CN107203089A - 荧光体轮装置以及投影型影像显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具备维持散热性并且也取得旋转平衡的基板的荧光体轮装置。该荧光体轮装置具备：荧光体、和设置有荧光体的圆盘状的基板，荧光体被设置于基板上的以基板的旋转轴为中心的圆周上的至少一部分。基板具备第1开口部和多个第2开口部，多个第2开口部以旋转轴为中心而被设置为放射状。

Description

荧光体轮装置以及投影型影像显示装置

技术领域

本公开涉及荧光体轮(phosphor wheel)装置以及使用该荧光体轮装置的投影型影像显示装置。

背景技术

以往，为了取得荧光体轮装置的基板的旋转平衡，存在将切口部设置于基板的一部分的技术。此外，专利文献1中，公开了一种为了抑制由于设置切口部而产生的基板的散热性的降低，减小向基板上的荧光体照射的激励光的强度的技术。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2013-41170号公报

发明内容

本公开提供一种具备维持散热性并且也取得了旋转平衡的基板的荧光体轮装置。

本公开是一种具备荧光体、和设置有荧光体的圆盘状的基板的荧光体轮装置，荧光体被设置于基板上的以基板的旋转轴为中心的圆周上的至少一部分。基板具备第1开口部和多个第2开口部，多个第2开口部以旋转轴为中心而被设置为放射状。

本公开提供一种具备维持散热性并且也取得了旋转平衡的基板的荧光体轮装置。

附图说明

图1是表示实施方式1中的投影型影像显示装置的光学构成的图。

图2A是表示实施方式1中的荧光体轮装置的构成的俯视图。

图2B是表示实施方式1中的荧光体轮装置的构成的侧视图。

图3是将实施方式1中的平衡用开口部取出一个并放大的立体图。

图4是与图2A的A部相应的位置的放大图。

图5是表示作为比较对象的基板上的荧光体的温度测定点的图。

图6是表示实施方式1中的基板上的荧光体的温度测定点的图。

图7是表示对基于平衡用开口部的形状的荧光体的温度变化进行模拟的结果的图。

图8是表示对使基板旋转的情况下的基于流体的荧光体的温度变化进行模拟的结果的图。

图9A是表示将图7和图8所示的结果相加后的结果的图。

图9B是表示模拟条件的图。

图10A是表示对使比较对象的基板旋转的情况下的流速分布进行模拟的结果的图。

图10B是表示对使实施方式1中的基板旋转的情况下的流速分布进行模拟的结果的图。

图11是将实施方式2中的平衡用开口部取出一个并放大的立体图。

图12是与实施方式2中的基板的图2A的A部相应的位置的放大图。

-符号说明-

1 投影型影像显示装置

10 照明装置

12 光源装置

20、26 激光模块

22、28 半导体激光元件

24、30 准直透镜

34、36、46、54、60、74、92 透镜

32、50 反射镜

38、56 扩散板

40 分色镜

42、44 聚光透镜

70 导光光学系统

72 柱状积分器

90 影像生成部

94 全反射棱镜

94a 面

96 DMD

98 投影透镜

98a 入射口

100 荧光体轮装置

101、111、121 基板

102、112 安装孔

103 电机

104 旋转轴

105、115 绿色荧光体区段

106、116 红色荧光体区段

107、117 激光透光用开口部

108、118、128 平衡用开口部

108a、128a 开口部内面

108b、128b 开口端面

具体实施方式

以下，参照附图来对本公开所涉及的实施方式进行说明。其中，存在省略不必要的详细说明的情况。例如，存在省略已经知道的事项的详细说明、针对实质同一构成的重复说明的情况。这是为了避免以下的说明不必要地变得冗长，使本领域的技术人员容易理解。

另外，添加附图以及以下的说明是为了本领域的技术人员充分理解本公开而提供的，并不意图通过这些来限定权利要求书中记载的主题。

(实施方式1)

以下，参照图1～图10B来对实施方式1进行说明。

[投影型影像显示装置的光学构成]

图1是表示实施方式1中的投影型影像显示装置1的光学构成的图。在本例中，投影型影像显示装置1是投影仪。

投影型影像显示装置1具备：照明装置10、影像生成部90、和将由影像生成部90生成的影像光投影到屏幕(未图示)的投影透镜98。

照明装置10向影像生成部90射出照度均匀并被大致平行光化的光。后面叙述照明装置10的详细。

影像生成部90具备：透镜92、全反射棱镜94和1片DMD(Digital Mirror Device，数字微镜器件)96。透镜92具有使从照明装置10射出的光成像于DMD96的功能。具体而言，经由透镜92而入射到全反射棱镜94的光被面94a反射，被引导至DMD96。DMD96在基体设置多个反射镜。DMD96通过未图示的控制部，根据分别入射到多个反射镜的各色光的定时和被输入到控制部的影像信号，对多个反射镜分别进行接通(ON)/断开(OFF)控制，调制影像信号。这里，所谓被接通控制的状态，是指多个反射镜将从光源入射的光向投射透镜98的入射口98a反射的状态。此外，所谓被断开控制的状态，是指多个反射镜将从光源入射的光向投射透镜98的入射口98a以外的方向反射的状态。由DMD96调制并射出的光(影像光)透过全反射棱镜94而被引导至投影透镜98的入射口98a。在实施方式1中，作为DMD96，使用对角尺寸例如为0.67英寸的DMD。DMD96是光调制元件的一个例子。

投影透镜98将入射到入射口98a的被时间合成的影像光投影到投影型影像显示装置1的外部的屏幕(未图示)。投影透镜98的F值例如为1.7。投影透镜98是投影光学系统的一个例子。

[照明装置的构成]

如图1所示，照明装置10具备：光源装置12、和将来自光源装置12的出射光导光至影像生成部90的导光光学系统70。

被配置为5×5的矩阵状的第1激光模块20具备半导体激光元件22以及准直透镜24。此外，被配置为5×5的矩阵状的第2激光模块26具备半导体激光元件28以及准直透镜30。半导体激光元件22、28射出波长450nm的蓝色激光。准直透镜24、30被设置于半导体激光元件22、28的每一个，具有将从半导体激光元件22、28具有广角地射出的蓝色激光聚光为平行的光束的功能。第1激光模块20以及第2激光模块26是光源的一个例子。

从半导体激光元件22、28射出的蓝色激光通过反射镜32而被空间合成。这里，激光模块20、26的配置被调整为等间隔，以使得从半导体激光元件22、28射出的蓝色激光入射到反射镜32上的不同位置。此外，反射镜32在来自第1激光模块20的蓝色激光入射的区域实施对于蓝色激光为高透过的AR(Anti-Reflection，抗反射)涂敷。进一步地，反射镜32在来自第2激光模块26的蓝色激光入射的区域实施对于蓝色激光为高反射的反射镜涂敷。

由反射镜32合成的蓝色激光通过透镜34而被聚光、重叠。被透镜34聚光、重叠的蓝色激光在入射到分色镜40之前，透过透镜36和扩散板38。透镜36具有将由透镜34聚光、重叠的蓝色激光再次恢复为平行光束的功能。扩散板38具有使由透镜34聚光、重叠的蓝色激光的干扰性减少并且调整激光的聚光性的功能。

分色镜40是将截止波长设定为大约480nm的颜色合成元件。因此，由透镜36大致平行光化的蓝色激光被分色镜40反射，被聚光透镜42、44聚光，并被照射到荧光体轮装置100。

图2A是表示实施方式1中的荧光体轮装置100的构成的俯视图。图2B是表示实施方式1中的荧光体轮装置100的构成的侧视图。

荧光体轮装置100与被投影的图像的1帧的期间(例如，1/60秒)对应地被旋转控制。如图2A所示，针对在基板101上沿着旋转方向(圆周方向)而被设置的绿色荧光体区段105、红色荧光体区段106以及激光透光用开口部107，通过基板101的旋转在时间上依次照射蓝色激光。

照射荧光体轮装置100的荧光体区域的作为激励光的蓝色激光在照射的荧光光斑对绿色荧光体区段105以及红色荧光体区段106的荧光体进行激励。这里，所谓荧光体区域，是指绿色荧光体区段105以及红色荧光体区段106的设置有荧光体的区域。被激励的绿色荧光体区段105的荧光体以及红色荧光体区段106的荧光体将绿色光以及红色光向聚光透镜44方向射出。这些绿色光以及红色光被聚光透镜44、42大致平行光化，并透过分色镜40。

另一方面，虽然透过激光透光用开口部107的蓝色激光被聚光透镜42、44聚光，但再次被透镜46、48大致平行光化。被大致平行光化了的蓝色激光通过配置于光路的反射镜50、52、58，再次返回到分色镜40。进一步地，将对被延长的光路部分进行中继的透镜54、用于使蓝色激光的干扰性进一步减少的扩散板56配置于光路。

透过荧光体轮装置100、光路被中继并返回到分色镜40的蓝色激光通过分色镜40而被向透镜60方向反射。这样，透过荧光体轮装置100的光(蓝色激光)和射出的光(绿色光以及红色光)通过分色镜40而被空间合成。

被分色镜40空间合成的光被透镜60聚光，成为来自光源装置12的出射光。

来自光源装置12的出射光入射到柱状积分器(rod integrator)72。柱状积分器72具备入射面72a以及出射面72b。入射到柱状积分器72的入射面72a的来自光源装置12的出射光在柱状积分器72内，照度被更加均匀化，并从出射面72b射出。从出射面72b射出的光被透镜74、76大致平行光化，并从照明装置10向影像生成部90射出。

[投影型影像显示装置的动作]

针对以上那样构成的投影型影像显示装置1，以下对其动作进行说明。

在投影型影像显示装置1中，照明装置10射出在时间上切换的红色光、绿色光、蓝色光这3个颜色的光。影像生成部90根据从照明装置10射出的光来生成影像光。投影透镜98将入射到入射口98a的由影像生成部90生成的影像光放大投影到屏幕。控制部(未图示)对影像生成部90的DMD96与照明装置10的荧光体轮装置100进行同步控制。控制部控制DMD96，以使得基于输入的影像信号来生成与各色光对应的影像光。由此，各色的影像光被时间分割地投影到屏幕。用户通过连续地观看被投影到屏幕的影像光，从而作为影像来观看。

[荧光体轮装置的构成]

参照图2A～图4，来对荧光体轮装置100的构成的详细进行说明。

荧光体轮装置100具备圆盘状的铝制的基板101。在该基板101的中心C设置安装孔102。在该安装孔102安装电机103的旋转轴104，通过电机103，基板101被旋转驱动。在荧光体轮装置100的基板101的单面，在基板101的同一圆周上以120°的角度分别设置绿色荧光体区段105、红色荧光体区段106以及激光透光用开口部107。在基板101，进一步地，在设置有绿色荧光体区段105、红色荧光体区段106以及激光透光用开口部107的圆周的内侧，设置多个平衡用开口部108。这里，激光透光用开口部107是第1开口部的一个例子，平衡用开口部108是第2开口部的一个例子。

平衡用开口部108是为了取得基板101的旋转平衡而被设置的。基板101在制造过程中，在其中心设置了安装孔102的时刻，取得旋转平衡。但是，在基板101设置激光透光用开口部107的时刻，重量平衡被较大地打破，不能取得旋转平衡。此外，在基板101形成荧光体时，由于该荧光体的重量而导致对旋转平衡有影响。平衡用开口部108是为了消除这种基板101的旋转时的不平衡而被设置的。

在实施方式1中，设置多个平衡用开口部108，具体而言设置9个。平衡用开口部108为从圆盘状的基板101的中心C起在放射方向上延伸的长孔。进一步地，具体而言，长孔的形状为随着从圆盘状的基板101的中心C向放射方向上延伸而宽度变宽的、细长的液滴形(水滴形)。

由图2A可知，多个平衡用开口部108在基板101上，被设置于比设置有激光透光用开口部107、绿色荧光体区段105、红色荧光体区段106的圆周更靠内侧。并且，多个平衡用开口部108在隔着旋转轴104而与激光透光用开口部107对置的区域，被相互接近地设置。

图3是将实施方式1中的平衡用开口部108取出一个并放大的立体图。图4是与图2A的A部相应的位置的放大图。

由于被蓝色激光激励的荧光体在发光时产生热，因此基板101中散热性优良的铝等被用作为材料。这里，若在基板101设置开口面积相对于基板101的厚度较大的平衡用开口部，则基板101的散热面积(表面积)减少，散热效果降低。但是，在实施方式1中，即使设置平衡用开口部108，也能够抑制散热效果的降低。换句话说，进行平衡用开口部108的形状的最佳化，抑制基板101的散热效果的降低。

这里，如图3所示，将平衡用开口部108的开口部内面108a(实施了阴影化的部分)的面积设为面积S1，如图4所示，将平衡用开口部108的开口端面108b(实施了阴影化的部分)的面积设为面积S2。在该情况下，为了实现上述目的，优选使S1与S2尽量接近、即面积S1为面积S2的90％以上(S1≈S2)。另外，根据实验的结果，能够确认若面积S1为面积S2的70％以上，则能够得到所希望的散热效果。

在实施方式1中，由于设置了9个同一形状、同一尺寸的平衡用开口部108，因此决定平衡用开口部108的尺寸以使得面积S1的总和(S1×9)为面积S2的总和(S2×9)的70％以上，优选为90％以上。

通常，由于基板的厚度为1mm左右，因此通过设为实施方式1那样的形状的开口部，能够容易地在开口部内面确保散热面积。

[效果]

参照图5～图10B，以下对实施方式1的效果进行说明。图5是表示设置于作为比较对象的基板111的荧光体的温度测定点的图。图6是表示设置于实施方式1中的基板101的荧光体的温度测定点的图。如图5所示，作为实施方式1的比较对象，使用设置有一个扇形的较大的平衡用开口部118的基板111。在基板111的中心C设置安装孔112。在基板111的单面，在基板111的同一圆周上以120°的角度，分别设置绿色荧光体区段115、红色荧光体区段116以及激光透光用开口部117。在基板111上，进一步地，在设置有绿色荧光体区段115、红色荧光体区段116以及激光透光用开口部117的圆周的内侧，设置一个扇形的较大的平衡用开口部118。

此外，确认了本效果的实施方式1的基板101的平衡用开口部108的开口部内面108a的面积S1的总和为平衡用开口部108的开口端面108b的面积S2的总和的大约99％，使得平衡用开口部108的开口部内面108a的面积S1的总和与平衡用开口部的开口部端面108b的面积S2的总和大致相等。

(散热效果)

对涂覆于图5和图6的基板101、111的荧光体的温度进行模拟。如图5、图6所示，将荧光体区域中的0°、45°、90°、135°、180°这5个角度的点设定为温度测定点。在这5个角度的点进行荧光体的温度测定的模拟。

以下表示模拟的方法。

首先，作为在使图5和图6的基板101、111静止的状态下，激光的光斑以基板101、111的旋转速度旋转并照射荧光体的结果，使基板101、111发热到55W(瓦特)。

图7是表示对基于平衡用开口部108、118的形状的荧光体的温度变化进行模拟的结果的图。在图7中，在各温度测定点测定荧光体的温度，将0°点和180°点处的荧光体的温度设为基准温度，表示从该基准温度起，由于平衡用开口部108、118产生多少温度变化。在图7的曲线中，在90°前后存在温度的上升的峰值是因为由于开口部108、118的存在导致其附近的基板101、111的散热效果降低。

接下来，若使图5和图6所示的基板101、111在箭头A方向旋转，则在与基板101、111的旋转方向相反的方向(虚线箭头方向)上产生流体的流动。此时，若使基板101、111静止来观察流体的流动，则作为流体的空气从0°向180°的方向流动。在该情况下，由于来自基板101、111上的荧光体的发热，空气的温度上升。图8是表示对使基板101、111旋转的情况下的基于流体的荧光体的温度变化进行模拟的结果的图。如图8所示，随着从0°点向180°点，荧光体的温度逐渐上升。这是由于虽然距离平衡用开口部108、118较远的0°点处的空气的温度较低，但从0°点向180°点，空气的温度变高，基于空气的冷却效果变小。

图9A是表示将图7和图8所示的结果相加后的结果的图。图9B是表示模拟条件的图。根据该图9A可知，实施方式1的基板101与比较对象的基板111相比，荧光体的温度降低了5℃以上。

(噪声减少效果)

能够得到如下的实验结果：在具有一个平衡用开口部118的比较对象的基板111与具有多个平衡用开口部108的实施方式1的基板101中，具有多个平衡用开口部108的基板101的旋转时的噪声更小。为了解释其原因，进行使基板101、111以转速10800rpm在空气中旋转的情况下的流体分布模拟，计算开口端P的压力。

图10A是表示对使比较对象的基板111旋转的情况下的流速分布进行模拟的结果的图。图10B是表示对使实施方式1中的基板101旋转的情况下的流速分布进行模拟的结果的图。这里，所谓开口端P，如图10A、图10B所示，是指平衡用开口部108、118的最左端的开口部分。一般地，基板101、111旋转时的噪声的大小取决于开口端P的压力的大小。换句话说，也可以说开口端P的压力较大的其噪声较大。

模拟的结果，实施方式1的基板101中的平衡用开口部108的开口端P的压力是58.9Pa(帕斯卡)，比较对象的基板111中的平衡用开口部118的开口端P的压力是105.0Pa。由此，能够确认具有多个平衡用开口部108的实施方式1的基板101的开口端P的压力较小，换句话说，噪声较小。

此外，在使基板以转速10800rpm在空气中旋转的情况下，基板101、111的周围的空气在模拟上成为图10A、图10B所示的流速分布。这里，箭头(矢量)的长度表示流速的大小。换句话说，也可以说若箭头的长度较长则流速较大，若箭头的长度较短则流速较小。在比较对象的基板111的情况下，虽然平衡用开口部118的中央部的流速较小，但开口端P的流速较大。与此相对地，在实施方式1的基板101的情况下，平衡用开口部108周边的流速为一样的分布。

也就是说，比较对象的基板111的平衡用开口部118的内面部朝向周围的空气碰撞。与此相对地，在实施方式1的基板101的情况下，由于周围的空气与平衡用开口部108一同移动，因此空气不会与开口部内面108a碰撞。作为结果，在使平衡用开口部108为多个长孔开口部的情况下，能够抑制噪声。

(实施方式2)

以下，使用图11和图12来对实施方式2进行说明。针对与实施方式1相同的构成省略重复说明，仅叙述不同的方面。

图11是将实施方式2中的平衡用开口部128取出一个并放大的立体图。图12是与实施方式2中的基板121的图2A的A部相应的位置的放大图。如图11和图12所示，平衡用开口部128分别为圆形，这些开口部被排列为以旋转轴104为中心来形成在放射方向上延伸的多个列。此外，在各个列中，开口部的直径随着接近基板121的外缘而变大。

这里，作为排列状态的具体例，举例了形成各列的各开口部的中心在一条直线上排列的状态，但并不限定于此。

此外，为了抑制基板121的散热效果的降低，最好平衡用开口部128的开口部内面128a的面积的总和为平衡用开口部128的开口端面128b的面积的总和的90％以上。进一步地，只要平衡用开口部128的开口部内面128a的面积的总和为平衡用开口部128的开口端面128b的面积的总和的70％以上，就能够得到所希望的散热效果。

(其他实施方式)

如以上那样，作为本申请中公开的技术的示例，说明了实施方式。但是，本公开中的技术并不局限于此，也能够应用于进行了变更、置换、附加、省略等的实施方式。此外，也能够将上述实施方式中说明的各构成要素组合来设为新的实施方式。

因此，以下，示例其他实施方式。

在上述实施方式中，在光源部例示了被配置为5×5的矩阵状的半导体激光元件22、28所构成的激光模块20、26，但半导体激光元件的数量以及配置并不限定于此，根据半导体激光元件每一个的光强度、光源装置所希望的输出等来适当地设定即可。此外，激光的波长也并不限定于450nm，例如，也可以使用输出405nm的光的紫色半导体激光元件、输出400nm以下的紫外线光的半导体激光元件等。

在上述实施方式中，示例了通过蓝色的激光，激励铈活化石榴石构造荧光体，发出以红色以及绿色为主波长的光的构成，但也可以使用发出以黄色或蓝绿色为主波长的光的荧光体。

此外，也可以取代实施方式的红色荧光体区段，设置黄色荧光体区段，在后段设置彩色滤光器，来取出红色。

在上述实施方式中，第1开口部是具有周边的开口部，但也可以是切口形状的开口部。

产业上的可利用性

本公开能够应用于使用了荧光体轮装置的投影型影像显示装置。

Claims (8)

1.一种荧光体轮装置，具备：荧光体、和设置有所述荧光体的圆盘状的基板，

所述荧光体被设置于所述基板上的以所述基板的旋转轴为中心的圆周上的至少一部分，

所述基板具备第1开口部和多个第2开口部，

所述多个第2开口部以所述旋转轴为中心而被设置为放射状。

2.根据权利要求1所述的荧光体轮装置，其中，

所述第2开口部分别是以所述旋转轴为中心在放射方向上延伸的长孔。

3.根据权利要求2所述的荧光体轮装置，其中，

所述第2开口部分别是随着在所述放射方向上延伸而宽度变宽的细长的液滴形。

4.根据权利要求1所述的荧光体轮装置，其中，

所述第2开口部分别为圆形，这些开口部被排列为形成以所述旋转轴为中心在放射方向上延伸的多个列。

5.根据权利要求4所述的荧光体轮装置，其中，

在各个所述列，所述第2开口部的直径随着接近所述基板的外缘而变大。

6.根据权利要求1所述的荧光体轮装置，其中，

在所述基板中，在比设置有所述第1开口部以及荧光体的圆周更靠内侧的区域，并且在夹着所述旋转轴而与所述第1开口部对置的区域，多个所述第2开口部被相互接近地设置。

7.根据权利要求1所述的荧光体轮装置，其中，

所述多个第2开口部的开口部内面的面积的总和为所述多个第2开口部的开口端面的面积的总和的70％以上。

8.一种投影型影像显示装置，具备：

权利要求1所述的荧光体轮装置；

光源，对所述荧光体以及所述第1开口部进行照射；

光调制元件，根据影像信号对从所述荧光体轮装置得到的光进行调制而射出影像光；和

投影光学系统，对从所述光调制元件射出的影像光进行放大投影。