(57)【要約】【課題】発光素子パッケージの熱的特性に対する分析を通して、直接的な測定なしに発光素子パッケージの接合部温度を小さい誤差範囲内で予測できるように発光素子を駆動する発光素子の駆動システム及びその駆動方法を提供する。【解決手段】発光素子パッケージ１００と、前記発光素子パッケージ１００を１００Hz以上の周波数で駆動させる駆動部２００と、を含んで発光素子の駆動システムを構成する。【選択図】図３
2008047912.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子パッケージと、
前記発光素子パッケージを１００Hz以上の周波数で駆動させる駆動部と、を含んで構成されることを特徴とする発光素子の駆動システム。
【請求項２】
前記発光素子パッケージは、
発光素子チップと、
前記発光素子チップと接触した熱吸収部と、を含んで構成されることを特徴とする請求項１に記載の発光素子の駆動システム。
【請求項３】
前記発光素子チップと熱吸収部との間には、ソルダーボール及びエポキシが位置することを特徴とする請求項２に記載の発光素子の駆動システム。
【請求項４】
前記発光素子チップの上側には、封止物質及びレンズがさらに含まれることを特徴とする請求項２に記載の発光素子の駆動システム。
【請求項５】
前記発光素子チップは、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＧａＰ及びＧａＮ系列の発光素子のうち何れか一つであることを特徴とする請求項２に記載の発光素子の駆動システム。
【請求項６】
前記駆動部は、デューティ駆動を行うことを特徴とする請求項１に記載の発光素子の駆動システム。
【請求項７】
前記駆動部は、前記発光素子パッケージを２kHz以下の周波数で駆動させることを特徴とする請求項１に記載の発光素子の駆動システム。
【請求項８】
前記発光素子の接合部における温度誤差は、１０％以内であることを特徴とする請求項１に記載の発光素子の駆動システム。
【請求項９】
前記発光素子パッケージは、複数個からなることを特徴とする請求項１に記載の発光素子の駆動システム。
【請求項１０】
前記発光素子パッケージは、所定面積のパネルに配列されることを特徴とする請求項９に記載の発光素子の駆動システム。
【請求項１１】
所定面積に配列される複数の発光素子と、
前記複数の発光素子を１００Hz以上の周波数で駆動させる駆動部と、を含んで構成されることを特徴とする発光素子の駆動システム。
【請求項１２】
前記複数の発光素子は、フルーカラを発光することを特徴とする請求項１１に記載の発光素子の駆動システム。
【請求項１３】
前記駆動部は、デューティ駆動を行うことを特徴とする請求項１１に記載の発光素子の駆動システム。
【請求項１４】
前記駆動部は、前記発光素子を２kHz以下の周波数で駆動させることを特徴とする請求項１１に記載の発光素子の駆動システム。
【請求項１５】
前記発光素子は、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＧａＰ及びＧａＮ系列の発光素子のうち何れか一つであることを特徴とする請求項１１に記載の発光素子の駆動システム。
【請求項１６】
少なくとも一つ以上の発光素子パッケージを含む発光素子の駆動方法において、
前記発光素子パッケージを１００Hz以上の駆動周波数で駆動させることを特徴とする発光素子の駆動方法。
【請求項１７】
前記駆動周波数は、２kHz以下であることを特徴とする請求項１６に記載の発光素子の駆動方法。
【請求項１８】
前記発光素子パッケージは、デューティ駆動が行われることを特徴とする請求項１６に記載の発光素子の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子の駆動システム及びその駆動方法に関し、特に、発光素子の熱的特性を予測して駆動できる発光素子の駆動システム及びその駆動方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ：ＬＥＤ）は、電流を光に変換させる公知の半導体発光素子であり、１９６２年にＧａＡｓＰ化合物半導体を用いた赤色ＬＥＤが商品化されて以来、ＧａＰ：Ｎ系列の緑色ＬＥＤと共に、情報通信機器を初めとする電子装置の表示画像用光源として用いられてきた。
【０００３】
上記のようなＬＥＤによって放出される光の波長は、ＬＥＤを製造する際に用いられる半導体材料に起因する。これは、放出された光の波長が、価電子帯の電子と伝導帯の電子との間のエネルギー差を示す半導体材料のバンドギャップ（ｂａｎｄ-ｇａｐ）によるためである。
【０００４】
窒化ガリウム化合物半導体（Ｇａｌｌｉｕｍ  Ｎｉｔｒｉｄｅ：以下、ＧａＮという）は、高い熱的安定性及び幅広いバンドギャップ（０．８〜６．２ｅＶ）を有しており、高出力の電子素子の開発分野で大いに注目を浴びてきた。その理由の一つとして、ＧａＮが他の元素（インジウム（Ｉｎ）、アルミニウム（Ａｌ）など）と組み合わされ、緑色、青色及び白色の光を放出する半導体層を製造できることがある。
【０００５】
上記のように放出波長を調節できるため、特定の装置特性に合わせて材料を用いることができる。例えば、ＧａＮを用いて、光記録に有益な青色ＬＥＤ及び白熱灯に取って代わる白色ＬＥＤを作ることができる。
【０００６】
また、従来の緑色ＬＥＤの場合、最初はＧａＰで具現されていたが、ＧａＰは、間接遷移型材料としての効率が悪いので、実用的な純緑色発光を得られなかった。しかし、ＩｎＧａＮ薄膜の成長が成功するにつれ、高輝度緑色ＬＥＤの具現が可能になった。
【０００７】
上記のようなＧａＮ系列物質の利点から、ＧａＮ系列のＬＥＤ市場が急速に成長している。したがって、１９９４年に商業的に導入されて以来、ＧａＮ系列の光電子装置技術も急激に発達した。
【０００８】
ＧａＮ発光ダイオードの効率は、白熱灯の効率を凌駕し、現在は蛍光灯の効率に筆跡するので、ＧａＮ系列のＬＥＤ市場が急速に成長し続けると予想される。
【０００９】
上記のように、ＬＥＤは、最近、信号灯、自動車、ディスプレイなどの用途に多様に用いられており、その輝度も大いに向上して６０lm／Ｗに達する。
【００１０】
さらに、ＬＥＤは、多様なカラー具現が可能であり、直ちに駆動することができ、また、使用時間が１０万時間に達するのみならず、爆発などの危険がないという長所を有する。
【００１１】
上記長所から、ほとんどの照明装置は、今後１０年以内にＬＥＤに取り替えられると予想される。
【００１２】
特に、ＬＥＤは、他の照明装置に比べて、光の３原色を用いてほとんどの色相を表現することができる。また、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）において、図１に示すように、ＬＥＤの周波数及び波長は、図２に示したランプの波長に比べて確実に区分される。
【００１３】
すなわち、ランプは、紫外線（ＵＶ）または赤外線（ＩＲ）などのスペクトラムを含んでいるが、ＬＥＤ光源は、純粋な波長を有する。
【００１４】
上記のようにＬＥＤの照度が大きく向上するにつれて、光効率も大きく向上すると予想される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、現在のＬＥＤは、通常、蛍光灯やランプが３０〜１００lm／Ｗの効率を有するものの、赤色である場合は約４０lm／Ｗ、緑色である場合は約２０lm／Ｗ、青色である場合は約８lm／Ｗの効率となる。
【００１６】
上記ＬＥＤの光効率を他のランプと同一の水準に向上させるためには、高い効率のみならず、大きな駆動電流が必要である。しかし、大きな駆動電流のために、一層多くの電力が消耗される。その結果、高輝度ＬＥＤの駆動のためには、ＬＥＤチップの温度が高くなる。
【００１７】
上記のように、現在、ディスプレイ分野で適用範囲を大いに広げているＬＥＤは、映像具現のために１秒間に数十〜数百回オン／オフ状態を繰り返して動作する。
【００１８】
したがって、ＬＥＤの温度と関連した駆動設計時に、このようなデューティ駆動を考慮すべきである。
【００１９】
ＬＥＤは、半導体素子として電気エネルギーを光エネルギーに変換させる役割をする。したがって、ＬＥＤは、半導体の特性をそのまま含んでおり、その結果、明るさ、寿命、電圧などの主要なＬＥＤ特性が温度によって大いに変化するようになる。
【００２０】
したがって、製品設計及びその適用に先立って、ＬＥＤの核心部分である光を放出するチップの温度を正しく予測する方法が必要である。
【００２１】
そこで、本発明が解決しようとする技術的課題は、発光素子パッケージの熱的特性に対する分析を通して、直接的な測定なしに発光素子パッケージの接合部温度を小さい誤差範囲内で予測できるように発光素子を駆動する発光素子の駆動システム及びその駆動方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
上記のような本発明の技術的課題を達成するための第１観点として、発光素子の駆動システムにおいて、発光素子パッケージと、前記発光素子パッケージを１００Hz以上の周波数で駆動させる駆動部と、を含んで構成される。
【００２３】
上記のような本発明の技術的課題を達成するための第２観点として、発光素子の駆動システムにおいて、所定面積に配列される複数の発光素子と、前記複数の発光素子を１００Hz以上の周波数で駆動させる駆動部と、を含んで構成される。
【００２４】
上記のような本発明の技術的課題を達成するための第３観点として、少なくとも一つ以上の発光素子パッケージを含む発光素子の駆動方法において、前記発光素子パッケージを１００Hz以上の駆動周波数で駆動する。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によると、発光素子パッケージの熱的特性に対する分析を通して、直接的な測定なしに発光素子パッケージの接合部温度を小さい誤差範囲内で予測できるように発光素子を駆動することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、図面を参照して、本発明の実施例について詳しく説明する。
【００２７】
図３に示すように、発光素子駆動システムは、発光素子パッケージ１００と、これを駆動させる駆動部２００とから構成される。
【００２８】
駆動部２００は、発光素子パッケージ１００を１００Hz以上の周波数で駆動することができる。
【００２９】
上記のような発光素子パッケージ１００は、図４に示すように、発光素子チップ２０と、この発光素子チップ２０と接触した熱吸収部６０と、を含んで構成される。
【００３０】
このとき、発光素子チップ２０と熱吸収部６０との間には、ソルダーボール及びエポキシ（図示せず）が位置し、発光素子チップ２０の上側には、封止物質４０及びレンズ５０がさらに含まれる。
【００３１】
発光素子チップ２０としては、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＧａＰ及びＧａＮ系列の発光素子のうち何れか一つまたはそれ以上が用いられる。
【００３２】
駆動部２００は、デューティ駆動を行い、発光素子パッケージ１００を２kHz以下の周波数で駆動することができる。
【００３３】
上記のような周波数範囲で駆動するとき、発光素子パッケージ１００の接合部温度の誤差を１０％以内に縮小することができる。
【００３４】
また、発光素子パッケージ１００は、図５に示すように、所定面積を有するパネル３００に複数配列されて構成される。
【００３５】
上記複数配列される発光素子パッケージ１００は、フルーカラ・ディスプレイとして用いられるが、場合によっては、特定の色を発光するバックライトユニット、特にＬＣＤ用バックライトユニットとして用いられる。
【００３６】
上記のような発光素子パッケージ１００は、発光素子チップ２０から光を放出すると同時に、相当量の熱を放出するようになる。
【００３７】
上記のように、発光素子チップ２０から発生した熱は、発光素子パッケージ１００内の熱経路に沿って移動するが、この熱経路に対する設計特性によって、発光素子パッケージ１００は、低電力発光素子パッケージまたは高電力発光素子パッケージに分類される。
【００３８】
上記のような特性は、熱抵抗で具体化されるが、この値は、発光素子の特性を決定づける非常に重要な値であるため、各発光素子パッケージには、熱抵抗値が記載されている。
【００３９】
発光素子の接合部温度を正確に知るためには、温度測定プローブを接合部に装着して測定すればよいが、発光素子は、光を放出する素子であるので、その測定誤差が非常に大きく示され、特に、高電力発光素子である場合に一層大きく示される。
【００４０】
したがって、サーモカップル（ｔｈｅｒｍｏｃｏｕｐｌｅ）などの簡単な測定装置を用いて発光素子接合部以外の部分の温度を測定することで、逆に発光素子パッケージ１００の熱抵抗Ｒを通して発光素子の接合部温度を予測することができる。
【００４１】
しかしながら、オン／オフ状態を繰り返すデューティ駆動動作時に、この予測値に対する誤差が非常に大きくなる。
【００４２】
以下、本発明の発光素子の駆動周波数と接合部温度との関係に対して詳細に分析する。
【００４３】
今日まで、ほとんどの発光素子は、表示灯または指示灯として用いられてきた。しかし、最近、革新的な熱放出構造によって、発光素子の明るさが６０lm／Ｗ以上に向上している。したがって、上記のような発光素子は、単純に指示灯のみならず、照明とディスプレイで利用可能であり、その結果、高い照明フラックスを必要とする。
【００４４】
上述したように、発光素子の明るさの向上は、大きな駆動電流または電力によって実現される。
【００４５】
一般的に、発光素子チップの大きさが非常に小さいので、単位面積当りに発生する熱は、容易に１MW／m２を超える。上記のような発光素子パッケージにおいて、効率的な熱放出構造は非常に重要な要素である。
【００４６】
結局、発光素子の効率的な熱放出構造は、発光素子の品質、エネルギー効率、安全性及び寿命において一層重要な役割をする。
【００４７】
上記のような高電力発光素子のうち、図４に示した構造を有する発光素子パッケージ１００は、電流が約１４００mAを越える条件で駆動される。
【００４８】
上述したように、発光素子パッケージ１００は、パッケージボディー１０に発光素子チップ２０がソルダーによってボンディングされ、この発光素子チップ２０は、リード３０に連結される。
【００４９】
また、発光素子チップ２０の上側には、エポキシなどの封止物質４０が充填され、この封止物質４０上にはレンズ５０が位置する。
【００５０】
一方、上記のような発光素子チップ２０がボンディングされたパッケージボディー１０には、熱吸収部６０が備わり、この熱吸収部６０によって熱が効率的に放出される。
【００５１】
上記のような発光素子パッケージ１００の構造が大電力に耐えられるのは、熱放出構造を通して相当の熱が放出されることで、熱抵抗を大幅に減少できるからである。
【００５２】
上記のような発光素子パッケージ１００構造の熱放出経路は、発光素子チップ２０、この発光素子チップ２０がボンディングされたソルダーボール（図示せず）、封止物質４０及び熱吸収部６０が主な経路をなす。
【００５３】
上記のような発光素子パッケージ１００は、図３に示すように、別途の駆動部２００によって駆動される。
【００５４】
上述したように、図４に示した発光素子パッケージ１００において、発光素子チップ２０から発生した光は、封止物質４０及びレンズ５０を通して放出され、発光素子チップ２０から発生したほとんどの熱は、熱吸収部６０を通して放出または伝導される。
【００５５】
上記のような熱吸収部６０は、熱伝導性の大きい（約２００Ｗ／ｍＫ）アルミニウムで製作される。結局、発光素子パッケージ１００の駆動中に発生した熱は、熱伝達物質（ｔｈｅｒｍａｌ  ｉｎｔｅｒｆａｃｅ  ｍａｔｅｒｉａｌ：ＴＩＭ）と外部の熱吸収部６０を通して周辺に伝達される。
【００５６】
このとき、熱伝達物質（図示せず）は、発光素子パッケージ１００の熱吸収部６０と外部との間の熱接触抵抗を減少させるために用いられる。
【００５７】
上記のような熱伝達物質と熱吸収部６０のモデリングは、熱抵抗であるＲＴＩＭ＋ｈｅａｔｓｉｎｋに取り替えられる。通常の熱伝達物質（０．０１〜０．２℃／Ｗ）と熱吸収部（０．３℃／Ｗ以上）の熱抵抗を考慮するとき、ＲＴＩＭ＋ｈｅａｔｓｉｎｋの値は、１．０℃／Ｗで選択される。
【００５８】
また、発光素子チップ２０と熱吸収部６０との間には、ソルダーボールと、電気的及び熱的伝導体である伝導性エポキシがある。これらソルダーボールとエポキシによる熱抵抗は、簡単にＲｅｐｏｘｙ＋ｓｏｌｄｅｒ  ｂａｌｌｓ＝１０．４２℃／Ｗで選択される。
【００５９】
図４に示した構造を有する発光素子パッケージ１００の熱抵抗は、１３℃／Ｗと報告されている。理論的に、拡散抵抗のみならず、熱吸収部６０の熱抵抗も、公知の構造及び物質から求められる。これを加算した値は約２．５８℃／Ｗである。
【００６０】
実際に、ソルダーボールとエポキシは、発光素子チップ２０と同一の面積を占めて非常に薄いが、これらの熱抵抗は約１Ｗ／ｍＫである。結局、ソルダーボールとエポキシは、熱経路において熱抵抗体として大きな役割をする。
【００６１】
ソルダーボールとエポキシの効果も一緒に考慮されるべきであり、熱分析において、発光素子パッケージ１００の発光素子チップ２０、ソルダーボール、エポキシ、熱伝逹物質及び熱吸収部６０が考慮されるべきである。
【００６２】
図６に示すように、発光素子パッケージの発光素子チップ２０と熱吸収部６０は、多様な多面体に分割される。図６では、約８３０００個のメッシュが用いられた。
【００６３】
熱伝達物質と熱吸収部６０を考慮するとき、熱吸収部６０の底面の温度と大気温度Ｔａとの間の相関関係は、次の数１のように適用される。
【００６４】
【数１】
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【００６５】
ここで、Ｐは、発光素子チップ２０の電力または熱放出を示し、次の数２で表現される。
【００６６】
【数２】
2008047912.tif 000004
【００６７】
多様な発光素子パッケージ１００の接合部温度を駆動周波数とデューティサイクルに対して分析するために、３次元伝導方程式は、次の数３のように適用される。
【００６８】
【数３】
2008047912.tif 000005
【００６９】
ここでρとＣｐは、物質の密度（ρＬＥＤチップまたはρｈｅａｔｓｉｎｋ）とその熱容量（Ｃｐ，ＬＥＤチップまたはＣｐ，ｈｅａｔｓｉｎｋ）を示す。
【００７０】
図４に示した構造を有する発光素子チップ２０の大きさは、面積が１mm2、厚さが０．１mmである構造を適用し、発光素子チップ２０の発光領域から放出される光エネルギーを除いたエネルギーは、伝導のみによって前記円筒状の熱吸収部６０に吸収される。
【００７１】
発光素子チップ２０が接触する熱吸収部６０の面積は、発光素子チップ２０に比べて７．０７倍大きい。理論的に、熱拡散による発光素子チップ２０と熱吸収部６０との間の熱抵抗は、１．２℃／Ｗである。
【００７２】
発光素子パッケージ１００において、熱は、断面円状である断面積を通して伝達されることで、平板型の熱吸収部６０を通して拡散される。
【００７３】
上記のような分析のために、次のような仮定を適用する。
【００７４】
第一に、エポキシ、ソルダーボール、熱伝達物質及び熱吸収部６０は、熱抵抗であるＲｅｐｏｘｙ＋ｓｏｌｄｅｒ  ｂａｌｌｓとＲＴＩＭ＋ｈｅａｔｓｉｎｋでモデリングされる。
【００７５】
第二に、発光素子パッケージ１００の熱伝達モードは、熱的伝導のみである。
【００７６】
物理的ドメインは、解析的に明確に解決されるには非常に複雑である。したがって、図３に示したドメインは、限定されたドメインに分割されるべきである。また、発光素子パッケージ１００も、単一ブロックに分割されることが容易でない。
【００７７】
結局、全体のドメインは、１９個のサブドメインに分割される（図９を参照）。以下、数３は、各サブドメインに対してマルチブロック方法によって計算される。
【００７８】
各ブロックの境界面を除けば、全ての項は、中心差分（ｃｅｎｔｒａｌ  ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ  ｓｃｈｅｍｅ）によって分割された。
【００７９】
数３の左辺は、一時的温度変動として記述される。したがって、ｔからt＋Δｔの間で時間積分が必要である。本発明の実施例では、時間積分の方法のうち、ルンゲ・クッタ４次（Ｒｕｎｇｅ―Ｋｕｔｔａ  ４ｔｈ  ｏｒｄｅｒ）の方法が用いられた。
【００８０】
格子生成方法は、通常、「構造化された」、「マルチブロック」及び「非構造化された」の３個のカテゴリのうち一つにグルーピングされる。
【００８１】
これらカテゴリは、与えられた格子内の物理的セルとレイアウトとの間の隣接関係によって記述される。
【００８２】
構造化された格子は、剛体位相骨格によって構築され、非構造化された格子は、基礎をなす構造がなく、マルチブロック格子は、通常、構造化されたブロックの非構造化された集合から構成される。
【００８３】
上記のようなマルチブロック格子は、図６に示すように、ドメインを充填する構造化された格子の集合である。
【００８４】
マルチブロック格子は、構造化された格子の計算のほとんどの効率性を用いることができるが、各ブロック間の連係性を考慮することが容易でない。
【００８５】
幾何学的要素は、ほとんど独立的に取り扱われるので、構造化された格子より複雑な幾何学的構造をマルチブロックで格子化することが一層容易である。
【００８６】
しかしながら、複雑な幾何学的交差点を充填することと、境界面を適切に共有するブロックを形成することは、通常、多くの専門家の助けを必要とし、マルチブロック方法の一部の利点を相殺させる。
【００８７】
高い正確性を有し、正関数で表示されるが、非線形であり、２次レベルによって限定される時間積分法の一つがルンゲ・クッタ法である。
【００８８】
ルンゲ・クッタ法の根本的な概念は、ｎΔｔと（ｎ＋１）Δｔとの間の間隔で数個のＱ値に対する微分システムの右辺を算出し、Ｑｎ＋１の高次近似を得るためにこれら算出値を結合することである。
【００８９】
Ｋステージルンゲ・クッタ法の一般的な形態は、数４に示す通りである。
【００９０】
【数４】
2008047912.tif 000006
ここで、一貫性のために、
2008047912.tif 000007
である。
【００９１】
Ｓ（ｋ）の表現は、Ｓ（ｋ）＝Ｓ（Ｑ（ｋ））を意味し、Ｓは、時間に対して独立的なものとする。
【００９２】
最も多く用いられるルンゲ・クッタ４次法は、次の係数によって定義される。
【００９３】
すなわち、α２＝１／２、α３＝１／２、α４＝１、β１＝１／６、β２＝β３＝１／３、β４＝１／６、そして、ルンゲ・クッタ３次法では、α２＝１／３、α３＝２／３、β１＝１／４、β２＝０、β３＝３／４である。
【００９４】
発光素子パッケージ１００で一時的な熱力学的現象を分析するにおいて、数値的正確性と収束性の観点で最も重要な問題点の一つにあげられるのは、初期条件と境界条件である。
【００９５】
初期段階で、発光素子パッケージ１００における熱伝逹物質と熱吸収部６０は、熱平衡状態である。この場合、全体システムの温度は、周辺部温度Ｔａと同じ２５℃である。
【００９６】
発光素子チップ２０の上側面と発光素子パッケージ１００の熱吸収部６０の底面を除いた物理的ドメインの外部境界で、次のような断熱条件が用いられる。
【００９７】
【数５】
2008047912.tif 000008
【００９８】
発光素子チップ２０の上側面で、３．９Ｗの熱が発生し、ｑは、表１に示された条件下で分散される。この場合、均一に分散されたものと仮定する。この境界条件は、数６で表現される。
【００９９】
【数６】
2008047912.tif 000009
【０１００】
図７は、周期１／ｆでの発光素子パッケージ１００の駆動条件を示す。発光素子パッケージ１００が、３６０Hzでかつ２５％デューティサイクルで駆動されるとき、周期は、１／３６０秒で、一周期の間に、発光素子パッケージ１００は、１／ｆの２５％である１／１４４０秒間のみにオンになる。
【０１０１】
【表１】
2008047912.tif 000010
【０１０２】
発光素子パッケージ１００の熱吸収部６０の下側面(lower)での温度は、式１で計算される。ここで、表面と周辺部の熱抵抗は常数で、その値は、表１に示すように、１．０℃／Ｗと仮定された。
【０１０３】
また、放出フラックスは、ほとんど無視できるので、電力Ｐは、数１のｑ値とほぼ同じ値を有する。
【０１０４】
マルチブロック方法が適用されるとき、各サブドメイン間の連結条件が必要である。この条件は、二つの異なる物質が接触した境界面に適用される。
【０１０５】
これは、熱源がない場合、境界面で熱フラックスが増加または減少しないという事実に基づいている。したがって、その関係は、数７で表現される。
【０１０６】
【数７】
2008047912.tif 000011
【０１０７】
上述したように、数値解析方法、初期条件及び境界条件を用いて、デューティ駆動を行う発光素子パッケージ１００の信頼性を計算することができる。
【０１０８】
今日まで、発光素子パッケージ１００に対するほとんどの研究は、その性能や機能に焦点を置いてきた。しかし、発光素子パッケージ１００がデューティ駆動を行うときの条件は、未だに研究されていない。
【０１０９】
本発明の実施例において、デューティ駆動時の発光素子パッケージ１００の信頼性に対してデューティサイクル及び駆動周波数を数値的に分析した。
【０１１０】
本発明の実施例では、図４に示した構造の緑色発光素子を用いており、発光素子物質はＩｎＧａＰである。また、パッケージの熱吸収部６０はアルミニウムである。
【０１１１】
本発明の分析のための発光素子パッケージ１００の熱的性質は、表２に示されている。
【０１１２】
【表２】
2008047912.tif 000012
【０１１３】
発光素子パッケージ１００が３６０Hzで５０％デューティ駆動を行うとき、この発光素子パッケージ１００における一時的な温度分布は、図８に示す通りである。
【０１１４】
発光素子チップ２０とその上側の熱吸収部６０との間の温度差であるΔＴは、エポキシやソルダーボールなどの熱的に孤立した層があるので、約２３℃に非常に大きく観察される。
【０１１５】
そして、発光素子パッケージ１００の上側(Upper)と下側(lower)の熱吸収部６０との間の小さい間隔は、熱的拡散抵抗と関連している。
【０１１６】
図８では、０．２、０．４、０．６、０．８及び１．０秒での熱分布が示されており、これは、発光素子パッケージ１００が３６０Hz、５０％デューティ駆動時、０．５秒以内に熱的平衡に達することを示す。
【０１１７】
結果的に、発光素子パッケージ１００は、小さい熱容量ρＣｐＶによって熱分散に非常に敏感である。
【０１１８】
図９では、ｆ＝３６０Hz、５０％デューティ駆動時、t＝０．５秒での発光素子パッケージ１００の温度分布が示されている。
【０１１９】
発光素子チップ２０における上側面と下側面との間の温度差は、その厚さが０．１mmであるので、非常に小さいものとなっていることが観察できる。
【０１２０】
また、熱吸収部６０の内部では注目するに値する温度変化がない。しかし、発光素子チップ２０の温度は、この熱吸収部６０と非常に異なる。
【０１２１】
その理由は、発光素子チップ２０と熱吸収部６０との間にエポキシとソルダーボールが位置するためであり、これら発光素子チップ２０と熱吸収部６０との間の熱拡散抵抗は、約１．２℃／Ｗ以下である。
【０１２２】
最高温度は、発光素子チップ２０の上側面で測定された。この発光素子チップ２０上における最大温度での駆動周波数とデューティサイクルの影響は、図１０に示す通りである。
【０１２３】
デューティサイクルを無視するとき、発光素子チップ２０の最大温度は、駆動周波数ｆの増加とともに急激に減少する。結局、断熱ラインは、次のように表現される。
【０１２４】
【数８】
2008047912.tif 000013
【０１２５】
すなわち、駆動周波数が高くなるほど、発光素子パッケージ１００は、より容易に熱的平衡状態になる。温度の漸近線に沿うと、各駆動条件が表３のようになる。
【０１２６】
【表３】
2008047912.tif 000014
【０１２７】
単純に、発光素子チップ２０の温度が最大である瞬間は、デューティ（duty）×周期によって予測される。
【０１２８】
これは、図１１〜図１３に示す通りであり、発光素子チップ２０の最大温度の変化を明確に示す。
【０１２９】
駆動周波数の増加によって最大温度が急激に減少し、数９に示すその増加率が大きく減少する。その理由は、発光素子チップ２０の熱平衡時間が非常に短く、高い駆動周波数での非常に速いオン／オフスイッチングが発光素子チップ２０を迅速に熱平衡状態にするためである。
【０１３０】
【数９】
2008047912.tif 000015
【０１３１】
特に、発光素子パッケージ１００が１Hz程度の低周波で駆動されると、最大温度は、デューティサイクルとは関係なくほぼ同一である。すなわち、高い周波数では、測定された駆動温度が低く、（ＲＬＥＤ  ｐａｃｋａｇｅ＋Ｒｅｘｔｅｒｎａｌ  ｈｅａｔｓｉｎｋ）×Ｗ×Δｄｕｔｙに達するようになる。
【０１３２】
したがって、発光素子チップ２０の熱的ストレスは、駆動周波数の増加とともに減少する。すなわち、高周波数で駆動される発光素子パッケージ１００は、低周波数で駆動される場合に比べて高い信頼性を有する。
【０１３３】
結局、本発明に係る発光素子パッケージ１００は、直接測定を行わなくても、発光素子の接合部における温度を小さい誤差範囲で予測できるように駆動することができ、発光素子の接合部における温度を予測可能である。このため、発光素子パッケージまたはこの発光素子パッケージを有するディスプレイ及びバックライトユニットなどの構造において、熱的ストレスを最小化できるように設計することができる。
【０１３４】
上記の実施例は、本発明の技術的思想を具体的に説明するための一例に過ぎなく、本発明は、上記の実施例に限定されずに、多様な形態に変形可能であり、この技術的思想の多様な実施の形態は、全て本発明の保護範囲に属するものである。
【図面の簡単な説明】
【０１３５】
【図１】一般的な発光素子の発光特性を示すグラフである。
【図２】一般的なランプの発光特性を示すグラフである。
【図３】本発明の一実施例を示す概略図である。
【図４】本発明の実施例における発光素子パッケージの一例を示す一部断面斜視図である。
【図５】本発明の他の実施例を示す斜視図である。
【図６】本発明の実施例における熱流れ分析のための図式の一例を示す斜視図である。
【図７】本発明の実施例におけるデューティ駆動を示すグラフである。
【図８】本発明の実施例における発光素子パッケージ駆動時の一時的な温度分布を示すグラフである。
【図９】本発明の実施例における熱流れ分析のための他の例を示す斜視図である。
【図１０】駆動周波数による温度測定値の変化を示すグラフである。
【図１１】各駆動周波数による温度測定値を示すグラフである。
【図１２】各駆動周波数による温度測定値を示すグラフである。
【図１３】各駆動周波数による温度測定値を示すグラフである。
【符号の説明】
【０１３６】
１００  発光素子パッケージ
２００  駆動部
【図１】
2008047912.tif 000016
【図２】
2008047912.tif 000017
【図３】
2008047912.tif 000018
【図４】
2008047912.tif 000019
【図５】
2008047912.tif 000020
【図６】
2008047912.tif 000021
【図７】
2008047912.tif 000022
【図８】
2008047912.tif 000023
【図９】
2008047912.tif 000024
【図１０】
2008047912.tif 000025
【図１１】
2008047912.tif 000026
【図１２】
2008047912.tif 000027
【図１３】
2008047912.tif 000028