spinel ferrite) 보다 높은 컷-오프(cut-off) 주파수를 가짐으로써 고주파대역에서 우수한 자기적 특성을 나타낸다고 보고되었다.
이러한 Y-타입 육방정계 페라이트의 제조 시, 소자 효율을 높이기 위하여 상기와 같은 종래의 기술을 도입할 경우 초기 원료의 일부를 치환하기 위해 추가공정을 실시해야 하는 번거로움이 있고, 상형성 저하, 소결온도의 변화 등의 문제를 수반하게 되므로, Y-타입 육방정계 페라이트의 고주파용 소자의 효율을 높이기 위해서는 유전율, 유전 손실, 투자 손실 등의 제어기술이 필요한 실정이다.
이에 따라 Y-타입 육방정계 페라이트를 반도체 칩소자용 연자성재료로서 사용하기 위해 주파수 대역별 전기적 특성값을 제어할 수 있다면 좀 더 다양한 분야로 응용이 가능할 것이다.
발명의 배경이 되는 선행기술로서 검색되는 특허문헌 1은 폐 LCD 유리를 재활용하는 방안으로서, 폐LCD 유리로부터 유가물인 인듐 및 주석성분을 추출하는 한편 유리상의 고체 잔유물로부터 저열팽창성과 고강도의 무기질 발포체를 제조하는 방법 및 그 방법에 의해 제조된 저열팽창성과 고강도를 지닌 무기질 발포체가 개시된다.
또한 특허문헌 2는 폐 비정질 세라믹스 분말이 함유된 고강도 파일 혼합재에 관한 것으로, 제품품질의 안정성 및 장기 강도 등의 내구성이 개선된 고품질의 콘크리트 파일을 생산하기 위한 것을 개시하고 있다.
(특허문헌 1) 한국특허출원 제10-2009-0089034호(
(특허문헌 2) 한국특허출원 제10-2009-0089047호( 없음
따라서, 본 발명의 목적은 재활용한 글래스를 첨가제로 사용하여 대표적인 자성체인 Y-타입 페라이트에 적용하여 자기적 특성과 유전 특성의 변화를 유도할 수 있는 폐 LCD 글래스를 이용한 고주파용 자성체 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위해서 본 발명의 일 관점에 따른 폐 LCD 글래스를 이용한 고주파용 자성체 및 그 제조 방법은 폐 LCD로부터 재활용된 글래스의 유리분말을 Y-타입 자성재료와 건식법으로 혼합하여, 디스크 타입으로 그린 바디(green body)를 만든 후에 소정의 온도에서 일정시간 동안 소결한다.
상기 재활용된 글래스는 폐 LCD 패널의 전처리공정으로 1차 열충격(thermal shock)를 이용한 편광필름의 분리와, 2차 유리기판의 파분쇄를 통한 컬릿화 과정으로 얻어진 유리분말일 수 있다.
이때 상기 열충격은 플래시 어닐링 방식을 사용하여 상기 폐 LCD 패널에 온도를 인가하고, 상기 컬릿화는 롤 크러셔(roll crusher)를 이용하여 컬릿화 시킨 후, 플래너터리 밀링(planetary milling)을 이용하여 상기 유리분말을 획득할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 Y-타입 자성재료는 Ba2Co2Fe12O22 일 수 있다.
상기 자성체는 주파수에 따라 전기적 특성의 변화가 유도되고, 상기 첨가된 재활용 글래스의 양에 따라 주파수 안정성이 향상되며, 자기적, 유전 특성의 변화가 유도될 수 있다.
이때, 상기 주파수는 100-4000MHz 대역일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, Y-타입 페라이트에 재활용된 글래스를 첨가제로 사용함에 따라, 유전특성의 주파수 안정성을 비약적으로 향상시킬 뿐만 아니라 유전특성의 상승, 투자율의 상승을 유도할 수 있고, 또한 이를 이용하여 폐 LCD로부터 고부가가치를 갖는 고순도 유리를 재활용하고, 고주파용 자성재료 개발이 가능한 효과를 가진다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 폐 LCD 글래스를 이용한 고주파용 자성체의 유전 및 자성 특성의 변화를 나타내는 그래프이고,
도 2는 1GHz에서 첨가된 글래스 양에 따른 자성체의 유전 및 자성 특성의 변화를 나타내는 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예들을 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서, 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운영자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 폐 LCD 글래스를 이용한 고주파용 자성체는 폐 LCD로부터 재활용된 글래스의 유리분말을 첨가제로서 Y-타입 자성재료와 건식법으로 혼합한 것이 특징이다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 재활용된 글래스의 유리분말은 폐 LCD 패널의 전처리공정으로 1차 열충격(thermal shock)를 이용한 편광필름의 분리와, 2차 유리기판의 파분쇄를 통한 컬릿화 과정으로 얻어질 수 있다.
열충격을 위하여 패널에 온도를 인가하는 방식은 이미 목적온도에 맞추어 놓은 로(furnace) 내부에 일정시간 동안 패널을 넣었다가 다시 꺼내는 플래시 어닐링(flash annealing) 방식을 사용하였고, 상기 과정을 거쳐 편광필름이 제거된 폐 LCD 유리를 얻었다.
이어서, 편광필름이 분리된 폐LCD 유리를 롤 크러셔(roll crusher)를 이용하여 컬릿화 시킨후, 플래너터리 밀링(planetary milling)을 이용하여 유리 분말을 평균 10μm이하의 사이즈로 균질하게 획득하였다.
이상과 같이 재활용된 폐 LCD 글래스의 유리분말을 Y-타입 육방정질 페라이트로서의 Ba2Co2Fe12O22 자성재료와 건식법을 이용하여 각각 0.5wt%, 1.0wt%, 1.5wt%, 2.0wt%, 2.5wt% 씩 혼합하여, 디스크 타입으로 그린 바디(green body)를 만든 후에 1220oC에서 3시간 동안 소결하였다.
최종적으로 만들어진 자성재료의 특성값은 아래 표 1과 같다. 이와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 고주파용 자성체의 측정은 100-4000MHz 대역에서 실시하였으며, 주파수에 따른 특성값 변화를 도 1 및 도 2에 나타내었다.
Permittivity Dissipation factor (%) Permeability loss (%)
Ba 2 Co 2 Fe 12 O 22
+ Used Glass 0.0 wt% 		14.1271 0.0764 1.7431 0.0341
Ba 2 Co 2 Fe 12 O 22
+ Used Glass 0.5 wt% 		14.8828 0.0065 1.7815 0.0446
Ba 2 Co 2 Fe 12 O 22
+ Used Glass 1.0 wt% 		16.5857 0.0092 1.7985 0.0577
Ba 2 Co 2 Fe 12 O 22
+ Used Glass 1.5 wt% 		16.34 0.0219 1.9192 0.0883
Ba 2 Co 2 Fe 12 O 22
+ Used Glass 2.0 wt% 		17.6517 0.0270 1.8703 0.0907
Ba 2 Co 2 Fe 12 O 22
+ Used Glass 2.5 wt % 		15.7467 0.0274 1.7444 0.0881
이상과 같이 본 발명의 고주파용 자성체의 자성재료는 1GHz 대역에서 재활용된 글래스(glass)를 첨가할 때 모조성에 비해 향상된 특성값들을 보였다.
특히 유전특성(유전율, 유전손실)의 경우, 주파수에 따라 특성값의 변화가 전범위(100MHz-4GHz)에 걸쳐, 유전율의 경우 17%, 유전손실의 경우 80%정도 차이가 났는데, 글래스(glass)를 첨가할 경우, 주파수 안정성이 비약적으로 향상 되었다. 다만 투자손실의 경우 모조성에 비해 손실값은 상승했지만 모든 값이 0.1%이내의 안정적인 값을 나타내었다.
위 결과를 종합해 보면 Y-타입 페라이트에 재활용된 글래스(glass)를 첨가제로 사용할 경우 유전특성의 주파수 안정성을 비약적으로 향상시킬 뿐만 아니라 유전특성의 상승, 투자율의 상승을 유도할 수 있을 것으로 판단된다. 이를 이용하여 폐 LCD로부터 고부가가치를 갖는 고순도 유리를 재활용하고, 고주파용 자성재료 개발이 가능할 것으로 예상된다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 폐 LCD 글래스를 이용한 고주파용 자성체 및 그 제조 방법의 하나의 바람직한 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않는 것이므로, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

Claims (7)

  1. 고주파용 자성체의 제조 방법으로서,
    폐 LCD로부터 재활용된 글래스의 유리분말을 Y-타입 자성재료와 건식법으로 혼합하여, 디스크 타입으로 그린 바디(green body)를 만든 후에 소결하는
    폐 LCD 글래스를 이용한 고주파용 자성체의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 재활용된 글래스는
    상기 폐 LCD 패널이 전처리공정으로 1차 열충격(thermal shock)를 이용한 편광필름의 분리와, 2차 유리기판의 파분쇄를 통한 컬릿화 과정으로 얻어진 유리분말인
    폐 LCD 글래스를 이용한 고주파용 자성체의 제조 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 열충격은 플래시 어닐링 방식을 사용하여 상기 폐 LCD 패널에 온도를 인가하고,
    상기 컬릿화는 롤 크러셔(roll crusher)를 이용하여 컬릿화 시킨 후, 플래너터리 밀링(planetary milling)을 이용하여 상기 유리분말을 획득하는
    폐 LCD 글래스를 이용한 고주파용 자성체의 제조 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 Y-타입 자성재료는 Ba2Co2Fe12O22 인
    폐 LCD 글래스를 이용한 고주파용 자성체의 제조 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 자성체는 주파수에 따라 전기적 특성의 변화가 유도되고, 상기 첨가된 재활용 글래스의 양에 따라 주파수 안정성이 향상되며, 자기적, 유전 특성의 변화가 유도되는
    폐 LCD 글래스를 이용한 고주파용 자성체의 제조 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 주파수는 100-4000MHz 대역인
    폐 LCD 글래스를 이용한 고주파용 자성체의 제조 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 하나의 항에 따라 제조된 폐 LCD 글래스를 이용한 고주파용 자성체.
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특허와 논문으로 본 폐 디스플레이 재활용 기술 동향(한국자원리싸이클링학회, 자원리싸이클링지 제21권 제3호, 홍현선 외4인, 페이지65-73, 2012.6월 발행) *

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