廢液晶面板中液晶之再利用技術

刊登日期:2015/6/5
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廢液晶面板潛在的危害性
曾有業者提出可將廢棄液晶面板以再利用方式取代掩埋,例如作為建築用紅磚之摻配原料、混凝土添加料、非結構性建築用骨材和陶瓷原料等。然而,在處理過程中若涉及高溫加熱程序,廢液晶面板中的液晶在燃燒過程中除了可能會產生上述 PAHs 外,亦可能產生苯胺、苯甲醛和氫氟酸等有害物質。若進一步由液晶材料的結構解析,戴奧辛、多氯聯苯和氟氯碳化物等皆有可能在液晶的燃燒過程中產生,因此含有液晶的廢液晶面板實在不宜經過熱處理之製程。
 

圖二、液晶面板之構造圖

廢液晶面板中液晶再利用之可行性評估
目前應用於液晶顯示器中的液晶材料主要是由苯環、環己烷、氧、氮和鹵素構成,外觀呈棒狀。具備長、短軸的棒狀液晶材料對不同方向導入的光和電會產生不同的影響因而擁有特殊的光電性質,故可利用外加特定方向之電場控制其旋轉方向,進而使導入的光進行偏轉達到明暗的顯示效能。再加上這種棒狀液晶材料的結構相當穩定,不僅耐酸、耐鹼,且沸點高,不易產生化學反應,故非常適合作為需長時間運作的顯示器材料。因此自廢液晶顯示器拆解下的廢液晶面板,只要面板玻璃未破碎,密封於其中的液晶並不會受到環境污染亦不會變質,仍可保有其光電性質。 

由於液晶掌握了液晶顯示器最基本的顯示性能,在使用上針對不同的製程或不同的產品,必須以不同光電性質的液晶因應,然而目前並沒有任何一支液晶單體可直接滿足產品需求,因此現階段液晶顯示器所使用的液晶皆是利用多種不同的液晶單體調配成不同性質的液晶配方,屬於一種客製化的商品。一般而言,每個液晶配方約由 10~15 支液晶單體調配而成,可預期若由廢資訊物品處理廠取得的廢液晶面板,儘管經過類型篩選,所取出的混合液晶可能含有數十支甚至上百支液晶單體,整體組成相當複雜,所幸該混合液晶仍只會呈現一種光電性質,還是可視為單一液晶配方進行調配。
 
廢液晶面板中液晶再利用之範例
有鑒於國內因缺乏液晶純化技術而無法量產液晶材料,工研院於數年前便集結材化所內在液晶顯示器材料領域耕耘多年的單位共同研究,首先針對面板廠製程中受污染的液晶建立純化技術,使其可回原生產線上使用;隨後更開發廢液晶面板的處理及再利用之技術,可處理各種尺寸的液晶面板,將其中的液晶完整取出,除了使剩餘玻璃可進行再利用之外,取出之液晶在經過調配及純化後,亦可進行再利用。
 
然而,目前市面上主要的液晶面板可依液晶運作方式區分成扭轉向列型( Twisted Nematic;TN )、垂直配向型( Vertical Al ignment; VA)和平面旋轉型(  In-planeSwitching;IPS )三種類型,而其對應使用的液晶種類亦可分為TN、VA和IPS三種。這三種液晶雖然皆為棒狀結構,但是為了因應其各自特定的驅動模式而造成某些物性的差異頗大,例如 TN 型和 VA 型液晶除了在介電異方性呈現完全相反的性質(TN>0、VA<0)之外,液晶分子的排列方式也不同。故若將 TN 型和 VA 型的液晶混在一起,除了會造成該混合液晶之介電異方性相互抵消之外,甚至會出現液晶單體析出的現象。因此,若希望自廢液晶面板中取出之液晶仍具備相當之物性,並可再利用於製作新的液晶面板,在廢液晶面板的分類上則需要特別注意,以避免混料情形發生……以上為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。
 

圖五、分別以TN
型混合液晶與市售液晶製成之液晶顯示器的電壓-穿透度曲線
 
作者:呂健瑋、洪煥毅 / 工研院材化所 
★本文節錄自「工業材料雜誌」342期,更多資料請見下方附檔。

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