(57)【要約】【課題】熱伝導度、強度及び剛性が高く、広い面積を持つ比較的安価な熱伝導板及び放熱板並びにフラットパネルディスプレイを提供する。【解決手段】プラズマディスプレイ（ＰＤＰ）２０−１等の発熱体の放熱板として、一方向凝固シリコン基板２６を使用する。一方向凝固シリコン基板２６は、８００ｍｍ□程度の基板サイズとして製造することができ、単結晶シリコン基板に比べて大型化が可能であり、安価であるという利点を有する。また、一方向凝固シリコン基板は、放熱板としてアルミニウム合金に比べて剛性が高いため、厚みを薄くすることができる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱体の熱伝導手段として多結晶シリコン基板を使用したことを特徴とする熱伝導板。
【請求項２】
前記多結晶シリコン基板は、一方向凝固シリコン基板であることを特徴とする請求項１に記載の熱伝導板。
【請求項３】
発熱体の熱伝導手段として、基板サイズが３００ｍｍ□以上のシリコン基板を使用したことを特徴とする熱伝導板。
【請求項４】
前記シリコン基板は、一方向凝固シリコン基板であることを特徴とする請求項３に記載の熱伝導板。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の熱伝導板を一枚以上用いたことを特徴とする放熱板。
【請求項６】
前記熱伝導板の少なくとも片面側にフィン状の多数の突起を形成し、比表面積を大きくして放熱特性を向上させたことを特徴とする請求項５に記載の放熱板。
【請求項７】
前記フィン状の多数の突起を、シリコン異方性エッチング法を用いて形成したことを特徴とする請求項６に記載の放熱板。
【請求項８】
前記熱伝導板の片面側に酸、又はアルカリエッチング法を用いて凹凸を形成し、比表面積を大きくして放熱特性を向上させたことを特徴とする請求項５に記載の放熱板。
【請求項９】
フラットパネルディスプレイの放熱手段として使用されることを特徴とする請求項５乃至８のいずれかに記載の放熱板。
【請求項１０】
フラットパネルディスプレイの背面に配設される放熱手段として使用されることを特徴とする請求項５乃至８のいずれかに記載の放熱板。
【請求項１１】
請求項５乃至８のいずれかに記載の放熱板を放熱手段として有することを特徴とするフラットパネルディスプレイ。
【請求項１２】
請求項５乃至８のいずれかに記載の放熱板を、フラットパネルディスプレイの背面に配設される放熱手段としたことを特徴とするフラットパネルディスプレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は熱伝導板及び放熱板並びにフラットパネルディスプレイに係り、特にシリコン基板を使用した熱伝導板及び放熱板並びにフラットパネルディスプレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマディスプレイ（ＰＤＰ）、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、ノートパソコン等のメタルベースプリント基板のように発熱体を内蔵又は装着する部材・材料においては、強度はもとより、速やかに放熱する熱伝導性に優れたものが要求される。近年のこれらの製品の高性能化、複雑化、小型化、発熱体の高密度化によって発熱量が飛躍的に増大しているため、より熱伝導性に優れたものが期待されている。
【０００３】
特許文献１には、熱伝導性の高いアルミニウム（Ａｌ）に、マグネシウム（Ｍｇ）、ケイ素（Ｓｉ）、鉄（Ｆｅ）などを微量添加して強度を高くし、Ａｌの持つ熱伝導性の低下を抑えたＡｌ合金板に関する記載がある。このＡｌ合金板の用途は、ＰＤＰ、ＬＣＤ、ノートパソコン等のシャーシ（放熱板）、メタルベースプリント基板のように発熱体を内蔵又は装着する部品・材料である。
【０００４】
また、特許文献２には、半導体素子とヒートシンクの間に半導体素子を絶縁するための、半導体素子と同等サイズのシリコンチップ（半導体素子と同一製造ラインで製造されるもの）を設け、このシリコンチップを介して半導体素子から発生した熱をヒートシンクに伝達する技術が開示されている。
【特許文献１】特開２００３−３２１７５５号公報
【特許文献２】特開平３−１３１０５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の記載のＡｌ合金のメタルベースプリント基板は、熱伝導度や強度は向上してきているが、剛性は必ずしも高くない。そのため、強度を維持するために、ある程度の厚さが必要となるが、同じ熱伝導率ならば、薄い方が放熱特性が良いため、基板の厚さも重要となる。
【０００６】
そこで、熱伝導度や強度が高く、且つ剛性も高く、Ａｌ合金よりも薄くでき、広い面積を持つ基板が要求されている。
【０００７】
一方、特許文献２に記載のシリコンチップは、熱伝導度、強度及び剛性が高く、半導体デバイスの基板として重要な材料であるが、半導体素子と同一製造ラインで製造されるシリコンチップは単結晶シリコンであり、市販品としては３００ｍｍΦが最大であり、フラットパネルディスプレイ等の放熱板として使うには、サイズ的に小さすぎるという問題がある。また、単結晶シリコン基板は、面積の大きな放熱板として使用するには、品質的に過剰であり、高価になるという問題がある。
【０００８】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、熱伝導度、強度、及び剛性が高く、広い面積を持つ比較的安価な熱伝導板及び放熱板並びに該放熱板を使用するフラットパネルディスプレイを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成するために請求項１に係る熱伝導板は、発熱体の熱伝導手段として多結晶シリコン基板を使用したことを特徴としている。多結晶シリコンは、一般に単結晶シリコンの原材料として使用されるが、熱伝導板としては使用されていない。本発明では、多結晶シリコン基板を熱伝導板として使用することにより、単結晶シリコン基板を使用する場合に比べて安価な熱伝導板の提供が可能になる。尚、多結晶シリコンは、熱伝導度、強度、及び剛性等の物性の点では単結晶シリコンと同等である。
【００１０】
請求項２に示すように請求項１に記載の熱伝導板において、前記多結晶シリコン基板は、一方向凝固シリコン基板であることを特徴としている。一方向凝固させた多結晶シリコン（一方向凝固シリコン）は、単結晶シリコンに比べて大型化が可能であり、安価であるという利点を有する。
【００１１】
請求項３に係る熱伝導板は、発熱体の熱伝導手段として、基板サイズが３００ｍｍ□以上のシリコン基板を使用したことを特徴としている。
【００１２】
請求項４に示すように請求項３に記載の熱伝導板において、前記シリコン基板は、一方向凝固シリコン基板であることを特徴としている。
【００１３】
単結晶シリコンは、市販品としては３００ｍｍΦが最大であり、基板サイズが３００ｍｍ□以上のシリコン基板（熱伝導板）を製造することができないが、一方向凝固シリコンは、大型化が可能であり、基板サイズが３００ｍｍ□以上（例えば、８００ｍｍ□程度）のものを製造することができる。
【００１４】
請求項５に係る放熱板は、請求項１乃至４のいずれかに記載の熱伝導板を一枚以上用いたことを特徴としている。
【００１５】
請求項６に示すように請求項５に記載の放熱板において、前記熱伝導板の少なくとも片面側にフィン状の多数の突起を形成し、比表面積を大きくして放熱特性を向上させたことを特徴としている。
【００１６】
請求項７に示すように請求項６に記載の放熱板において、前記フィン状の多数の突起を、シリコン異方性エッチング法を用いて形成したことを特徴としている。一方向凝固シリコンは、結晶成長の面方位が（００１）にそろっているため、フォトリソグラフィ及び異方性エッチング技術を用いて四角錐状の突起を形成することができる。
【００１７】
請求項８に示すように請求項５に記載の放熱板において、前記熱伝導板の片面側に酸、又はアルカリエッチング法を用いて凹凸を形成し、比表面積を大きくして放熱特性を向上させたことを特徴としている。
【００１８】
請求項９に示すように請求項５乃至８のいずれかに記載の放熱板において、フラットパネルディスプレイの放熱手段として使用されることを特徴としている。
【００１９】
請求項１０に示すように請求項５乃至８のいずれかに記載の放熱板において、フラットパネルディスプレイの背面に配設される放熱手段として使用されることを特徴としている。本発明に係る放熱板は、フラットパネルディスプレイの大型化及び薄型化に対応できる。
【００２０】
請求項１１に係るフラットパネルディスプレイは、請求項５乃至８のいずれかに記載の放熱板を放熱手段として有することを特徴としている。
【００２１】
請求項１２に係るフラットパネルディスプレイは、請求項５乃至８のいずれかに記載の放熱板を、フラットパネルディスプレイの背面に配設される放熱手段としたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、熱伝導板及び放熱板として、一方向凝固シリコンを含む多結晶シリコンを使用するようにしたため、熱伝導度、強度、及び剛性を高くすることができ、また、広い面積を持つ比較的安価なものを提供することができる。更に、フラットパネルディスプレイに適用することによりフラットパネルディスプレイの薄型化が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下添付図面に従って本発明に係る熱伝導板及び放熱板並びにフラットパネルディスプレイの好ましい実施の形態について詳説する。
【００２４】
本発明は、基板サイズとして８００ｍｍ□程度の基板を製造することができる一方向凝固シリコン基板を、フラットパネルディスプレイ等の発熱体の放熱板として用いることを特徴としている。一方向凝固シリコン基板としては、例えば、ＪＥＭＣＯ社製のものを使用することができる。
【００２５】
ここで、一方向凝固シリコン基板の製造工程の例について、図１を参照して説明する。図１は、一方向凝固シリコン基板の製造工程を模式的に示す図である。
【００２６】
図１に示すシリコンインゴットの製造装置１０は、水平断面積が大きいルツボ１１と、ルツボ１１の上方に配置された天井ヒータ１２と、ルツボ１１の下方に配置された床下ヒータ１３と、ルツボ１１と床下ヒータ１３の間に配置されたチルプレート１４と、ルツボ１１の周囲を包囲する断熱材１５とを備える。天井ヒータ１２及び床下ヒータ１３は、ルツボ１１を平面状に加熱するヒータであり、例えば、カーボン発熱体を平面状に加工した構造のヒータである。上記したシリコンインゴットの製造装置１０は、シリコン原料１６の溶解中の酸化を防止できるように、内部の気体を制御することができるチャンバー（図示せず）内に設置される。なお、例えば、断熱材１５として繊維質カーボンからなる断熱材を用いた場合には、シリカ製のルツボで溶解すると、ＳｉＣが溶解シリコン中に残留することがあるため、ルツボ１１内に不活性ガスを供給する装置を設けて、シリコンが溶解している期間中にルツボ１１内を不活性ガス雰囲気に保持することが好ましい。
【００２７】
図１（ａ）に示すように、ルツボ１１にはシリコン原料１６が底に敷き詰めるように装入され、天井ヒータ１２及び床下ヒータ１３に通電することによりシリコン原料１６を加熱溶解する。
【００２８】
次に、図１（ｂ）に示すように、シリコン原料１６が完全に溶解し溶解シリコン１６′となると、床下ヒータ１３への通電を停止あるいは通電量を低下するとともに、チルプレート１４に冷媒（例えば、水のほか、不活性ガス、アルゴン（Ａｒ）ガス）を流してルツボ１１の底部を冷却する。これにより、溶解シリコン１６′がルツボ１１の底部から冷却され、一方向凝固組織が生成される。
【００２９】
また、天井ヒータ１２に対する通電量を段階的又は連続的に減少させることにより、天井ヒータ１２の温度を段階的または連続的に下げると、一方向凝固組織は上方向に向かってさらに成長する。これにより、図１（ｃ）に示すように、水平断面積の大きい一方向凝固組織を有するシリコンインゴット１７を製造することができる。上記のようにして製造されたシリコンインゴット１７により、図１（ａ）に示す複数枚の一方向凝固シリコン基板を形成することができる。
【００３０】
上記のようにして製造された一方向凝固シリコン基板は一方向凝固された柱状晶であって、結晶粒界が一方向に制御されているとともに、合計の不純物濃度が１０ｐｐｍ以下である。また、上記のようにして製造された一方向凝固シリコン基板の表面は、シリコン結晶の面方位が（００１）にそろっている。
【００３１】
このような一方向凝固シリコン基板は、多結晶シリコン基板と比較して大型化が可能であり、且つ安価である。
【００３２】
一方向凝固シリコン基板を、大型のＰＤＰ、ＬＣＤ等のフラットパネルディスプレイの放熱板として使用する場合には、熱伝導度に優れていることはもちろんのこと、強度及び剛性（曲げ剛性）が高いことが要求される。
【００３３】
以下に示す表１は、一方向凝固シリコン基板と、従来のＡｌ合金（特開2003-321755合
金の一例）との物性等を対比して示している。
【００３４】
【表１】
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尚、上記表１において、一方向凝固シリコン基板は塑性変形しないため、強度としては破壊強度を示し、Ａｌ合金は塑性変形するため、強度としては降伏強度を示している。
【００３５】
フラットパネルディスプレイが大きく変形しない場合を想定すると、フラットパネルディスプレイを補強する部材としては、剛性（ヤング率）が高いものが有利である。
【００３６】
表１に示すように、一方向凝固シリコン基板のヤング率は、Ａｌ合金のヤング率の２倍以上であるため、Ａｌ合金の厚さを１．０ｍｍとした場合には、一方向凝固シリコン基板は、厚さ０．５ｍｍでＡｌ合金と同等の剛性が得られる。
【００３７】
また、熱伝導度に関しては、一方向凝固シリコン基板は、Ａｌ合金よりも低いが、厚さが２分の１であるため、実質的な放熱特性は、一方向凝固シリコン基板の方がＡｌ合金よりも約１．５倍高くなる。
【００３８】
＜第１の実施の形態＞
図２は放熱板が貼付されたＰＤＰの基本構造を示す図である。
【００３９】
図２（ａ）は一方向凝固シリコン基板２６からなる放熱板が貼付されたＰＤＰ２０−１を示し、図２（ｂ）はＡｌリア放熱板２８が貼付されたＰＤＰ２０を示している。
【００４０】
ＰＤＰ２０−１は、基本的には数百ミクロンの間隔をおいた２枚の薄いＰＤＰガラス基板２４で構成され、画像表示面側には保護パネル２２が貼付され、背面側には一方向凝固シリコン基板２６が貼付されている。
【００４１】
２枚のＰＤＰガラス基板２４の間には、希ガス（ゼノン、ネオン等）が封入されたセル（画素）が敷き詰められ、各セルの底には赤 (R)、緑 (G)、青 (B) の３色の蛍光体がコーティングされている。また、ＰＤＰガラス基板２４の上下に薄型の電極が組み込まれている。
【００４２】
表１で説明したように、放熱板として一方向凝固シリコン基板２６を使用したＰＤＰ２０−１は、Ａｌリア放熱板２８を使用したＰＤＰ２０と同等の剛性を持ちながら、ＰＤＰ２０よりも薄く構成することができ、かつ放熱特性の高いものとなる。
【００４３】
また、一方向凝固シリコン基板は、基板サイズとして８００ｍｍ□程度の基板とすることができるため、大型のフラットパネルディスプレイの放熱板として好適である。尚、１００インチなどの大型ディスプレイに適用する場合には、一方向凝固シリコン基板を複数枚組み合わせて使用するようにしてもよい。
【００４４】
＜第１の実施の形態の変形例＞
図３は図２（ａ）に示したＰＤＰの変形例を示す図である。
【００４５】
図３に示すように、このＰＤＰ２０−２は、一方向凝固シリコン基板２６の背面に補強材３０が配設されるとともに、プリント配線基板等の他の部材３２が配設されている。
【００４６】
補強材３０としては、例えば、鉄、ステンレス鋼等の剛性（ヤング率）の高いものを適用する。また、一方向凝固シリコン基板２６は、熱伝導板として部材３２に熱を伝えるため、部材３２は、放熱特性のよいものを使用することが好ましい。
【００４７】
＜第２の実施の形態＞
図４はフラットパネルディスプレイ等の放熱板として使用される一方向凝固シリコン基板の第２の実施の形態を示す図である。
【００４８】
図４に示すように一方向凝固シリコン基板４０は、片面側（放熱面側）にフィン状の多数の突起４２が形成されている。このフィン状の多数の突起４２により比表面積を大きくし、一方向凝固シリコン基板４０の放熱特性を向上させるようにしている。
【００４９】
一方向凝固シリコン基板４０の表面は、シリコン結晶の面方位が（００１）にそろっている。従って、シリコン結晶の面方位による加工速度の差を利用する異方性エッチング法によって、一方向凝固シリコン基板４０の片面側に四角錐状の突起４２を形成することができる。
【００５０】
一方向凝固シリコン基板４０の異方性エッチング溶液には、ＫＯＨ（水酸化カリウム）及びＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム：Tetramethyl ammonium hydroxide）を使用した。
【００５１】
＜第３の実施の形態＞
図５はフラットパネルディスプレイ等の放熱板として使用される一方向凝固シリコン基板の第３の実施の形態を示す図である。
【００５２】
図５に示すように一方向凝固シリコン基板４４は、片面側（放熱面側）にランダムな凹凸４６が形成されている。この凹凸４６により比表面積を大きくし、一方向凝固シリコン基板４４の放熱特性を向上させるようにしている。
【００５３】
例えば、一方向凝固シリコン基板４４の片面側を、ＨＦ（フッ酸）、ＨＮＯ３（硝酸）、及びＣＨ３ＣＯＯＨ（酢酸）の混酸を用いてエッチングし、その表面上に凹凸４６を形成する。
【００５４】
尚、この実施の形態では、フラットパネルディスプレイの放熱板として一方向凝固シリコン基板を使用した例について説明したが、他の発熱体の放熱板、あるいは熱伝導板としても使用することができることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】図１は一方向凝固シリコン基板の製造工程を示す図である。
【図２】図２は放熱板が貼付されたＰＤＰの基本構造を示す図である。
【図３】図３は図２（ａ）に示したＰＤＰの変形例を示す図である。
【図４】図４はフラットパネルディスプレイ等の放熱板として使用される一方向凝固シリコン基板の第２の実施の形態を示す図である。
【図５】図５はフラットパネルディスプレイ等の放熱板として使用される一方向凝固シリコン基板の第３の実施の形態を示す図である。
【符号の説明】
【００５６】
１０…シリコンインゴットの製造装置、２０、２０−１、２０−２…ＰＤＰ、２２…保護パネル、２４…ＰＤＰガラス基板、２６、４０、４４…一方向凝固シリコン基板、３０…補強材、３２…他の部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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