KR101872535B1 - Ｌｃｄ 디스플레이로부터 유해 물질들의 제거 - Google Patents

Abstract

LCD 디스플레이(1)로부터 유해 물질들을 제거하는 공정은 패널(3) 정면 주위의 오프 세트 라인(10)들을 통한 인시전(incision)을 포함한다. 이후, 상부 성분들이 제거되어 유해 물질들을 포함하는 형광 튜브(5)들을 노출시킨다. 상기 인시전은 리세스 립들과 0 mm 내지 20 mm 범위의 거리를 두고 리세스 립들과 평행하다. 베어낸 자국들(cuts)은 깊이가 20 mm 내지 50 mm이다. 바람직하게는 적어도 2 개의 인시전들이 동시에 형성된다. 상기 형광 튜브(5)들은 엑세스(access) 조작 이후에 롤러들, 체인들 또는 플레이트들에 의하여 분쇄된다. 분쇄하는 동안 배출된 입자 및 가스를 흡입하여, 여과를 통해 유해 물질들을 제거할 수 있다.

Description

ＬＣＤ 디스플레이로부터 유해 물질들의 제거 {Removal of Hazardous Substances from LCD Displays}

본 발명은 평판 스크린 액정 디스플레이("LCD")로부터 유해 물질들의 제거에 관한 것이다.

LCD는 통상적으로 액정 패널, 금속 프레임, 필터 쉬트들, 수은을 함유하는 냉 음극 형광 튜브들(CCFT들), 인쇄 회로 기판들, 마운팅 프레임들, (알루미늄 또는 강철로 이루어질 수 있는) 백라이팅 프레임(backlighting frame) 및 플라스틱 캐이싱(plastics casing)을 포함한다.

수명이 다한 폐 전자·전기 제품(WEEE)의 통상적인 처분 방법은 매립 또는 소각이며, 문제는 이 두 가지 유형 모두와 연관되어 있다. 양쪽 모두 고가이며, 대기 중으로 잠재적인 배출(지구 온난화), 수질 오염 및/또는 생분해의 곤란성을 유발한다.

LCD의 폐기 처분은, LCD가 백라이팅 장치 내에 매우 유해한 물질인 수은을 함유하고 있기 때문에 특히 문제가 된다. 또한, LCD는 (현재 독성 연구중인) 액정과 독성 난연 첨가제를 함유할 수 있는 플라스틱과 같은 기타 다른 잠재적으로 유해한 물질들 및 납을 함유할 수 있는 인쇄 회로 기판들을 함유할 수도 있다.

그러므로, 전통적인 처분 방법은 폐 LCD의 취급에는 적합하지 않다. 예를 들면, 액정과 같은 LCD 성분들의 소각으로 인하여 화합물의 유형 및 존재하는 난연제의 수준 또는 유형에 따라, 다이옥신류 및 퓨란류 등의 독소가 배출될 수 있다. 다른 한편으로는, 폐 LCD의 매립의 환경적 영향은 유해 물질들의 토양으로의 잠재적인 침투이다.

유럽 위원회는 2003년 2월 13일의 폐 전기·전자 제품에 관한 유럽 의회 및 위원회 지침 2002/96/EC(WEEE 지침)에서 100 cm² 초과 면적을 갖는 폐 LCD 패널들의 분리를 요구하고 있다. 상기 지침은 특히 스위치 또는 백라이팅 램프와 같은 WEEE 폐 성분들로부터 나오는 수은-함유 물질, 제제 및 성분들의 제거를 요구하고 있다.

이러한 상황하에서, 종래 처리 방법은 재고되어야 한다. LCD의 파쇄(shredding)는 LCD가 단편된 폐기물 흐름(shred waste stream)을 오염시킬 수 있는 수은을 함유하고 있기 때문에 비효과적인 것으로 판명되고 있다. 파쇄 공정은 회수되는 물질들의 품질을 떨어뜨려서 폐기물 흐름의 가치를 떨어뜨리기도 한다. 조사연구에 따르면, 단편된 부스러기들로부터 전체 수은을 회수하는 것은 실용적이지 않다는 것을 보여주고 있다(평판 디스플레이 재활용 기술의 실증, 과제 코드: MDD014, 평판 패널 디스플레이 재활용 기술로의 실증 시도에 관한 최종 보고서, 2009 일자: 2010년 9월, WRAP-폐기물 및 자원 행동 프로그램 발행, 영국).

소각은 염소를 함유할 수 있는 액정의 잠재적 소각으로 인해, 다이옥신류 및 퓨란류의 발생, 이에 따른 매립이 필요한 회분의 생성 및 잠재적으로 시장 가치가 있는 물질들의 손실을 포함하는 관련 문제점들이 있다. 건식 야금 및 정련 조작은 금속 함유분만 재활용되고 잔여분은 매립되기 때문에 LCD 전체를 처리하는 데는 장려되지는 않는다.

수동 분해는 플라스틱 덮개, 인쇄회로기판(PCB), 케이블, 스피커 및 장착 프레임의 해체 및 분리, 광 박스 유닛, 유리, 확산판 쉬트 및 퍼플렉스 블록(perplex block)의 분해 및 최종적으로는 형광 튜브의 분해와 분리를 포함하고 있기 때문에 느리고 노동집약적인 공정이다. 형광 튜브는 손으로 제거해야 하기 때문에 작업자들이 수은에 노출되지 않도록 특별한 주의를 기울여야 하는데, 이는 달성하기가 극히 어려운 것이다.

로봇공학을 이용한 전자동 분해는 극히 고가의 옵션으로서, 복잡하고 고도로 구성가능한 로봇공학을 필요로 한다.

CN101209453 A는 LCD 디스플레이의 조립부에서 LCD의 측면들을 절단함으로써 LCD 디스플레이를 분해하는 방법을 개시한다. 상기 방법은 LCD를 두 부분; 즉, LCD 패널의 유리로 불리는 부분과 패널의 백라이트 주형으로 불리는 부분(알루미늄/철 갑판(iron shell), 형광 튜브 및 필터 시트를 포함)으로 분리한다. 그러나, 백라이트 주형으로부터 형광 튜브를 더 분해하고 제거하기 위해서는 수동 분해가 요구된다.

평면 패널 디스플레이(FPD)를 분해하는 다른 방법이 미국 특허출원 공개 제 2004/0002276 A1호에 개시되어 있는데, 프릿 유리에 접합된 프레임 일부를 나머지 부분들과 분리하기 위하여 정면판 및 후면판의 절단부가 기재되어 있다. 이런 유형의 디스플레이는 통상적으로 '플라즈마 디스플레이', '진공 형광 디스플레이', '표면 전도형 전자원 디스플레이(surface conducting type electron source displays)', '전계 방출 전자원 디스플레이'이며, 이들은 유해한 것으로 간주되어 디스플레이를 위해 제거되어야 되는 '납된 유리'를 상당 부분 함유하고 있다. 본 명세서에 기재된 방법들은 LCD 디스플레이로부터 유해 물질들을 제거하는 데는 적합하지 않는 것으로 보인다.

취성 물질로 제작된 제 1 모기재의 정면 및 후면의 분리방법은 미국 특허출원 공개 제 2004/0040997 A1호에 기재되어 있다. 본 개시물은 취성 물질을 절단하고 디스플레이 전체로부터 유리 패널을 제거한 이후에 스크라이빙(scribing) 및 브레이킹(breaking) 공정에 의한 유리 패널의 포스트-브레이크다운(post-breakdown)과 관련되어 있다. 그러나, LCD 및 플라즈마 디스플레이에 존재하는 유리 패널은 우선 디스플레이로부터 제거되어야 한다. 본 명세서는 LCD로부터 유해 물질의 제거방법을 기재하고 있지 않다.

따라서, 본 발명은 LCD 디스플레이로부터 유해 물질을 제거하는 개선된 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따르면, 하기 단계를 포함하는, 유해 물질을 제거하기 위한 LCD 디스플레이의 처리 공정이 제공된다:

디스플레이의 프레임의 정면부내의, 정면 패널 주위에서 연장된 인시전 라인들에서 절개하는 단계,

형광 튜브들을 노출시키기 위하여 정면 패널을 포함하는 LCD 디스플레이의 구성요소들을 제거하는 단계, 및

그 자리에서(in situ) 상기 형광 튜브들을 분쇄하고 상기 튜브 분쇄로부터 발생하는 입자 및 가스를 흡입에 의하여 제거하는 단계.

다른 측면에 따르면, 본 발명은 디스플레이의 프레임의 정면부 내의, 정면 패널 주위에서 연장된 인시전 라인들에서 절개하는 수단, 형광 튜브들을 노출시키기 위하여 정면 패널을 포함하는 LCD 디스플레이의 구성요소들을 제거하는 수단 및 그 자리에서 상기 형광 튜브들을 분쇄하는 수단을 포함하는, LCD 디스플레이로부터 유해 물질을 제거하기 위한 시스템 및 상기 튜브 분쇄로부터 발생하는 입자 및 가스를 흡입에 의하여 제거하는 추출 시스템을 제공한다.

일 실시예에 있어서, 상기 인시전들은 프레임과 정면 패널에 경계에 있는 리세스 립 (recessed lip)들과 평행하다. 일 실시예에 있어서, 상기 인시전들은 상기 리세스 립들로부터 0 mm 내지 30 mm의 범위의 거리에 있고, 바람직하게는, 상기 거리가 10 mm 내지 20 mm의 범위에 있으며, 바람직하게는, 상기 인시전들이 상기 프레임의 상부면으로부터 20 mm 내지 50 mm의 깊이에 있다. 바람직하게는 적어도 2 개의 인시전들이 동시에 형성된다.

일 실시예에 있어서, 비전 시스템(vision system)은 블레이드들의 로케이션(location)을 안내한다. 바람직하게는, 프로브 또는 센서의 병진 운동(translational movement)은 인시전 도구의 로케이션을 안내한다. 일 실시예에서, 기준 블록, 즉 데이텀 블록(datum block)은 인시전 도구의 로케이션을 안내한다.

일 실시예에서, 롤러는 분쇄용으로 사용된다. 다른 실시예에서, 왕복 플레이트들(reciprocating plates)은 분쇄용으로 사용된다. 일 실시예에서, 회전 부재들은 분쇄용으로 사용된다. 일 실시예에서, 브러쉬들(brushes)은 분쇄용으로 사용된다.

일 실시예에서, 상기 LCD 디스플레이는 상기 공정의 적어도 일부가 진행되는 동안에 캐리어 파렛트(carrier pallet) 상에 반송(convey)된다. 바람직하게는, 상기 캐리어 파렛트는 LCD 디스플레이의 다른 구성을 수용하는 형상 기억 베이스(shape-memory base)를 포함한다. 일 실시예에서, 상기 캐리어 파렛트는 상기 LCD 디스플레이를 파지하는 피스톤을 포함한다. 일 실시예에서, 상기 LCD 디스플레이는 상기 공정의 적어도 일부가 진행되는 동안에 데이텀 블록상에 반전(upside-down)되어 반송되고, 바람직하게는 분쇄가 추출 깔대기 상에서 수행된다.

일 실시예에 있어서, 상기 분쇄는 추출 덕트(duct) 쪽으로 입자 및 가스를 불어내는 공기 송풍기로 수행된다.

일 실시예에서, 튜브들의 처리 이후에 남아있는 구성요소들은 분쇄 및 재활용에 의하여 처리된다. 일 실시예에서, 잔류 철 성분이 포함된 금속의 파쇄(shred) 및 자기적 추출이 수행된다.

본 발명은 첨부한 도면들을 참조한 예에 의하여 제시되어 있는 일부 실시예들에 관한 하기 설명으로부터 더 명백히 이해될 것이다:
도 1은 본 발명의 공정 동안에 인시전 로케이션들을 도시하는 LCD의 개략적인 단면 평면 장측 도면이며, 도 2는 절개된 로케이션들도 도시하는 단면 단측면도이다.
도 3은 상기 공정의 제 1 단계 동안에 인시전 로케이션들을 더 상세히 도시하는 개략도이고, 도 4는 두 개의 제 1 동시 인시전들을 도시하고, 도 5는 다른 두 개의 동시 인시전들을 도시하고, 도 6은 형광 튜브들을 노출시키기 위하여 인시전 뒤의 정면 구성요소들을 제거한 이후의 디스플레이를 도시하며, 도 7은 상기 튜브들의 분쇄 및 입자 및 가스의 흡입 이후에 남아있는 구성요소들을 도시한다.
도 8은 인시전용의 반송 배열을 도시하는 측면도이고, 도 9는 LCD 디스플레이용 캐리어 파렛트의 개략적인 측면도이고, 도 10은 양 측면을 따라 인시전을 도시한 개략적인 사시도이고, 도 11은 인시전을 위해 상기 LCD를 정확히 위치시키는 위치 결정 장치를 도시하는 한 쌍의 도면이며, 도 12는 인시전 및 분쇄를 아래로부터 도시하는 다른 반송 배열의 측면도이다.
도 13 및 14는 롤러가 사용된 튜브 분쇄를 도시하는 정면도 및 측면도이다; 도 15는 플레이트들을 이용하는 튜브 분쇄를 도시하는 사시도이다;
도 16은 회전 체인들을 이용하는 분쇄를 도시하는 정면도이다; 그리고
도 17은 튜브들을 제거한 이후에 남아있는 구성요소들의 분쇄를 도시하는 도면이다.

도 1 내지 5를 참조하면, LCD(1)는 PCB 상에 프레임(2), 액정 패널(3), 퍼스펙스(Perspex) 층(4), 냉 음극 백라이팅 형광 튜브(5)들 (수은 함유), 후면 인클러져 쉘(enclosure shell: 6), PCB 장착 프레임(7) 및 회로(8)들을 갖는다. 도 1은 상기 형광 튜브(5)들이 상기 LCD의 가장자리에 평행한 LCD 디스플레이의 장측을 통한 단면도를 도시한다. 도 2는 상기 형광 튜브(5)들이 상기 가장자리에 직교하는 LCD 디스플레이(1)의 단측을 통한 단면도를 도시한다.

상기 공정에서 수은-함유 튜브(5)들 및 액정 패널(3)이 처음부터 완전히 제거되어 있으며, 이들은 유럽 WEEE 지침과 같은 표준에 따라 처리된다. 이에 따라, 도 6에 도시된 바와 같이 형광 튜브(5)들이 노출된다. 이후, 상기 튜브(5)들은 밀봉된 환경에서 입자 및 가스 추출되면서 제자리에서 분쇄되어 유해 물질들이 광범위하게 제거된다. 상기 프레임과 같이 도 7에 도시된 남아 있는 구성요소들은 이후 종래 방식으로 처리된다.

상기 공정은 상기 LCD로부터 제거된 유해 물질들의 양에 대하여 정량 가능한 계산을 제공하여, 이 수치가 단위/디스플레이당 예상되는 것과 일치하는 것을 확인할 수 있다. 이는 수은이 상기 LCD로부터 모두 제거되었으며 환경에 대한 위협이 효과적으로 제거되었음을 입증하는 것이다. 원자 형광 분광법 및 원자 흡수 분광법과 같은 기법을 이용하여 복수개의 다양한 구성요소들을 설정하고 있는 진공 추출 시스템의 필터들을 분석한다.

상기 공정은 상기 프레임(2) 및 액정 패널(3)의 리세스된 가장자리들로부터 0 mm 내지 30 mm 및 가장 바람직하게는 10 mm 내지 20 mm 범위의 거리로, 상기 프레임(2)의 상부면으로부터 20 mm 내지 50 mm의 깊이로 인시전을 제작함으로써 상기 디스플레이(1)의 정면의 특정 부위를 절개하는 초기 단계를 포함한다. 4 개의 상기 인시전 라인(10)들이 도 1 내지 도 3에 도시되어 있다. 이러한 단계들이 도 5 및 도 6에 도시되어 있다. 인시전 로케이션은 상기 LCD를 분해하지 않지만 상기 LCD가 디스플레이의 정면 부분을 절개하는 동안에 손상되지 않은 상태가 되도록 구체적으로 선택된다. 절단된 물질은 제거되고 디스플레이의 후위에서 CCFT 튜브(5)들이 노출된다.

상기 공정은 롤러(도 13 및 도 14), 분쇄기 플레이트들(도 15), 회전 체인들(도 16) 또는 회전 나일론 장치를 이용하여 노출된 형광 튜브들을 분쇄하는 단계도 포함한다. 유리, 수은 및 형광 분말의 혼합물로 이루어진 분쇄된 부스러기는 압력 하에서 상기 시스템으로부터 배출되며, 유리, 수은 및 분말은 여과 시스템을 이용하여 분리된다. 상기 형광 튜브들의 분쇄 조작이 진행되는 동안에 상당한 힘이 디스플레이에 가해지면서 상기 형광 튜브들의 분쇄 조작을 보조하는 인시전 단계 이후에 LCD 디스플레이 구조가 손상되지 않고 유지되는 것이 중요하다. 따라서, 상기 인시전 로케이션이 매우 유리하다. 연구에 따르면 X/Y 방향에 있어서나 깊이에 있어서 상기 로케이션 범위 내의 로케이션에 있는 인시전은 인클로져 쉘이 손상되지 않으면서 상기 튜브(5)들이 차후에 완전히 제거될 수 있는 수은 함유 튜브에 직접적으로 접근하게 된다. X/Y 방향에 있어서나 깊이에 있어서 명기된 범위 하의 일 로케이션에서 인시전으로 인하여 유리 패널이 파괴되고/되거나 CCFT 튜브(5)들의 때이른 파손이 발생하게 된다. X/Y 방향에 있어서나 깊이에 있어서 명기된 범위를 벗어난 로케이션에서 인시전으로 인하여 LCD 구조가 파괴되어, 차후 튜브 제거를 불가능하게 한다. 얕은 인시전은 CCFT튜브(5)들을 노출시키기 위한 물질의 제거에 충분하지 않다.

LCD의 잔여분을 손상하지 않도록 하면서 상기 유해 물질들의 조기 제거는 많은 장점들이 있다. LCD들이 여전히 손상되지 않기 때문에, 이들이 추가 처리 단계들을 위한 전달과 이동이 용이하다. 파쇄는 상기 유해한 물질들이 제거됨에 따라 실행 가능한 옵션이며, 진정으로 본 발명의 공정은 남아있는 구성요소들의 대규모 파쇄 조작을 위한 예비-처리 단계로 채용될 수 있다.

전체 CCFT 튜브(5)들을 제거함으로써, WEEE 지침의 요건들이 충족될 뿐만 아니라 상기 튜브들 내에서 코팅으로 존재하는 형광 분말과 같은 유해 물질들이 제거되어, 환경에 유익하다.

상기 공정은 밀봉된 유닛 내에서 수행되며, 수동적인 상호작용을 필요로 하지 않은 정도로 자동화되어 있다. 분쇄 조작은 진공 하에서 수행되며, 수은 증기를 포함한 모든 유해 물질들이 즉시 제거되어, 재활용 시설의 작업자들에게 노출되는 것을 방지하거나 임의의 오염물질들이 대기 중으로 들어가는 것을 방지하게 된다. 상기 유해 물질들은 안전하게 분리되며 적당한 밀봉된 용기 내에 저장된다. 수거된 물질들은 완전히 가단성이 있으며 X-선 형광(XRF) 또는 에너지 분산 X-선 분석(ED AX), 원자 형광 분광법(AFS) 및 원자 흡수 분광법(AAS)과 같은 표준화된 기법을 이용하여 필요에 따라 정량 및 정성 분석용으로 이용 가능하다.

상기 인시전 조작은 크기와 제작에 관계없이 모든 유형 및 변형된 유형의 LCD 디스플레이들과 상용 가능하다. 상기 형광 튜브(5)들은 제거되며, 상기 튜브들을 분쇄하는 방향으로 구동하는 롤러, 체인 또는 일련의 플레이트들을 사용하여 분쇄된다. 통합 진공 시스템은 분쇄된 유리와 수은을 빨아들여서, 이제 적당한 용기들 내에서 분리된다.

유해 물질들을 제거함으로써, 상기 LCD는 예를 들면, 유압 프레스를 이용하여 상기 LCD 디스플레이들의 수동 분리-나사풀기, 파쇄 또는 사이클론성 강력(cyclonic) 파괴 및 분류, 압착을 일체화하여 남아있는 구성요소들을 효과적으로 튀어나오게 할 수 있는 추가 처리를 위한 준비가 되어 있다. 상기 선택된 방법은 개별 재활용기의 요건들 및 요구되는 분해의 정도에 의하여 결정될 것이다.

인시전 조작들 (도 1 내지 도 5 및 도 8 내지 도 12)

도 8을 참조하면, 컨베이어(20)는 진공 추출중인 밀봉된 챔버 내에서 제 1 및 제 2 인시전 스테이션들(21 및 22)과 분쇄 스테이션(23)을 통해 수직 (up-right)위치(LCD가 위쪽을 향함)로 캐리어(30) 내에서 LCD 디스플레이(1)를 반송 (convey)한다. 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 캐리어(30)는 아래에 형상 기억 폼(31) 및 상기 디스플레이(1)의 파지를 위한 피스톤(32)을 갖는다. 도 10은 제 1 절단 조작용의 평행 절단 블레이드(35)들의 조작을 도시한다. 상기 블레이드들은 스테이션(22)에서 제 2 절단 조작을 위해 수직 방향으로 놓여 있다. 도 11은 상기 디스플레이(1)의 리세스된 가장자리와 맞물려 있으면서 인사이징 블레이드들과 정렬되어 있어 차후 인시전 조작을 위해 상기 LCD의 위치를 정확하게 결정할 수 있는 하드 스톱(hard stop: 41)에 의하여 결정된 로케이션으로 LCD 전체를 활강시키고 있는 그리퍼 암(42)을 구비한 그리퍼 부(40)를 도시한다.

다른 실시예는 도 12에 도시되어 있으며, 여기서 LCD들은 데이텀 블록에 수동으로 로딩된다. 데이텀 블록들은 모든 디스플레이 크기에 이용가능하며 상기 블록은 LCD 디스플레이의 리세스된 가장자리의 내부에 들어맞게 된다. 상기 데이텀 블록은 상기 공정을 통해 반전된 위치(즉, LCD가 아래로 향함)로 LCD를 전달할 것이다. 상기 데이텀 블록은 컨베이어 또는 체인 컨베이어 시스템을 이용하여 이동될 수 있다. 상기 데이텀 블록 위치는 고정된 절단 블레이드들과 자동으로 정렬되어, 상기 블록의 상단에 위치한 LCD의 정확한 로케이션에서의 절단을 보장하게 된다. 상기 데이텀 블록상의 LCD는 제 1 및 제 2 인시전 스테이션들(51 및 52)이 아래로부터 접근할 수 있게 하는 컨베이어(50) 상의 시스템에 진입한다. 인시전들이 형성된 이후에, 상기 LCD는 스테이션(53)에서 기계 암들을 이용하여 들어 올려지며 인시전된 물질들을 포함한 데이텀 블록은 중력에 의하여 상기 컨베이어 내에 안착한 상태로 있게 된다. 상기 데이텀 블록과 인시전된 물질들은 이후 상기 공정으로부터 수동 또는 자동으로 제거될 수 있다. 이후, 상기 기계 암들에 의하여 잡혀진 LCD는 분쇄 스테이션(54)으로 전달되는데, 회전 체인들은 샤프트 상에서 회전하여 상기 인클로저 패널에 대하여 상기 LCD 내의 튜브들을 파손한다. 모든 부스러기는 중력에 의하여 하강하며 도 16에서 알 수 있는 바와 같이 하부에 위치한 추출 시스템 내에서 포획된다.

일련의 자동화된 인시전들은 정확히 위치하여, 상기 LCD 디스플레이의 정면의 특정 부분의 직접적인 제거를 가능하게 한다. 인시전 위치의 로케이션은 상기 공정에서 중요하다. 우리 연구를 통해 다른 제조회사들과 모델들의 LCD 디스플레이들에서 두 가지 일관성을 확인하였다. 유리가 상부 덮개와 만나는 리세스 립의 존재와 유리 스크린의 크기이다. 상기 LCD의 리세스 립에 평행한 일련의 4 개 인시전들 및 20 mm 내지 50 mm의 깊이 범위에서 상기 리세스 립으로부터 오프셋(off-set) 15 mm(0 mm 내지 30 mm의 작업 범위) 거리는 절단된 물질의 제거와 형광 튜브들의 즉각적인 노출을 가능하게 한다. 이는 크기 또는 변형에 상관 없이 상기 LCD가 자동으로 위치되고 인시전 될 인시전 및 물질 제거 셀을 자동화할 잠재성을 제공하는 것이다. 상기 인시전 공정 이후에, 절단된 물질은 바로 제거될 수 있으며 상기 CCFL 튜브(5)들은 이후 노출된다.

인시전 로케이션 및 깊이의 유효성을 조사하기 위하여, 상기 공정의 실험들을 수행하였다. 상기 LCD 디스플레이들은 벤치(bench)로 클램프 다운되었다. 상기 LCD 인시전 로케이션들은 리세스 립으로부터 측정되었고 LCD의 표면상에 마킹되었다. 직경 185 mm, 3500 RPM 및 약 16 mm/초 내지 19.3 mm/초(수동 이동 속도)의 블레이드 이동을 갖는 범용 TCT 블레이드를 이용하여 수동 작동되는 원형 톱을 본 실험들에서 사용하였다. 실험들을 통해 리세스된 가장자리로부터 LCD 디스플레이 프레임의 정면까지 50 mm 오프셋의 깊은 인시전은 분쇄를 위해 튜브 전체를 노출시킬 수 있다는 것을 밝혀 내었다.

LCD 부는 자동으로 위치되어 상기 인시전 블레이드들과 일치하여 원하는 인시전 로케이션들을 확보하게 된다. LCD 리세스 립은 기준점이며 인시전 블레이드들은 이 지점으로부터 통상 15mm만큼 오프셋되어 있다.

이러한 하나의 시스템은 위치결정 암이 위에서부터 아래로 구동되어 상기 유리 표면으로부터 예컨대, 5 mm의 설정 거리까지 구동하는 X/Y 이동 테이블로 구성되어 있다(도 11). 표면이 검출된 경우, 그리퍼 부(40)는 상기 그리퍼가 립의 상승된 렛지(ledge)를 파지할 때까지 x 방향으로 이동할 것이다. 그리퍼 암(42)은 하드 스톱에 도달될 때까지 상기 LCD를 셔틀을 가로질러 활강하게 된다. 이 하드 스톱은 블레이드들과 나란히 위치되어 상기 LCD 내의 정확한 인시전 로케이션들을 달성하게 된다. 공압 클램프들은 LCD 부를 고정한다.

또는, 립 검출은 레이저 변위 센서(주사), 근접 센서, 접촉 센서, 또는 저항 또는 용량 터치 센서를 사용하여 달성될 수 있다. 또한, 비전 시스템들 및 X-선 비전을 사용하여 LCD의 립을 검출할 수 있다. 디지털 카메라, 스마트 카메라 및 영상 처리 소프트웨어를 사용하는 기계 비전 시스템들을 사용하여 립 검출을 수행할 수 있다.

(상기 센서들 중 어느 하나에 의하여 결정된 바와 같이) 립 로케이션은 이후 LCD 부를 셔틀 상에 조정하여 블레이드들과 일치시키는 기계적 위치결정 시스템으로 공급된다. 상기 LCD 부는 이제 상기 셔틀상에서 제자리로 클램프되며 인시전 조작 준비가 된다. 높이 위치결정은 이전에 수행되지 않았다면 이 위치에서 수행될 수 있다.

상기 인시전 조작의 일 실시예는 셔틀 시스템의 위에 있는 스테이션상에 위치된 두 개의 평행한 블레이드들을 포함한다(도 10). 하나의 블레이드는 제자리에서 고정되어 이동하지 않는다. 제 2 블레이드는 변화하는 LCD 크기들에 대응하여 조정될 수 있다. 상기 셔틀 상에서 LCD 부가 인시전 스테이션으로 진입함에 따라, LCD 부는 상기 블레이드들을 통해 연속적으로 공급되고 이후 타 측에서 나타난다. 상기 블레이드들은 Z-방향으로 이동할 수 있으며 상기 공정에 있어서 필요한 시점에 상기 LCD와 맞물려서 상기 LCD의 정면상에서 정확한 인시전 패턴을 구현할 수 있다. 상기 셔틀상에서 상기 LCD 부의 이동으로 인해 방향들을 바꾸게 되고 제 2 위치결정 시스템으로 진입하게 되는데, 여기서 상기 LCD 부는 다시 다음 번 인시전 조작을 위해 위치된다. 상기 LCD 부는 이제 블레이드들의 제 2 세트 하에서 공급되어서 상기 블레이드들의 반대편에 나타난다. 상기 셔틀상의 상기 LCD 부의 이동은 방향들을 바꾸어 이제 분쇄 스테이션쪽으로 이동한다. 상기 분쇄 스테이션에 도달하기 전에, 절단된 물질은 수동으로 또는 자동화된 공정(예컨대, 흡입 컵들 또는 기계적인 그리퍼들)에 의하여 제거되어야 한다.

상기 인시전 조작의 다른 실시예는 컨베이어 시스템의 아래에 있는 스테이션상에 위치된 두 개의 평행한 블레이드들을 포함한다(도 12). 하나의 블레이드는 위치에서 고정되어 이동하지 않는다. 제 2 블레이드는 변화하는 LCD 크기들에 대응하여 조정될 수 있다. 이 방법을 이용하여 상기 LCD는 인시전 블레이드들과 자동으로 정렬되어 정확한 인시전 로케이션을 구현하는 데이텀 블록 내로 로딩된다. 상기 데이텀 블록 상에서 상기 LCD 부가 스테이션으로 진입함에 따라, 상기 LCD 부는 상기 블레이드들을 통해 연속적으로 공급되고 이후 타 측에서 나타난다. 상기 블레이드들은 Z-방향으로 이동할 수 있으며 상기 공정에 있어서 필요한 시점에 상기 LCD와 맞물려서 상기 LCD의 정면상에서 정확한 인시전 패턴을 구현할 수 있다. 컨베이어 상에서 LCD/데이텀 블록의 이동은 방향을 바꾸어 상기 제 2 인시전 조작을 위해 정렬하게 된다. 상기 LCD 부는 이제 블레이드들의 제 2 세트 상에서 공급되어서 상기 블레이드들의 반대편에 나타난다. 상기 분쇄 스테이션에 도달하기 전에, 절단된 물질은 제거되어야 하며, 이는 기계적 암들을 사용하여 상기 LCD를 들어올림으로써 달성된다. 상기 절단된 물질 및 상기 데이텀 블록은 중력에 의하여 상기 컨베이어 상에 머무르게 되고 이제 상기 시스템으로부터 제거될 수 있다. 상기 기계적인 암들에 잡혀져 있는 LCD는 이제 상기 분쇄 스테이션으로 전달된다.

분쇄 조작(도 6 및 7 및 도 13 내지 16)

실제적으로 상당수의 LCD들은 개봉되는 경우 파손된 튜브(5)들을 갖게 된다는 것을 알게 되었다. 따라서, 상기 튜브들을 포함하기 위한 노력으로, 상기 공정은 모든 오염물질들의 자취가 제거되도록 상기 튜브 물질을 분쇄하고 흡입하는 단계를 포함한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 인시전 및 물질 제거 단계들 이후에 상기 튜브(5)들로의 전체적인 접근이 있다. 도 13은 롤러(60)가 한번에 아래로 이동하여 상기 인클로저들(6 및 2) 내 그 자리에서 상기 튜브들을 분쇄하는 분쇄 단계를 위한 배열을 도시한다. 도 14에 도시된 바와 같이, 분쇄에 선행하여 공기 나이프 송풍기(61)와 상기 분쇄기(60)의 하류부분에 진공 추출기(62)가 있다. 도 15는 플레이트(71)들이 인클로저 쉘(6) 내에서 튜브(5)들 상에 아래로 향하는 힘을 가하는 다른 배열을 도시한다. 도 16을 참조하면, 상기 분쇄 조작의 다른 실시예는 상기 형광 튜브(5)들의 근처에서 스핀 하는 회전 샤프트(80) 상에 장착된 체인(81)들을 포함하고, 상기 체인들을 연장하여 상기 튜브(5)들과 접촉시킴으로써 이들을 작은 조각들로 분쇄할 수 있다. 부스러기는 중력에 의하여 상기 추출 부에 부착되어 있는, 아래에 위치된 깔대기로 하강한다.

상기 분쇄 조작은 수직 위치 또는 반전 위치의 LCD를 이용하여 수행될 수 있다. 도 13 내지 15는 수직 위치에서의 튜브 분쇄를 도시한다. 도 13 및 14의 실시예에서, 롤러는 상기 LCD의 개방면을 가로질러 밀쳐 져서, 그 내부에서 상기 튜브들을 분쇄하게 된다. 이 롤러는 X 및 Z 이동을 갖는 기계적 암 에 놓여있어서, 이는 아래방향의 힘을 가하고, 상기 인클로저 쉘의 표면을 가로질러 이동하고 상기 튜브들을 분쇄할 수 있게 된다. 상기 조작 이후에, 상기 롤러는 나머지 조작을 간섭하지 않도록 상기 LCD로부터 이격된 그 홈 로케이션으로 복귀할 것이다. 다음으로, 공기 나이프(61)는 모든 분쇄된 물질을 상기 인클로저 쉘(6)의 일측으로 몰아내는 공기 흐름을 발생시킨다. 이 지점에선, 상기 물질은 상기 진공 추출기(62)에 부착된 실린더형 깔대기에 의하여 상기 LCD로부터 추출된다.

도 16은 반전 위치로 놓인 상기 LCD를 도시한다. 체인들(81)이 구비된 상기 회전 샤프트(80)는 상기 LCD(1) 바로 아래에 위치하며 모터에 의하여 전력이 공급된다. 상기 샤프트는 X 및 Y 방향으로 횡단하여 이동하는 컨베이어상에 놓여있다. 상기 체인들은 상기 샤프트 상에서 고속으로 회전하며 상기 인클로저 쉘(6)에 대하여 상기 LCD 내의 튜브들을 파손하게 된다. 이후, 상기 공정은 모든 파손된 물질들 및 부스러기가 진공 추출 시스템에 연결되어 있는 상기 깔대기(83) 내로 하강함에 따라 중력-보조된다. 상기 모든 대안을 위해, 상기 분쇄 조작은 밀봉된 단위 내에서 수행된다.

상기 분쇄 조작 내에서, 인클로저 쉘(6)은 분쇄 도구가 상기 튜브들 상에 압력을 가하는데 필요한 서포트를 제공하며, 상기 인클로저 쉘(6)은 그 추출 이전에 상기 유해 물질들에 대한 오염 면적으로 작용하기도 한다. 상기 인시전 로케이션들은 상기 인클로저 쉘이 분쇄 조작에 대해 손상되지 않은 상태를 유지하도록 한다. 추출 및 여과를 위해 상기 인클로저 쉘(6) 내에 함유된 분쇄된 부스러기는 중력(도 16) 또는 공기 나이프의 조력(도 11, 13 내지 15)으로 진공 추출 셀쪽으로 전달된다. 부스러기가 일단 추출 셀로 들어가면, 최대 여과 수명 및 효율을 위해 목탄 흡수의 방법을 이용하여 수은 추출을 위한 산업 등급 여과 모듈을 통과한다. 상기 유닛은 효율적인 수은 여과가 되도록 모든 중요 여과 지점들에서 전체 음의 공기압 하에 있다.

추가 처리(도 7 및 17)

유해 물질들을 제거하여, 남아있는 구성요소들이 이제 재활용기의 요건에 의하여 결정될 추가 처리를 위해 준비 중에 있다. 이에 이용 가능한 공정들은 나사풀기, 파쇄 또는 사이클론성 강력 파괴 및 분류 공정에 의한 수동 분리, 및 압착을 포함한다.

파쇄 또는 사이클론성 강력 파괴 및 분류 공정들

유해 물질들이 이제 상기 LCD 디스플레이(1)로부터 제거됨에 따라, 파쇄(또는 파괴 공정들)은 이제 상기 LCD 디스플레이의 잔여분을 처리하는 옵션으로서 이용가능하다. 이 파쇄 및 분류 옵션은 WEEE를 다량 처리하는 대규모 재활용 설비들에 필수적이다. 파쇄는 폐기물 흐름들의 수은 오염의 위험 없이 환경 친화적 공정으로 이용될 수 있다. 상기 LCD의 초기 처리는 대략 60 초가 걸린다. 상기 공정에 있어서 이 지점에서 파쇄는 상기 LCD들의 잔여분을 높은 처리율로 처리하는 빠르고 효율적인 수단이다. 그러므로, 전체 공정은 극도로 속도가 빠르다. LCD가 초기 조작을 거친 후에, 이제 상기 파쇄 조작을 위해 전체 WEEE 폐기물과 혼합될 수 있다. 이는 재활용 공장의 효율을 현저하게 증가시키고 일반적인 WEEE 재활용기들이 LCD 재활용 시장으로 진입하도록 한다.

LCD 디스플레이의 잔여분의 압착 브레이크다운

도 17은 상기 LCD 디스플레이의 잔여분의 압착 브레이크다운을 도시한다. 상기 프레임(2)들은 유압 실린더(90)들 사이에서 수직으로 로딩된다. 복수개의 LCD 디스플레이들은 상기 유압 실린더들의 직경에 따라서, 나란히 적층될 수 있다. 이 조작은 상기 LCD의 프레임 및 덮개 구조를 붕괴한다. 상기 유해 물질들은 사전에 제거되고 상기 유리 패널에 의하여 제공된 정면 지지체도 제거됨에 따라, 외부 케이싱 및 프레임들이 붕괴되어, 가치가 있는 남아있는 프레임들과 인쇄 회로 기판들을 파쇄하고 노출하게 된다. 따라서, 본 공정은 고속으로 상기 LCD 디스플레이로부터 최대 구성요소들을 얻게 된다.

상기 공정 동안에 LCD 취급을 위해, 도 9는 Perspex™ 몸체를 갖는 캐리어(30)를 도시하며, 조정가능한 피스톤(32)을 사용하여 LCD(1)를 제자리에서 클램프한다. 파렛트(30)는 상기 LCD(1)가 LCD의 후면 덮개의 형상에 상관없이 상기 파렛트 내에서 평평하게 안착되도록, 두꺼운 형상 기억 폼(31)으로 적층된다. 조정가능한 피스톤에 대한 다른 클램핑 기구는 조작자가 활강시키고 클램핑하여 LCD를 고정할 수 있는 2 개의 가동 측면들을 갖는 파렛트이다. 토글 클램프들도 사용될 수 있다. 이 파렛트(30)는 셔틀 컨베이어 시스템상으로 구르게 된다. 따라서, 상기 파렛트가 안착 되는 상기 셔틀 및 상기 테이블의 바닥이 동일한 높이에 롤러 볼들의 베드(bed)를 갖는다. 상기 셔틀 상에 상기 파렛트/LCD 부의 높이 위치결정은 이 지점에서 조정될 수 있다. 이 셔틀 시스템은 전체 공정을 통해 대향 위치에서 상기 LCD/파렛트를 전달하는데 필요로 한다. 상기 처리 도구들(예컨대, 인시전 블레이드 및 분쇄 기구들)은 모두 컨베이어 시스템을 위로부터 오버행(over hang)하는 스테이션들 상에 위치된다. 도 15는 상기 파렛트 컨베이어 시스템을 위한 인시전 조작을 도시한다.

도 12는 LCD들을 재활용하는 이동하는 블록 컨베이어 시스템의 개략도이다. LCD(1)들은 데이텀 블록(45)상으로 수동으로 로딩된다. 데이텀 블록들은 모든 디스플레이 크기에 이용가능하며 상기 블록은 LCD 디스플레이의 리세스 립 내부에 들어맞게 된다. 상기 데이텀 블록(45)은 상기 공정 전체를 통해 반전된 위치(즉, LCD가 아래로 향함)로 LCD를 전달한다. 상기 데이텀 블록(45)은 컨베이어 또는 체인 컨베이어 시스템을 사용하여 이동될 수 있으며, 고정된 블레이드들과 함께 자동으로 배열되어, LCD의 정확한 로케이션 내에 상기 인시전이 상기 블록의 상부상에 위치하도록 한다.

상기 두 인시전 조작들이 수행된 이후에, 한 쌍의 평행한 기계적인 암들이 LCD(1)의 측면들의 아래에서 이동되고 상기 LCD를 위쪽으로 들어올리고 인시전된 물질들은 중력의 중량에 의하여 컨베이어 상에 남게 되고 저장 로케이션으로 반송된다. 분쇄 조작을 위해, 상기 LCD는 체인들이 인클로저 쉘에 대하여 튜브들을 파손하고 부스러기가 시스템으로부터 추출되는 회전하는 샤프트 상에서 기계적인 암에 의하여 반송된다.

본 발명은 상기 공정이 크기, 제작, 모델 또는 형상에 관계없이 임의의 유형의 LCD를 취급할 수 있기 때문에, 유해 물질들을 환경 친화적 공정으로 범용으로 제거하는 장점들을 달성한다. 상기 LCD 내에 포함되어 있는 약 70에서 100 개의 나사들을 나사풀기하는 문제는 우회된다. 유해 물질들을 제거하여 대규모 조작을 위한 하류의 파쇄 공정의 가능성을 허용한다. 통상적으로 잔류 물질의 51%를 초과하는 것이 철이기 때문에, 금속 자기 분리를 실행할 수 있다.

공정 이전에 분쇄된 형광 튜브들의 문제는 프레임들(6 및 2)이 사용되어 분쇄를 보조하기 때문에 효과적으로 처리된다. 상기 공정들은 유해 물질들을 제거함으로써 WEEE 지침의 요건들을 충족하고, 물질들의 75% 중량 회수율을 달성할 수 있다. 3단계 공정은 3 개의 LCD들이 한번에 처리되도록 하여 처리량을 3배로 한다.

LCD 내에서 많은 구성요소들이 오염되지 않은 폐기물 흐름들로서 현저한 가치를 갖기 때문에, 이 재활용 공정은 이러한 구성요소들의 안전한 회수를 보장한다. 예를 들면, 하류 공정들은 현저한 가치를 갖는 PCB 기판, 플라스틱 및 강철 금속 프레임들을 회수할 수 있다.

본 발명은 기재된 실시예들에 한정되지 않지만, 구성 및 상세함에 있어서 수정될 수 있다. 예를 들면, 하기 사항중 임의의 것을 인사이징 조작을 위해 사용한다. 블레이드, 밴드톱, 원형 톱, 절단 도구, 다이아몬드 블레이드, 다이아몬드 도구, 줄 (file), 유리 커터, 활톱, 작은 톱, 나이프, 레이저 커터, 밀링 커터, 플라즈마 커터, 톱, 해부용 메스, 전지가위, 스위치블레이드, 도구 비트들(tool bits), 라스(lath)용 회전 도구 및/또는 초고압 수류 절단기. 또한, 인시전 조작들이 진공하에서 수행될 수 있음이 고찰된다. 또한, 스틸(still) 브러쉬들을 사용하여 튜브들을 분쇄할 수 있다.

Claims (22)

1. 프레임, 형광 튜브 및 정면 패널을 포함하는 LCD 디스플레이로부터 유해 물질의 제거를 위한 LCD 디스플레이의 처리 공정에 있어서,
   상기 디스플레이의 프레임(2)의 정면부 내의, 정면 패널(3) 주위에서 연장된 인시전 라인(10)들에서 절개하는 단계;
   형광 튜브(5)들을 노출시키기 위하여 정면 패널(3)을 포함하는 LCD 디스플레이의 구성요소들을 제거하는 단계; 및
   그 자리에서(in situ) 상기 형광 튜브(5)들을 분쇄하고(60, 71, 81) 상기 튜브 분쇄로부터 발생하는 입자 및 가스를 흡입에 의하여 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 처리 공정.
   
2. 제 1 항에 있어서, 상기 인시전들은 상기 프레임(2)과 상기 정면 패널(3)에 경계에 있는 리세스 립들과 평행한 것을 특징으로 하는 공정.
   
3. 제 2 항에 있어서, 상기 인시전들은 상기 리세스 립들로부터 0 mm 내지 30 mm의 범위의 거리에 있는 것을 특징으로 하는 공정.
   
4. 제 3 항에 있어서, 상기 거리가 10 mm 내지 20 mm의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 공정.
   
5. 제 1항에 있어서, 상기 인시전들은 상기 프레임의 상부면으로부터 20 mm 내지 50 mm의 깊이에 있는 것을 특징으로 하는 공정.
   
6. 제 1항에 있어서, 2 개 이상의 인시전들이 동시에 형성되는 것을 특징으로 하는 공정.
   
7. 제 1항에 있어서, 비전 시스템(vision system)은 블레이드들의 로케이션(location)을 안내하는 것을 특징으로 하는 공정.
   
8. 제 1항에 있어서, 프로브 또는 센서(40, 41)의 병진 운동(translational movement)이 인시전 도구의 로케이션을 안내하는 것을 특징으로 하는 공정.
   
9. 제 1항에 있어서, 상기 LCD 디스플레이가 로딩되는 기준 블록(datum block)이 인시전 도구의 로케이션을 안내하는 것을 특징으로 하는 공정.
   
10. 제 1항에 있어서, 롤러(60)가 분쇄용으로 사용되는 것을 특징으로 하는 공정.
    
11. 제 1항에 있어서, 왕복 플레이트 (reciprocating plate: 71) 들이 분쇄용으로 사용되는 것을 특징으로 하는 공정.
    
12. 제 1 항에 있어서, 회전 부재(81)들이 분쇄용으로 사용되는 것을 특징으로 하는 공정.
    
13. 제 1 항에 있어서, 브러쉬 (brush)들이 분쇄용으로 사용되는 것을 특징으로 하는 공정.
    
14. 제 1 항에 있어서, 상기 LCD 디스플레이는 상기 공정의 적어도 일부가 진행되는 동안에 캐리어 파렛트(carrier pallet: 30) 상에서 반송되는 것을 특징으로 하는 공정.
    
15. 제 14 항에 있어서, 상기 캐리어 파렛트는 LCD 디스플레이의 상이한 구성을 수용하는 형상 기억 베이스(shape-memory base: 31)를 포함하는 것을 특징으로 하는 공정.
    
16. 제 14 항에 있어서, 상기 캐리어 파렛트는 상기 LCD 디스플레이를 파지하는 피스톤(32)을 포함하는 것을 특징으로 하는 공정.
    
17. 제 1 항에 있어서, 상기 LCD 디스플레이는 상기 공정의 적어도 일부가 진행되는 동안에 데이텀 블록(45)상에 반전되어 반송되는 것을 특징으로 하는 공정.
    
18. 제 17 항에 있어서, 상기 분쇄가 추출 깔대기(83) 상에서 수행되는 것을 특징으로 하는 공정.
    
19. 제 1항에 있어서, 상기 분쇄는 추출 덕트(duct) 쪽으로 입자 및 가스를 불어내는 공기 송풍기(61)로 수행되는 것을 특징으로 하는 공정.
    
20. 제 1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 튜브들의 처리 이후에 남아있는 구성요소들은 분쇄 및 재활용에 의하여 처리되는 것을 특징으로 하는 공정.
    
21. 제 20 항에 있어서, 잔류 철 성분이 포함된 금속의 파쇄 및 자기적 추출이 수행되는 것을 특징으로 하는 공정.
    
22. 프레임, 형광 튜브 및 정면 패널을 포함하는 LCD 디스플레이로부터 유해 물질의 제거 시스템에 있어서,
    상기 디스플레이의 프레임(2)의 정면부 내의, 정면 패널(3) 주위에서 연장된 인시전 라인(10)들에서 절개하는 수단;
    형광 튜브(5)들을 노출시키기 위하여 정면 패널(3)을 포함하는 LCD 디스플레이의 구성요소들을 제거하는 수단; 및
    그 자리에서 상기 형광 튜브(5)들을 분쇄(60, 71, 81)하는 수단; 및
    상기 튜브 분쇄로부터 발생하는 입자 및 가스를 흡입에 의하여 제거하는 추출 시스템(62, 83)을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.

Images