JP4860325B2 - 金属および／または金属化合物が加工されたディスプレイ基材の再資源化方法、ならびに再資源化装置 - Google Patents

Description

本発明は、透明導電膜が加工された廃材の再資源化方法に関し、より詳しくは、フラットパネルディスプレイ（Ｆｌａｔ Ｐａｎｅｌ Ｄｉｓｐｌａｙ、以下ＦＰＤという）、太陽電池、タッチパネル、電磁波シールドフィルム、ヒーター、防曇窓、帯電防止フィルム等の透明導電膜が加工された廃材の再資源化方法に関する。前記ＦＰＤには、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）ディスプレイ、無機ＥＬディスプレイ、フィールドエミッションディスプレイ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｄｉｓｐｌａｙ、以下ＦＥＤという）、電子ペーパー等が含まれる。また、より詳しくは、前記廃材をプラズマ処理する工程を含む廃材の再資源化方法に関する。また本発明は、前記の再資源化方法により得られる金属、金属化合物、基材にも関する。また本発明は、ＦＰＤ廃材の再資源化装置にも関する。

近年、社会における生産・消費活動全般について一般廃棄物や産業廃棄物が増加し、不法投棄や埋立地逼迫など地球環境問題が注目を集め、これまでの大量生産、大量消費、大量廃棄型の経済システムから資源循環型経済システムへの転換が社会的に重要な課題となってきている。

このような状況を受けて、例えば２００１年４月には家電リサイクル法が施行された。家電リサイクル法においては、２００５年１１月現在において、エアコン、テレビ、冷蔵庫、洗濯機の家電４品目のリサイクルが義務付けられ、また、それぞれの製品の再商品化率については、エアコン６０％以上、テレビ５５％以上、冷蔵庫５０％以上、洗濯機５０％以上の法定基準値が定められている。

これら家電４品目においては、関係者の鋭意努力のもと、法律施行当初に比べリサイクルが格段に進んでいる。現在、家電４品目に使用されている鉄、銅、アルミなどの金属はもとより、プラスチックについてもリサイクルが拡大しつつある。また、テレビにおいては、ＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄｅ Ｒａｙ Ｔｕｂｅ）のガラスを切断して電子銃や蛍光体を除去した後、ガラスカレットとして元のＣＲＴ用ガラスに再生使用するリサイクル技術がすでに実用化されている。

一方、最近、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、無機ＥＬディスプレイ、ＦＥＤ、電子ペーパー等のＦＰＤが身の回りの製品に搭載されてきており、例えば、テレビ、パーソナルコンピュータ、モニター、ビデオ、カメラ、携帯電話、カーナビゲーション、情報携帯端末、小型ゲーム機等、様々な分野で幅広く利用されてきている。ＦＰＤの市場規模はその省電力、省スペース、軽量といった特性から、近年の高度情報化社会の進展に伴い急激に増加している。これに伴い、これらＦＰＤの廃棄量も年々増加していくことが予想され、リサイクル活動などの環境活動において、リサイクル性向上等の要求が強くなってきている。

ところが、これらＦＰＤは比較的新しい製品であること、また、現状は比較的廃棄物の量が少ないこともあり、前記ＣＲＴのような適切なリサイクルは実用化されていない。廃棄されたＦＰＤは廃棄物の処理施設で破砕されて、シュレッダーダストとともに埋め立て処理あるいは焼却処理されているのが現状である。

加えて液晶ディスプレイやプラズマディスプレイなどに代表される薄型テレビにおいては、近い将来、家電リサイクル法の適用品目として追加される動きもある。このような背景から、基幹部品であるＦＰＤのリサイクル技術の開発は急務となっている。

ＦＰＤリサイクル技術開発において考慮すべき点は、ガラス、インジウムなどの材料の再生である。ＦＰＤ表示部の基材は、ガラスまたはプラスチック基板が用いられている。ガラスは製品重量の大半を占めるため、リサイクル率向上の観点からも再資源化が望ましく、再度同一製品のガラス原料として再生するなどの高位なリサイクルを行なうことがより望ましい。また、基材には透明導電膜としてＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）などのインジウム化合物が加工されている。インジウムは希少金属であり、昨今のＦＰＤ市場拡大も影響し価格が高騰してきており、回収、リサイクルが模索されている。

前記インジウム化合物以外にＦＰＤ表示部の基材に加工される金属は、液晶パネルを例に挙げると、例えばモリブデン、タンタル、チタン、アルミニウムなどがあるが、これらは液晶パネル中の含有量が約１５０ｐｐｍ未満であり、自然鉱石中の含有量よりも大幅に低濃度であるため、経済的にリサイクルは困難である。一方、インジウムは天然にインジウムを主原料とする鉱石が存在せず、主に亜鉛などの鉱石に５〜３０ｐｐｍ程度含まれているにすぎず希少な金属であるが、液晶パネル中にはおよそ１５０〜７００ｐｐｍ程度含まれており、これを回収し再生することは資源有効活用上価値があり、また、経済的にも有利と考えられる。

これらを踏まえると、ＦＰＤ中のガラス、インジウム材料の再生は非常に意義深いものであるが課題も多い。例えばガラスの同一材料への再生においては大きく２つの課題が挙げられる。１つめは不純物の完全な除去、２つめはガラスの分別である。前者においてはガラスに加工された電極材料やカラーフィルター、配向膜、また、２枚のガラス間に封入された液晶材料など、ガラス以外の成分は完全に除去する必要がある。後者は組成の違うガラスは特性が変わるために分別する必要があり、製造メーカーの異なるガラスはもちろんのこと、同一メーカーでもグレードの違うガラスは分別する必要がある。一方、インジウムについては種々検討されてきているが、まだまだ廃ＦＰＤ製品からのインジウム回収は経済性が伴わず、製造工程で発生する使用済みターゲットや装置、治具に付着したＩＴＯ残渣を回収するにとどまっている。

このような背景の中、製品に使用された基材上の薄膜除去処理やＩＴＯ中のインジウムの回収技術について、各企業や研究機関を含め多くの研究開発努力がなされている。

たとえば、酸、アルカリなどの薬液を用いてＩＴＯ中のインジウムを分離し回収する手法が多く提案されている（たとえば、特許文献１を参照）。

しかしながら、このような薬液を用いる方法においては、廃酸、廃アルカリなどの処理施設が必要であり、洗浄に大量の水を使用するなど環境負荷は少なくない。また、強酸、強アルカリを使用することも多く、作業安全性のほか処理施設の耐用性も考慮する必要があり、多大な設備投資が必要となる。

また、加熱処理にて有機物を燃焼させ、インジウム、ガラスをリサイクルする手法についての技術も開示されている（たとえば、特許文献２を参照）。

しかし、このような手法では処理物全体を高温処理することにより多くの有機ガスが発生するため、排ガス処理施設が必要となる。また、ガラス成分も溶融してしまうためガラス材料としての再生は難しいといった問題も生じる。

一方、超臨界流体を用いて有機物を除去し、酸洗浄や製錬プロセスにてインジウムを回収するプロセスについての技術も開示されている（たとえば、特許文献３を参照）。

しかしながら、このような方法では例えば５００℃、３５ＭＰａといった高温高圧プロセスにて超臨界状態を形成するため、膨大なエネルギーと大掛かりな設備が必要となり、今後生産量が増え続けると予想されるＦＰＤが使用済みとなった時にトータル的に環境負荷が増大することが懸念される。

上述のように、市場から回収された廃ＦＰＤからガラスやインジウムなどの材料を再生するにあたって、膨大なエネルギーと大掛かりな設備を要せず、またインジウムの回収において湿式プロセスを使用しない廃ＦＰＤの再資源化方法の開発が強く望まれているにもかかわらず、そのような再資源化方法は未だ公知となっていないのが現状である。

一方、ＩＣ産業においては、水を使用しない洗浄技術が採用されているが、いずれの技術も製造工程での還元洗浄装置を用いたものであり、ＦＰＤ廃材の再生への適用の視点はなく、この分野への適用については機能、性能ともに十分ではない。
特開２０００−１２８５３１号公報 特開２０００−８４５３１号公報 特開２００１−２３５７１８号公報

上記の現状に基づき、本発明の課題は、透明導電膜が加工された廃材からインジウムなどの希少金属などの有価物を回収し、再び同一製品の材料としてリサイクル可能な、効率的な再資源化方法を提供することである。より詳しくは、ＦＰＤ廃材から、ガラス、インジウムなどの材料を回収し、再び同一製品の材料としてリサイクル可能な、効率的なＦＰＤ廃材の再資源化方法を提供することである。

さらに詳しくは、湿式プロセスを使用することなくＦＰＤ廃材から、ガラス、インジウムなどの材料を回収し、再び同一製品の材料としてリサイクル可能な、効率的なＦＰＤ廃材の再資源化方法を提供することである。

また、本発明の別の課題は、ＦＰＤ廃材からガラス、インジウムなどの材料を回収し、再び同一製品の材料としてリサイクル可能な、高品位な特性を有するガラス、インジウムなどを提供することである。

発明者は、前記の課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、透明導電膜が加工された廃材、たとえば、ＦＰＤ廃材をプラズマで処理することにより、ディスプレイの基材および／または当該基材に加工されたインジウム成分を回収できることを見出し、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明は以下のとおりである。

本発明の再資源化方法は、透明導電膜が加工された廃材をプラズマ処理する工程を含むことを特徴とする。

ここにおいて、前記透明導電膜は、金属、および／または、金属化合物からなることが好ましい。

ここにおいて、前記廃材には、フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）、太陽電池、タッチパネル、電磁波シールドフィルム、ヒーター、防曇窓、帯電防止フィルムを含むことが好ましい。

ここにおいて、前記ＦＰＤ廃材は液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、無機ＥＬディスプレイ、ＦＥＤまたは電子ペーパーを含むことが好ましい。

本発明のＦＰＤ廃材の再資源化方法において、前記ＦＰＤ廃材のディスプレイの基材をプラズマ処理することが好ましい。

ここにおいて、前記ディスプレイの基材はガラスまたはプラスチックからなることが好ましい。

本発明の廃材の再資源化方法において、前記ディスプレイの基材には金属、および／または、金属化合物、および／または、有機物を加工していることが好ましい。

本発明の廃材の再資源化方法において、プラズマ処理により、前記ディスプレイの基材から金属、および／または、金属化合物および／または、有機物を分離することが好ましい。

本発明の廃材の再資源化方法において、分離した金属、および／または、金属化合物を回収し再資源化することが好ましい。

本発明の廃材の再資源化方法において、前記金属および／または金属化合物は、インジウムおよび／またはインジウム化合物であることが好ましい。

本発明の廃材の再資源化方法において、プラズマ処理により、前記ディスプレイの基材を洗浄し再資源化することが好ましい。

本発明はまた、上述した本発明の廃材の再資源化方法により得られた金属および／または金属化合物をも提供する。

本発明はさらに、上述した本発明の廃材の再資源化方法により得られた基材をも提供する。

さらに本発明は、ディスプレイの基材から金属および／または金属化合物および／または有機物の分離を行なうための、および／または、前記ディスプレイの基材の洗浄を行なうためのプラズマ発生装置を少なくとも備える、ＦＰＤ廃材の再資源化装置をも提供する。

本発明によれば、環境負荷をかけることなく、廃材に加工された透明導電膜としての希少金属を分離することができる。また、本発明によれば、プラズマにより処理を行なうため、たとえばディスプレイの基材に加工された金属および／または金属化合物および／または有機物の分離、および／または、ディスプレイの基材を洗浄するために、従来の酸、アルカリや有機溶媒を用いた場合とは異なり環境に負荷を与える物質を使用することがない。さらに、本発明によるプラズマ洗浄によれば水を使用することもないので乾燥などにエネルギーが不要であり地球にやさしい技術で、持続可能な環境を維持するための材料リサイクルを実現することができる。

本発明の廃材の再資源化方法は、ＦＰＤ以外の、インジウム化合物等の透明導電膜が加工されている製品、例えば、太陽電池、タッチパネル、電磁波シールドフィルム、ヒーター、防曇窓、帯電防止フィルムなど、およびこれらと類似の構造を有する製品の再資源化にも適用が可能である。

また本発明は、ディスプレイの基材をプラズマ処理することにより得られる金属、および／または、金属化合物、および／または、基材をも提供することができる。このような本発明の方法により回収された金属、および／または、金属化合物、および／または、基材は、再び同一製品の材料等としてリサイクル可能である。

また本発明のＦＰＤ廃材の再資源化装置によれば、ディスプレイの基材から金属および／または金属化合物および／または有機物の分離を行なうための、および／または、前記ディスプレイの基材の洗浄を行なうためのプラズマ発生装置を備えるものであるので、上述した本発明のＦＰＤ廃材の再資源化方法を実施するのに特に好適に使用することができる装置を提供することができる。

本発明の廃材の再資源化方法は、透明導電膜が加工された廃材をプラズマ処理する工程を含むことを特徴とする。本発明においては、ＦＰＤ廃材が有するディスプレイの基材をプラズマ処理することが好ましい。また本発明は、ＦＰＤ以外の、インジウム化合物等の透明導電膜が加工されている製品、例えば、太陽電池、タッチパネル、電磁波シールドフィルム、ヒーター、防曇窓、帯電防止フィルムなど、およびこれらと類似の構造を有する製品の再資源化にも適用が可能である。かかる本発明によれば、ディスプレイの基材をプラズマ処理することにより、金属、および／または、金属化合物、および／または、基材を得ることができ、エネルギー負荷が少なく地球にやさしい効率的なＦＰＤ廃材の再資源化方法を提供することができる。

本発明の廃材の再資源化方法に供されるＦＰＤ廃材としては、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、無機ＥＬディスプレイ、ＦＥＤ、電子ペーパーなどを含むものであることが推奨される。これらのディスプレイはいずれも、ガラスまたはプラスチックの基材上に透明電極としてＩＴＯなどのインジウム化合物が加工されており、この構造は共通である。以下、液晶パネルを例に挙げて説明する。

図２はＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）タイプの液晶パネルの一般的な構造（側面断面図）の一例を示している。図２にあるように、ＴＦＴ側ガラス製基材２０１上に電極材料（ＴＦＴを含む）２０２、透明導電膜であるＩＴＯ電極２０３が形成され、その上に配向膜２０４が形成される。一方、カラーフィルター側ガラス製基材２０５にはカラーフィルター２０６、透明導電膜であるＩＴＯ電極２０７、配向膜２０８が順次形成される。そして加工後の両者ガラス製基材２０１、２０５の周囲を封止材２０９、２１０にて封止し、液晶２１１を注入する。両者ガラス製基材２０１、２０５の表面には偏光板２１２、２１３が貼り付けられている。

本発明においては、例えば後述の方法等を用いて両者ガラス製基材２０１、２０５を分割し、液晶２１１を回収後、ガラス製基材２０１、２０５の配向膜２０４、２０８が形成されている側の面にプラズマを照射する。よって、プラズマ処理により分離処理され得るガラス製基材２０１、２０５への加工物は、配向膜２０４、透明導電膜であるＩＴＯ電極２０３、電極材料（ＴＦＴを含む）２０２、封止材２０９、２１０、配向膜２０８、ＩＴＯ電極２０７およびカラーフィルター２０６である。

表１は、本発明においてプラズマにより分離処理され得る、液晶パネル中のガラス製基材への加工物の材質の具体例を示す。

表１が示すように、本発明においてプラズマにより分離処理され得る、液晶パネル中のガラス製基材への加工物の材質としては、たとえば、ポリイミド、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂などの有機物のほか、タンタル、チタン、モリブデン、アルミニウム、ＩＴＯなどの無機物が挙げられることがわかる。なお、表１に示した材質は一例であり、本発明においては、分離される物質はこれに限られるものではない。

本発明の廃材の再資源化方法によれば、プラズマ処理によって、上記ガラス製基材２０１および２０５から、上記具体例に示されるような金属、金属化合物および有機物から構成される配向膜２０４、ＩＴＯ電極２０３、電極材料（ＴＦＴを含む）２０２、封止材２０９、２１０、配向膜２０８、ＩＴＯ電極２０７およびカラーフィルター２０６を分離することができ、また、プラズマ処理によって、当該ガラス製基材を洗浄することができる。このようにプラズマ処理によって洗浄されたガラス製基材は、加工物が非常によく除去されているため、同一製品等に再度利用することができる。また、分離された金属、金属化合物、有機物もまた、回収し、再利用することができる。基材がプラスチック製の場合も同様である。ここで、液晶パネルディスプレイの基材であるガラス製基材またはプラスチック製基材と、プラズマ処理にて分離される基材への加工物は、その化学構造において異にするため、プラズマにより生成するラジカルなどで除去することが可能となる。以下、本発明のＦＰＤ廃材の再資源化方法について詳細に説明する。

＜透明導電膜が加工された廃材の再資源化方法＞
以下、透明導電膜が加工された廃材の再資源化方法について詳細に説明するが、透明導電膜が加工された廃材の一例としてＦＰＤ廃材を採り上げて説明することとする。以下に示す本発明の再資源化方法の実施形態は、ＦＰＤ廃材以外の透明導電膜が加工された廃材にも好適に用いられる。

図１は、本発明のＦＰＤ廃材の再資源化方法の１つの好ましい実施形態を示すフローチャートである。以下、図１を参照しながら、本実施形態を詳細に説明する。

本実施形態においては、まず、図１に示すように例えば家庭や製造工場などから廃棄されたＦＰＤ廃材を回収する（ステップ１０１）。ここで、本実施形態においては、液晶テレビを例として採り上げているが、これに限られるものではない。そして次に、回収された廃液晶テレビを従来公知の適宜の手法にて解体（たとえば、手解体）し、シールドケースや鋼板などの金属部品や、プリント基板、筐体やスタンドなどのプラスチック部品、蛍光管などに解体し（ステップ１０２）、液晶パネルを取り出す（ステップ１０３）。

次に、液晶パネルに貼り付けられている偏光板を除去する（ステップ１０４）。偏光板の除去方法は、従来公知の適宜の手法にて除去することができる。例えば、偏光板の一端部（例えば隅）をカッターなどの工具を用いて部分的に剥離した後に、その剥離部分を適当な力で引っ張り偏光板全体を剥離する方法や、或いは市販の偏光板剥離装置を用いて偏光板を剥離する方法などが挙げられる。

続いて、液晶パネルの分別を行なう（ステップ１０５）。これは、使用されているディスプレイの基材を同一種類ごとに再資源化することを目的として行なわれるものである。したがって、再生される基材の用途によっては当該分別工程が不要である場合もある。方法としては例えば、本実施形態においては基材はガラスであるため、蛍光Ｘ線を利用した分別方法がある。具体的には、ガラスに軟Ｘ線を照射し、そのガラスから発せられる蛍光Ｘ線を、例えば蛍光Ｘ線分析機を使用して分別する。その他、液晶テレビの製造メーカー、機種ナンバーなどから基材に使用されている使用ガラスの種類を追跡する方法などもあるが、分別方法はガラスを同一種類毎に分別できればどのような手段を用いても構わない。基材がプラスチックである場合には、上記追跡による方法が有効である。

次に、分別した液晶パネルの上下２枚のガラス製基材を分割する（ステップ１０６）。これは、ガラス製基材に加工されたインジウム化合物などを表面に露出させるためである。分割方法は、特に限定されないが、例えば、封止エリアの内側の４辺をカッターなどで切断する方法などが挙げられる。また、液晶パネルを破砕してもよく、手段は特に限定されない。

続いて、封入されていた液晶および分割したガラス表面に付着した液晶を回収する（ステップ１０７）。回収方法は特に限定されるものではないが、封入されていた液晶の回収としては、たとえばアセトン等の有機溶剤洗浄が挙げられる。また、分割したガラス表面に付着した液晶の回収としては、例えば、ヘラなどの板状物を用いてガラス表面に付着した液晶を擦り取る方法がある。このようにして回収された液晶は、ここまで加熱などの工程が無いため、製品使用時の品質が保持された状態であり、再使用するのに好適である。なお、この液晶は必要に応じて不純物の除去や精製を行ってもよく、また、再使用時の用途などに応じて成分の再調整を行ってもよい。

続く工程において、本発明のＦＰＤ廃材の再資源化方法において特徴的であるプラズマ処理を行なう（ステップ１０８）。具体的には、ステップ１０６において分割または破砕されたガラス製基材にプラズマを照射し、基材に加工された金属、金属化合物、有機物を分離させ、および／または基材を洗浄する。

ここで、プラズマ処理に用いる放電方式・プラズマ発生方法は公知のものを適宜使用することができ、特に制限されるものではない。本実施形態のＦＰＤ廃材の再資源化方法によれば、プラズマにてディスプレイの基材の処理を行なうので、基材に加工された金属および／または金属化合物および／または有機物の分離、および／または、基材を洗浄するために、従来の酸、アルカリや有機溶媒を用いた場合とは異なり環境に負荷を与える物質を使用することがない。さらに、本発明のプラズマ洗浄によれば水を使用することもないので乾燥などにエネルギーが不要であり地球にやさしい技術で、持続可能な環境を維持するための材料リサイクルを実現することができる。

図３は、本実施形態のＦＰＤ廃材の再資源化方法におけるプラズマ処理工程（ステップ１０８）において用いられるプラズマ発生装置の好ましい一例を模式的に示す図である。図３に示すプラズマ発生装置３０１は、金属棒状または線状のＡ電極３０５と、その対となる円筒状金属で形成されたＢ電極３０６とが、一定の間隔をあけ、その間にＢ電極３０６に密着して内側から覆う円筒状の誘電体３０７を介在させるように配置されたトーチ３０３を備えて実現される。そして、Ａ電極３０５およびＢ電極３０６に電源３０４が電気的に接続され、また、Ａ電極３０５と誘電体３０７との間には、原料ガスを供給するためのガス供給路３０８が形成される。以下、図３に示すプラズマ発生装置を用いたプラズマ処理について説明する。

図３に示すプラズマ発生装置３０１において、まず、トーチ３０３内のガス供給路３０８に原料ガスを供給しつつ、電源３０４からＡ電極３０５およびＢ電極３０６に電圧を印加する。電源３０４は、空気や水蒸気およびその他の気体を活性化し得る電源であれば、直流、交流、パルスのいずれでもよいが、パルス電源が好ましく使用される。電源３０４よりＡ電極３０５およびＢ電極３０６にある値以上の電圧が印加されると、両極３０５、３０６の対向する部分で放電を生じるが、図３に示すような誘電体バリア放電の場合、片方の電極（すなわちＢ電極３０６）の内側が誘電体３０７で覆われているため、放電箇所が集中することなく、誘電体３０７で覆う領域に応じて広く分布した放電が生じ、大きなプラズマ領域を得ることができるという利点がある。ここで、電源３０４をパルス電源とした場合、周波数は特に限定されないが、たとえば１〜１００ｋＨｚとすることができる。Ａ電極３０５の材質としては、たとえばタングステンなどが使用できるがこれに限定されるものではなく、従来公知のものが使用できる。Ｂ電極３０６の材質としては、たとえばＳＵＳ、真鍮、銅などが使用できるがこれに限定されるものではなく、従来公知のものが使用できる。また、誘電体３０７の材質としては、たとえば石英ガラス、アルミナなどが使用できるがこれに限定されるものではなく、従来公知のものが使用できる。なお、上述したプラズマ発生装置３０１を用いた誘電体バリア放電は一例であって、たとえば他に熱プラズマ、コロナ放電やグロー放電、アーク放電など種々の放電発生方式、あるいはそれらの組み合わせを有する従来公知の適宜のプラズマ発生装置が本発明に適用可能であることは勿論である。

上記のごとくして発生したプラズマをガラス製基材に照射することによって、基材に加工された金属、金属化合物、有機物を分離し、および／または基材を洗浄する。すなわち、放電によってガス供給路３０８から入ってくるガスの成分が高速に加速された電子と衝突することにより、電離・解離・励起され、ガスの成分に起因する各種のイオンやラジカルが生成する。これらのラジカルがＦＰＤ廃材の基材に加工された金属、金属化合物、有機物などに作用し、基材からこれら加工物を分離させる。

本実施形態においては、プラズマがガラス製基材に照射される時間は、基材への加工物が分離できているのであれば特に限定されないがたとえば、１秒〜１時間である。また、基材の表面をより高度に洗浄するために、たとえば、基材への加工物を分離した後さらにプラズマ照射を行なってもよい。また、電源電圧、周波数もまた、特に限定されず、プラズマ処理の途中で変更してもよい。プラズマ発生部から基材までの距離も特に限定されず、たとえば数ｍｍ〜数ｍとすることができる。なお、基材から十分に金属、金属化合物、有機物が分離されており、基材が十分に洗浄されていることは、たとえば、エネルギー分散型Ｘ線分析装置を用いて基材表面を分析することにより、確認することができる。

本実施形態に使用されるプラズマ発生装置３０１に供給される原料ガスとしては、たとえば、酸素ガス、窒素ガス、空気、水蒸気、ヘリウムガス、アルゴン、二酸化炭素、水素ガス、メタンガス、アンモニアガス、フッ素ガスなどが挙げられるがこれに限定されるものではない。

続く工程において、プラズマ処理によりガラス製基材から分離したインジウムおよび／またはインジウム化合物を回収する（ステップ１０９）。回収したインジウムおよび／またはインジウム化合物は必要に応じて不純物の除去や精製を行い、再び材料として再資源化する（ステップ１１０）。ここで、インジウムおよび／またはインジウム化合物と一緒に分離されたタンタル、チタン等のその他の金属および／またはその他の金属化合物については、必要に応じて、たとえば、酸、アルカリ等の薬液を使用する方法や電気分解等の方法を利用してインジウムおよび／またはインジウム化合物との分離および回収が可能である。また、インジウムおよび／またはインジウム化合物と一緒に分離された有機物においては、たとえば、有機溶剤洗浄による抽出によりインジウムおよび／またはインジウム化合物と分離が可能である。これらインジウムおよび／またはインジウム化合物は十分に透明導電膜の材料として再生可能であるが、用途はこの限りではなく、例えば、半田材料や半導体材料への再生も可能である。また、プラズマ処理にて洗浄されたガラス製基材も回収し（ステップ１１１）、再び材料として再資源化する（ステップ１１２）。ガラスの再資源化方法としては、回収したガラス製基材を液晶パネルディスプレイの製造工程へ投入する方法、破砕装置などでカレット化しガラスメーカーで同一用途に再生する方法、珪石代替材料やタイル材料として再資源化する方法などが挙げられる。なお、プラズマ処理により分離された金属および／または金属化合物および／または基材の具体的な回収方法については特に制限されるものではなく、たとえば後述するような設備を用いた回収方法が使用される。

以上のように、本実施形態のＦＰＤ廃材の再資源化方法によれば、プラズマにより処理を行なうため、ディスプレイの基材に加工された金属および／または金属化合物および／または有機物の分離、および／または、ディスプレイの基材を洗浄するために、従来の酸、アルカリや有機溶媒を用いた場合とは異なり環境に負荷を与える物質を使用することがない。さらに、本発明によるプラズマ洗浄によれば水を使用することもないので乾燥などにエネルギーが不要であり地球にやさしい技術で、持続可能な環境を維持するための材料リサイクルを実現することができる。また、本発明の方法により回収された金属および／または金属化合物および／または基材は、各種材料として再利用することができる。なお、本発明の透明導電膜が加工された廃材の再資源化方法は、図１に示した各工程の全てを備える必要はなく、プラズマ処理する工程を少なくとも含んでいれば、本発明の範囲に包含される。また、本発明の透明導電膜が加工された廃材の再資源化方法には、図１に示されていないステップが必要により付加されてもよい。

ここで、本発明の透明導電膜が加工された廃材の再資源化方法に使用するプラズマ発生の技術自体は、ＩＣ産業や電子部品産業の分野で実用化が進んでいる物質の分解や改質に関する技術として応用されている。しかしながら、本発明にかかる方法は、当該プラズマ技術を産業廃棄物を再資源化の分野に応用しようとするものであり、具体的には廃ＦＰＤの基材にプラズマを照射することにより、基材に加工された金属および／または金属化合物および／または有機物を分離し、および／または当該基材を洗浄し、当該金属および／または金属化合物および／または基材を再資源化しようとするものである。このような着眼は、従来にはない、画期的なものである。

＜本発明の透明導電膜が加工された廃材の再資源化方法により得られる金属、金属化合物、基材＞
本発明はまた、上述した本発明の透明導電膜が加工された廃材の再資源化方法により得られた金属および／または金属化合物をも提供し、さらに上述した本発明の透明導電膜が加工された廃材の再資源化方法により得られた基材をも提供する。このような本発明の方法により回収された金属、および／または、金属化合物、および／または、基材は、再び同一製品の材料等各種材料としてリサイクル可能である。

本発明の再資源化方法により得られる金属および／または金属化合物は、上述したように、必要に応じて不純物の除去や精製を行い、再び材料として再資源化できる。また、プラズマ処理による分離物中のインジウム含有率は、廃液晶パネル中のインジウム含有率（１５０〜７００ｐｐｍ程度）と比べてはるかに高く、およそ数十％以上である。したがって、このままの状態で、例えばインジウムを扱う製錬会社に売却し、インジウム材料として精製することが可能である。また、必要に応じて、分離物から、例えば、酸、アルカリなどの薬液を使用する方法や電気分解などの方法を利用して更に高純度のインジウムを回収してもよい。回収されたインジウムおよび／またはインジウム化合物は、必要に応じて不純物の除去や精製を行い、透明導電膜の材料として再生可能であるが、上述のように用途はこの限りではなく、たとえば、半田材料や半導体材料への再生も可能である。

また、プラズマ照射後の基材は加工物が除去された状態であり、再び基材として使用できる。例えば基材がガラス製基材の場合、プラズマ照射後のガラス製基材をＦＰＤ製造工程で投入しているガラスサイズに切断、加工、洗浄後、再びＦＰＤ製造工程に投入する方法がある。また、プラズマ照射後のガラス製基材を破砕装置などでカレット化し、ガラスメーカーで同一用途に再生する方法などもある。

＜ＦＰＤ廃材の再資源化装置＞
本発明は、上述した本発明のＦＰＤ廃材の再資源化方法に好適に用いることができるＦＰＤ廃材の再資源化装置をも提供する。図４は、本発明の１つの好ましい実施形態のＦＰＤ廃材の再資源化装置を模式的に示す図である。かかる本発明のＦＰＤ廃材の再資源化装置は、ディスプレイの基材から金属および／または金属化合物および／または有機物の分離を行なうための、および／または、前記ディスプレイの基材の洗浄を行なうためのプラズマ発生装置を少なくとも備えることを特徴とする。以下、図４を参照しながら本発明のＦＰＤ廃材の再資源化装置の好ましい実施形態について説明するが、本発明の本発明のＦＰＤ廃材の再資源化装置は図４に示される実施形態に限定されるものではない。

１つの実施形態であるＦＰＤ廃材の再資源化装置４０１は、プラズマ発生装置と、プラズマ４０９によってプラズマ処理される被処理物４１３を収容する反応炉４１４とを備え、プラズマ発生装置は、トーチ４０３と、トーチ４０３に放電エネルギーを供給する電源４０４と、トーチ４０３に所定の原料ガスを供給するガスボンベ４１１ａ、４１１ｂと、トーチ４０３に供給する原料ガスの流量を所定量に調整するガス弁４１２ａ、４１２ｂとガス供給路４０８とを基本的に備える。

本発明におけるプラズマ発生装置には、従来公知の適宜のものを適宜用いることができるが、たとえば、上述して参照した図３に示したプラズマ発生装置３０１を好適に使用することができる。上述したように、図３に示すプラズマ発生装置３０１は、金属棒状または線状のＡ電極３０５と、その対となる円筒状金属で形成されたＢ電極３０６とが、一定の間隔をあけ、その間に円筒状の誘電体３０７を介在させるように配置された構成のトーチ３０３を備えるように実現される。Ａ電極３０５、Ｂ電極３０６としては、プラズマ発生装置に用いられてきた従来公知ものを適宜用いることができ、たとえば負極であるＡ電極３０５にはタングステン製電極など、Ｂ電極３０６にはＳＵＳ、真鍮、銅製電極などを用いることができる。また誘電体３０７としては、制限されないが、たとえば石英ガラス、アルミナ製のもの等を用いることができる。電極３０５およびＢ電極３０６には、電源３０４が電気的に接続され（図４においては４０４）、また、Ａ電極３０５と誘電体３０７との間には、ガス弁４１２ａ、４１２ｂを介してガスボンベ４１１ａ、４１１ｂ（図３においてはガス弁、ガスボンベは図示せず）に気密状に連通するガス供給路３０８が形成される。

プラズマ発生装置３０１によるプラズマ発生は、まず、ガスボンベ４１１ａ、４１１ｂよりガス弁４１２ａ、４１２ｂ（図３においてはガス弁、ガスボンベは図示せず）を介してトーチ３０３内のガス供給路３０８に原料ガスを供給しつつ、電源３０４からＡ電極３０５およびＢ電極３０６に電圧を印加することによって、プラズマ３０９を形成させる。電源３０４としては、原料ガスとなる酸素ガスや窒素ガス、空気などの気体を活性化し得る電源であれば、直流、交流、パルスのいずれでもよいが、パルス電源が好適に使用される。

本実施形態において好適に使用されるプラズマ発生装置３０１においては、ある値以上の電圧がＡ電極３０５およびＢ電極３０６に印加されると、両電極３０５、３０６の対向する部分で放電を生じるが、図３に示されるような誘電体バリア放電の場合、片方の電極（すなわちＢ電極３０６）の内側が誘電体３０７で覆われているため、放電箇所が集中することなく、誘電体７で覆う領域に応じて広く分布した放電が生じ、大きなプラズマ領域を得ることができるという利点がある。なお、上述したプラズマ発生装置３０１を用いた誘電体バリア放電は一例であって、たとえば他に熱プラズマ、コロナ放電やグロー放電、アーク放電など種々の放電発生方式、あるいはそれらの組み合わせを有する従来公知の適宜のプラズマ発生装置が本発明に適用可能であることは勿論である。

プラズマ発生においては、放電によりプラズマが発生し、そのプラズマには雰囲気ガス、ガス供給路３０８から入ってくるガスの成分に起因する各種のイオンやラジカルが含まれることがよく知られている。本実施形態に使用されるプラズマ発生装置（たとえば、図３のプラズマ発生装置３０１）に供給される原料ガスとしては、たとえば、酸素ガス、窒素ガス、空気、水蒸気、ヘリウムガス、アルゴン、二酸化炭素、水素ガス、メタンガス、アンモニアガス、フッ素ガスなどが挙げられるが、これに限定されるものではなく、これらのガスの任意の混合物を用いてもよい。なお、図４に示す実施形態においては、たとえば、ガスボンベ４１１ａより酸素ガスを、ガスボンベ４１１ｂより窒素ガスを供給することができるが、原料ガスの供給方法はこれに限定されるものではなく、従来公知の方法を適宜使用することができる。原料ガスの１つに空気を用いる場合には、送風機を用いて供給するようにしてもよい。

ここで、ＦＰＤ廃材の基材から金属および／または金属化合物および／または有機物を分離するのに有効なラジカルは種々存在するが、有毒であるものや高価なものは避けるべきであり、空気そのものを原料ガスとして用いるのが好ましいが、プラズマ処理領域における酸素ラジカル濃度を上げるために、空気に少量の酸素ガスを付加するか、あるいは、水蒸気を付加するのが好ましい。なお、水蒸気を付加する方法は、酸素ガスを付加する方法と比較して簡便であり、より好適である。なお、原料ガスに含まれる水分や、積極的に付加した水蒸気や酸素の量を供給段階で制御するよりは、プラズマ観測手段の出力データから判断し、電源の周波数を変化させるように制御してプラズマ処理領域における酸素ラジカル濃度を調整することが、好ましい。すなわち、大気ガスそのものを原料ガスにすることが経済的で安全であるが、湿度の変化が、プラズマ領域の酸素ラジカル濃度の変化として現れてくることは好ましくなく、これを適正に保つため、電源周波数の制御や水蒸気の追加や酸素ガスの追加などを行なうことが好ましい。

なお、上述のＦＰＤ廃材の再資源化装置の構造は一例であり、対象物を処理することが可能なプラズマ発生装置を少なくとも備える限り、装置構造はこれに限定されるものではない。

次に、プラズマ処理により分離された金属および／または金属化合物および／または基材の回収方法について図５を例に説明する。

図５は本発明の好ましい一例のＦＰＤ廃材の再資源化装置に、分離物５０８の回収機構を設けたもので、具体的には吸引機構５０５、集塵機構５０６を付設したものである。まず、ガス供給路５０１から供給されるガス及び電圧印加などによりトーチ５０２からプラズマ５０３を発生させ、これを、たとえば、廃液晶パネルを分割した基材５０４の表面に照射する。このプラズマ処理により、基材への加工物（インジウム、インジウム化合物、有機物など）がプラズマ照射された基材表面から分離される。分離されたインジウム、インジウム化合物、有機物などは元々薄膜であるため軽い。よって吸引機構５０５を設けた本装置によって、分離物５０８は気流に乗り吸引機構５０５側に移動する。ここで、プラズマのラジカル作用や熱作用等によりインジウム成分などが液体あるいは気体などの固体以外の状態になった場合（たとえば、酸化インジウムの気化温度８５０℃、金属インジウムの融点１５５℃、沸点２０００℃などの物性値が報告されている）でも、雰囲気（大気）温度が常温であり、インジウム成分などはすぐに固体状態に戻る。また、別途冷却機構５０７を設けて強制的に冷却してもよい。このように、吸引機構５０５側に移動した固体状のこれら分離物５０８は集塵機構５０６により回収される。吸引機構５０５、集塵機構５０６、冷却機構５０７は、従来公知のものを適宜使用することができ、例えば吸引機構５０５には吸引ポンプ、集塵機構５０６にはバグフィルターなどを使用することができる。また、万一、プラズマのラジカル作用や熱作用等により、インジウム成分などが液体あるいは気体などの固体以外の状態になり、装置内の内壁等に付着する場合には、たとえば、反応炉５０９の内側など装置の内側に防着シートを設け、定期的に防着シートから、付着したインジウム成分を回収することができるようにしてもよい。回収方法は、たとえば、切削や研磨等の物理的手法でもよく、薬液を使用したものでもよい。防着シートの材質はこれら回収方法に適し、装置にセットできるものであれば特に限定されず、金属製、樹脂製あるいはその他の材質でもよい。

以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

＜実施例１＞
図３に示したプラズマ発生装置および当該プラズマ発生装置を備える図４に示したＦＰＤ廃材の再資源化装置を用い、たて１０ｍｍ、よこ１０ｍｍのサイズに切断した液晶パネルディスプレイをサンプルとして、プラズマ処理の実験を行った。プラズマ発生装置は、負極であるＡ電極３０５（図３）としてタングステン製電極、正極であるＢ電極３０６（図３）としてＳＵＳ製電極を用い、誘電体３０７（図３）として石英ガラスチューブ製のものを用いた（トーチ３０３の長さ：１００ｍｍ、ノズル径：２ｍｍ、Ａ電極−Ｂ電極間距離：２ｍｍ）。原料ガスとしては窒素ガスを用いた（総ガス流量：３０リットル／分）。サンプルは、プラズマジェットのノズルとの間の距離が５ｍｍとなるように配置した。電源３０４（図４においては４０４）からの出力は、電圧値Ｖ＋，Ｖ−が４ｋＶ、パルスの立ち上がり時間および立ち下がり時間が１μｓｅｃ、パルス幅が２μｓｅｃ、周波数が５ｋＨｚ、電力が４００Ｗとなるように設定した。このような条件で、プラズマ処理を５分間行った。本実験にて用いたサンプルの種類を表２に示す。

表２にあるように、サンプルには、配向膜無しカラーフィルター側ガラス製基材、配向膜無しＴＦＴ側ガラス製基材、１０型液晶モニター用カラーフィルター側ガラス製基材を用いた。

５分間のプラズマ処理の後、エネルギー分散型Ｘ線分析装置（ＥＤＸ）（日本電子株式会社製ＥＸ−２３０００ＢＵ、加速電圧１５ｋＶ、デュエルタイム０．１ｍｓ、スイープ回数１０、２０００〜７０００ｃｐｓ）を用いてサンプルを分析し、プラズマ処理前のサンプルの分析結果との比較により、ガラス製基材に加工されたインジウム成分の分離状況を確認した。

配向膜無しカラーフィルター側ガラス製基材サンプルのプラズマ照射前と照射後の成分スペクトルデータをそれぞれ図６、図７に、配向膜無しＴＦＴ側ガラス製基材サンプルのプラズマ照射前と照射後の成分スペクトルデータをそれぞれ図８、図９に、１０型液晶モニター用カラーフィルター側ガラス製基材サンプルのプラズマ照射前と照射後の成分スペクトルデータデータをそれぞれ図１０、図１１に示す。

結果、表２の全てのサンプルにおいてプラズマ照射後にインジウムのピークが減少しているのが確認された。これにより、いずれのサンプルにおいても、プラズマを照射することによってガラス製基材からインジウム成分が分離していることが分かる。

＜実施例２＞
原料ガスを空気に、周波数を１０ｋＨｚに変更した以外は実験例１と同様にしてプラズマ処理の実験を行った。本実験にて用いたサンプルの種類を表３に示す。

表３にあるように、サンプルには、ＩＴＯのみ加工したガラス製基材、配向膜無しカラーフィルター側ガラス製基材、配向膜無しＴＦＴ側ガラス製基材を用いた。

実験例１と同様に、５分間のプラズマ処理の後、エネルギー分散型Ｘ線分析装置（ＥＤＡＸ製ＧＥＮＥＳＩＳ、加速電圧１５ｋＶ、時定数１２．５μｓ、２０００〜３０００ｃｐｓ、取込マッピング１６フレーム）を用いてサンプルを分析し、プラズマ処理前のサンプルの分析結果との比較により、ガラス製基材に加工されたインジウム成分の分離状況を確認した。

ＩＴＯのみ加工したガラス製基材サンプルのプラズマ照射前と照射後の成分スペクトルデータをそれぞれ図１２、図１３に、配向膜無しカラーフィルター側ガラス製基材サンプルのプラズマ照射前と照射後の成分スペクトルデータをそれぞれ図１４、図１５に、配向膜無しＴＦＴ側ガラス製基材サンプルのプラズマ照射前と照射後の成分スペクトルデータをそれぞれ図１６、図１７に示す。

結果、表３の全てのサンプルにおいてプラズマ照射後にインジウムのピークが減少しているのが確認された。これにより、いずれのサンプルにおいても、プラズマを照射することによってガラス基板からインジウム成分が分離していることが分かる。

今回開示された実施の形態、実施例は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は前記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

本発明のＦＰＤ廃材の再資源化方法の１つの好ましい実施形態を示すフローチャートである。 ＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）タイプの液晶パネルの一般的な構造の一例を示す側面断面図である。 本発明のＦＰＤ廃材の再資源化方法におけるプラズマ処理工程において用いられるプラズマ発生装置の好ましい一例を模式的に示す図である。 本発明の１つの好ましい実施形態のＦＰＤ廃材の再資源化装置を模式的に示す図である。 本発明の好ましい一例のＦＰＤ廃材の再資源化装置に、分離物の回収機構付設した様子を模式的に示す図である。 実施例１において、プラズマ処理前の配向膜無しカラーフィルター側ガラス製基材サンプルでの成分スペクトルを示すグラフである。 実施例１において、プラズマ処理後の配向膜無しカラーフィルター側ガラス製基材サンプルでの成分スペクトルを示すグラフである。 実施例１において、プラズマ処理前の配向膜無しＴＦＴ側ガラス製基材サンプルでの成分スペクトルを示すグラフである。 実施例１において、プラズマ処理後の配向膜無しＴＦＴ側ガラス製基材サンプルでの成分スペクトルを示すグラフである。 実施例１において、プラズマ処理前の１０型液晶モニター用カラーフィルター側ガラス製基材サンプルでの成分スペクトルを示すグラフである。 実施例１において、プラズマ処理後の１０型液晶モニター用カラーフィルター側ガラス製基材サンプルでの成分スペクトルを示すグラフである。 実施例２において、プラズマ処理前のＩＴＯのみ加工したガラス製基材サンプルでの成分スペクトルを示すグラフである。 実施例２において、プラズマ処理後のＩＴＯのみ加工したガラス製基材サンプルでの成分スペクトルを示すグラフである。 実施例２において、プラズマ処理前の配向膜無しカラーフィルター側ガラス製基材サンプルでの成分スペクトルを示すグラフである。 実施例２において、プラズマ処理後の配向膜無しカラーフィルター側ガラス製基材サンプルでの成分スペクトルを示すグラフである。 実施例２において、プラズマ処理前の配向膜無しＴＦＴ側ガラス製基材サンプルでの成分スペクトルを示すグラフである。 実施例２において、プラズマ処理後の配向膜無しＴＦＴ側ガラス製基材サンプルでの成分スペクトルを示すグラフである。

符号の説明

２０１ ＴＦＴ側ガラス製基材、２０２ 電極材料（ＴＦＴを含む）、２０３ ＩＴＯ電極、２０４，２０８ 配向膜、２０５ カラーフィルター側ガラス製基材、２０６ カラーフィルター、２０７ ＩＴＯ電極、２０９，２１０ 封止材、２１１ 液晶、２１２，２１３ 偏光板、３０１ プラズマ発生装置、３０３，４０３，５０２ トーチ、３０４，４０４ 電源、３０５ Ａ電極、３０６ Ｂ電極、３０７ 誘電体、３０８，４０８，５０１ ガス供給路、３０９，４０９，５０３ プラズマ、４０１ ＦＰＤ廃材の再資源化装置、４１１ａ，４１１ｂ ガスボンベ、４１２ａ，４１２ｂ ガス弁、４１３ 被処理物、４１４，５０９ 反応炉、５０４ 廃液晶パネルを分割した基材、５０５ 吸引機構、５０６ 集塵機構、５０７ 冷却機構、５０８ 分離物。

Claims (7)

1. フラットパネルディスプレイ廃材に含まれる金属および／または金属化合物が加工されたディスプレイの基材をプラズマ処理することにより、前記ディスプレイ基材から前記金属および／または金属化合物を分離する工程と、
   分離された金属および／または金属化合物と前記金属および／または金属化合物が除去されたディスプレイの基材とを回収する工程と、
   を含む、フラットパネルディスプレイ廃材に含まれる金属および／または金属化合物が加工されたディスプレイの基材の再資源化方法。
2. 前記フラットパネルディスプレイ廃材は、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、無機ＥＬディスプレイ、フィールドエミッションディスプレイまたは電子ペーパーを含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記ディスプレイの基材は、ガラスまたはプラスチックからなる、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記ディスプレイの基材は、前記金属および／または金属化合物とともに、有機物が加工されたものである請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
5. プラズマ処理により、前記ディスプレイの基材から前記金属および／または金属化合物とともに、前記有機物を分離することを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. 前記金属および／または金属化合物は、インジウムおよび／またはインジウム化合物である請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
7. 請求項１に記載の方法に用いられる装置であって、ディスプレイの基材から金属および／または金属化合物を分離するためのプラズマ発生装置と、
   分離された金属および／または金属化合物を回収するための回収機構と、
   を含み、
   前記プラズマ発生装置は、棒状または線状金属からなる第１電極と、前記第１電極の周囲を取り囲むように配置される円筒状金属からなる第２電極と、前記第２電極に接するように前記第１電極と前記第２電極との間に配置される円筒状の誘電体とを備える、フラットパネルディスプレイ廃材に含まれる金属および／または金属化合物が加工されたディスプレイの基材の再資源化装置。

Images