CN108803216B

CN108803216B - 荧光色轮及投影机

Info

Publication number: CN108803216B
Application number: CN201710304914.0A
Authority: CN
Inventors: 张克苏; 周彦伊; 陈琪
Original assignee: Delta Electronics Inc
Current assignee: Delta Electronics Inc
Priority date: 2017-05-03
Filing date: 2017-05-03
Publication date: 2021-02-12
Anticipated expiration: 2037-05-03
Also published as: CN108803216A

Abstract

本发明揭露一种荧光色轮，其包含基板、工作流体以及荧光粉层。基板内具有至少一流道。流道具有第一端以及第二端，分别邻近基板的中央区域与外围区域。工作流体以液汽共存的状态流通于流道内。荧光粉层设置于基板上，并位于外围区域。本发明还揭露一种应用前述荧光色轮的投影机。

Description

荧光色轮及投影机

技术领域

本发明涉及一种荧光色轮，特别是涉及一种应用其的投影机。

背景技术

近年来，以固态激光(solid-state laser)激发荧光色轮(phosphor wheel)的组合作为光源模块已成为投影机的一新兴光源技术。实务上，荧光色轮承受输出功率为数十至数百瓦的蓝光激光所照射，而激光光斑上单位面积(平方厘米)的能量密度高达数十瓦以上，因此如何管理荧光色轮上的热能，将是各家激光-荧光色轮光源模块性能表现的一关键因素。

在一种现有的荧光色轮上，荧光色带涂布于圆盘基板上。利用马达旋转圆盘基板以使激光光斑均匀照射移动在整圈荧光色带上，即可降低荧光色带上的单点位置受激光激发的平均能量。对反射式荧光色轮而言，圆盘基板材料大多选以铝质帮助散热；对穿透式荧光色轮而言，则就仅有透明基板，例如玻璃、石英、蓝宝石等低导热材料，可作选择。

然而，对于大型投影机(large venue projector)而言，面对更高激光能量的需求，荧光色轮往往就只能加大圆盘基板的尺寸因应，但往往却受限于马达负载量，又或过大的转动惯造成荧光色轮出光不稳定。

发明内容

有鉴于此，本发明的一目的在于提出一种可有效提升散热效率以及出旋光性能的荧光色轮以及用应其的投影机。

为了达到上述目的，依据本发明的一实施方式，一种荧光色轮包含基板、工作流体以及荧光粉层。基板内具有至少一流道。流道具有第一端以及第二端，分别邻近基板的中央区域与外围区域。工作流体以液汽共存的状态流通于流道内。荧光粉层设置于基板上，并位于外围区域。本发明还揭露一种应用前述荧光色轮的投影机。

于本发明的一或多个实施方式中，上述的基板具有形心。形心位于中央区域之内。流道的一虚拟延伸线未通过形心。

于本发明的一或多个实施方式中，上述的基板配置以基于形心沿着一旋转方向转动。虚拟延伸线由通过形心与第一端的一径向延伸线反向于旋转方向偏移。

为了达到上述目的，依据本发明的另一实施方式，一种投影机包含壳体、马达以及荧光色轮。马达设置于壳体内，并具有转轴。荧光色轮包含基板、工作流体以及荧光粉层。基板内具有至少一流道。流道具有第一端以及第二端，分别邻近基板的中央区域与外围区域。基板于中央区域具有轴孔。轴孔与转轴衔接。工作流体以液汽共存的状态流通于流道内。荧光粉层设置于基板上，并位于外围区域。

于本发明的一或多个实施方式中，上述的基板进一步具有多个流道。流道绕着中央区域辐射状排列。

于本发明的一或多个实施方式中，上述的基板内还具有至少一通道。通道连通于两相邻流道之间。

于本发明的一或多个实施方式中，上述的通道位于前述两相邻流道中的任一者的第一端与第二端之间。

于本发明的一或多个实施方式中，上述的转轴具有中心轴线。流道的一虚拟延伸线未通过中心轴线。

于本发明的一或多个实施方式中，上述的马达配置以经由转轴使基板沿着一旋转方向转动。虚拟延伸线由通过中心轴线与第一端的一径向延伸线反向于旋转方向偏移。

于本发明的一或多个实施方式中，上述的虚拟延伸线反向于旋转方向相对径向延伸线偏移一角度。前述角度大于0度且小于90度。

综上所述，在本发明的荧光色轮及应用其的投影机中，基板内具有流道以供处于液汽共存的状态的工作流体流通，且流道的两端分别延伸至基板的中央区域与外围区域。因此，当设置于基板的外围区域上的荧光粉层受光源投射的光斑激发所产生的热能传导至基板之后，除了可以高速旋转强制对流来散热之外，液态工作流体也会因基板转动时所产生的离心力而快速移动至流道靠近基板之外围区域的一端进行吸热。当液态工作流体吸热而转变为气态工作流体时，高温气体因压力大将会自动往流道靠近基板的中央区域的一端移动并降温恢复回低温液态。由此可知，相变化搭配离心力的原理设计将可使得基板的中央区域与外围区域的温度皆迅速达成均温，因此可大幅改善荧光色轮的热量持续积热在外围区域的缺点。

以上所述仅用以阐述本发明所欲解决的问题、解决问题的技术手段、及其产生的功效等等，本发明的具体细节将在下文的实施方式及相关图式中详细介绍。

附图说明

为让本发明的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附图式的说明如下：

图1为绘示本发明一实施方式的投影机的立体图。

图2为绘示本发明一实施方式的设置于投影机的壳体内的部分组件的立体图。

图3为绘示图2中的荧光色轮的立体图，其中基板的上盖板与下盖板分离。

图4为绘示图2中的荧光色轮沿着线段4-4的剖视图。

图5为绘示图3中的下盖板沿着线段5-5的剖视图。

图6为绘示本发明另一实施方式的下盖板的俯视图。

图7为绘示本发明另一实施方式的下盖板的俯视图。

其中，附图标记说明如下：

100：投影机

110：壳体

120：马达

121：转轴

200：荧光色轮

210：基板

210a：中央区域

210b：外围区域

210c：轴孔

211：上盖板

212、312：下盖板

213、313：流道

213a、313a：第一端

213b、313b：第二端

214、314：通道

220：工作流体

230：荧光粉层

A：中心轴线

L1：虚拟延伸线

L2：径向延伸线

R：旋转方向

α：角度

具体实施方式

以下将以图式揭露本发明的多个实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本发明。也就是说，在本发明部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的。此外，为简化图式起见，一些现有惯用的结构与组件在图式中将以简单示意的方式绘示。

请参照图1以及图2。图1为绘示本发明一实施方式的投影机100的立体图。图2为绘示本发明一实施方式的设置于投影机100的壳体110内的部分组件的立体图。如图1与图2所示，于本实施方式中，投影机100包含壳体110、马达120、荧光色轮200以及光源(图未示)。马达120设置于壳体110内，并具有转轴121。荧光色轮200包含基板210以及荧光粉层230。基板210包含中央区域210a与外围区域210b，而外围区域210b连接于中央区域210a的外缘。基板210于中央区域210a具有轴孔210c。轴孔210c与马达120的转轴121衔接。荧光粉层230设置于基板210上，并位于基板210的外围区域210b。荧光粉层230的轮廓呈环状，但本发明并不以此为限。于实际应用中，荧光粉层230的轮廓亦可呈弧形。光源设置于壳体110内，并配置以投射光线至荧光粉层230，以在荧光粉层230上产生光斑。马达120配置以使转轴121转动，进而带动荧光色轮200整体绕着转轴121的中心轴线A转动。藉此，光源所产生的光斑即可沿着整圈荧光粉层230移动。

于一些实施方式中，前述光源为激光光源，但本发明并不以此为限。

请参照图3以及图4。图3为绘示图2中的荧光色轮200的立体图，其中基板210的上盖板211与下盖板212分离。图4为绘示图2中的荧光色轮200沿着线段4-4的剖视图。如图3与图4所示，于本实施方式中，荧光色轮200的基板210由上盖板211以及下盖板212构成一密闭容器。上盖板211为一平板，而下盖板212朝向上盖板211的表面上形成有多个凹槽。这些凹槽在上盖板211与下盖板212之间形成多个流道213。这些流道213绕着中央区域210a辐射状排列。具体来说，每一流道213具有第一端213a以及第二端213b，分别邻近基板210的中央区域210a与外围区域210b。换句话说，每一流道213延伸于基板210的中央区域210a与外围区域210b。

荧光色轮200还包含工作流体220。工作流体220以液汽共存的状态流通于前述流道213内。因此，当设置于基板210的外围区域210b上的荧光粉层230受光源投射的光斑激发所产生的热能传导至基板210之后，除了可以高速旋转强制对流来散热之外，液态工作流体220也会因基板210转动时所产生的离心力而快速移动至流道213靠近基板210之外围区域210b的第二端213b进行吸热。当液态工作流体220吸热而转变为气态工作流体220时，高温气体因压力大将会自动往流道213靠近基板210的中央区域210a的第一端213a移动并降温恢复回低温液态工作流体220。之后，低温液态工作流体220再流回吸热端(即第二端213b)重新再循环一次，如此热量就可以持续带离发热物体(即荧光粉层230)以降低发热物体的温度，进而达到使基板210整体均温的效果。

于一些实施方式中，前述流道213可进一步为形成于基板210内部的毛细结构。藉此，不论荧光色轮200以何种方位角度放置，都可无碍地进行毛细回流。

请参照图5，其为绘示图3中的下盖板212沿着线段5-5的剖视图。如图3与图5所示，于本实施方式中，基板210内还具有多个通道214。每一通道214连通于两相邻流道213之间。具体来说，每一通道214位于两相邻流道213中的任一者的第一端213a与第二端213b之间，且此两相邻流道213的第二端213b相连通。因此，因荧光色轮200旋转而被强制移动至流道213的第二端213b的低温液态工作流体220，以及由流道213的第二端213b往第一端213a移动的高温气态工作流体220，至少可在前述通道214互相闪避。由此可知，前述通道214可有效地避免液态工作流理与气态工作流体220在流动的过程中相互干涉，进而提升工作流体220在流道213内流动的顺畅度。

请参照图6，其为本发明另一实施方式的下盖板212的俯视图。如图6所示，于本实施方式中，每一流道213的虚拟延伸线L1(图6中仅示例性标示一个)未通过转轴121的中心轴线A。另一方面来看，基板210具有一形心，其与图6中的中心轴线A重合而未另标示。因此，基板210的形心同样位于中央区域之内，并且流道213的虚拟延伸线L1同样未通过此形心。更具体来说，马达120配置以经由转轴121使基板210沿着一旋转方向R(例如，图6所示的顺时针方向)转动。若定义一径向延伸线L2通过中心轴线A与流道213的第一端213a，则虚拟延伸线L1由此径向延伸线L2反向于旋转方向R(亦即，图6中的逆时针方向)偏移。同样地，前述所定义的径向延伸线L2亦通过基板210的形心与流道213的第一端213a。因此，另一方面来看，基板210配置以基于其形心沿着前述旋转方向R转动，并且虚拟延伸线L1由径向延伸线L2反向于该旋转方向偏移。需说明的是，由于基板210沿着前述旋转方向R转动，因此流道213会对液态工作流体220施加沿着前述旋转方向R的力量。藉由前述使流道213偏移的设计(亦即，使流道213反向于旋转方向R偏移的设计)，即可使得流道213对液态工作流体220所施加的沿着前述旋转方向R的力量减少，并增加了流道213对液态工作流体220施加朝向第二端213b的方向的分力，进而可使得液态工作流体220能够更顺畅地流通至流道213的第二侧。

于一些实施方式中，虚拟延伸线L1反向于旋转方向R相对径向延伸线L2偏移一角度α，且此角度α大于0度且小于90度。

如图6所示，所有流道213是均匀地分布形成于下盖板212上(亦即，所有流道213是依序等距排列的)，但本发明并不以此为限。于实际应用中，流道213亦可以非均匀的方式分布形成于下盖板212上。举例来说，流道213可以依序非等距排列，因此有些流道213会排列得较疏，而有些流道213会排列得较密。

请参照图7，其为本发明另一实施方式的下盖板312的俯视图。如图7所示，于本实施方式中，荧光色轮200的基板210亦可由上盖板211以及下盖板312所构成。下盖板312朝向上盖板211的表面上形成有多个凹槽。这些凹槽在上盖板211与下盖板312之间形成多个流道313。这些流道313绕着中央区域210a(配合参照图2)辐射状排列。具体来说，每一流道313具有第一端313a以及第二端313b，分别邻近基板210的中央区域210a与外围区域210b(配合参照图2)。需说明的是，本实施方式的下盖板312与第6图所示的下盖板212的差异之处，在于本实施方式的下盖板312的每一流道313是独立而不连续的，而第6图所示的下盖板212的每一流道213是依序头尾相连的(亦即，每一流道213的第一端313a连通至另一流道213的第二端313b)。

如图7所示，所有流道313是均匀地分布形成于下盖板312上(亦即，所有流道313是依序等距排列的)，但本发明并不以此为限。于实际应用中，流道313亦可以非均匀的方式分布形成于下盖板312上。举例来说，流道313可以依序非等距排列，因此有些流道313会排列得较疏，而有些流道313会排列得较密。

于一些实施方式中，基板210的上盖板211与下盖板212为一体成型的结构。

于一些实施方式中，前述形成于下盖板212上的凹槽亦可改为形成于上盖板211上。于其他一些实施方式中，上盖板211与下盖板212上皆可形成凹槽，且两者的凹槽共同形成前述流道213。

于一些实施方式中，基板210的外观面亦可因应内部的流道213而呈凹凸状，藉以增加基板210的散热表面积。

于一些实施方式中，基板210为反射式不透光设计。此种基板210的材料可包含金属材质、陶瓷材质或半导体材质。金属材质可包含例如铝、银、铜、铁、锰等或其相关合金。陶瓷材质可包含例如氮化铝(AlN)、氮化硼(BN)、碳化硅(SiC)、氧化铝(Al₂O₃)等。半导体材质可包含单元半导体材料(例如，Si、锗(Ge)等)、双元半导体材料(例如砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)、氮化镓(GaN)、砷化铟(InAs)、硒化锌(ZnSe)、硫化锌(ZnS)、硒化铟(InSe)等)或其他双元以上的多元化合物半导体。

于一些实施方式中，基板210为穿透式透光设计。此种基板210的材料可包含玻璃、石英、蓝宝石或氟化钙(CaF₂)等材料。

于一些实施方式中，基板210除了包含前述上盖板211与下盖板212之外，还可进一步包含一密闭容器(图未示)容置于上盖板211与下盖板212之间的空间，且前述流道213由此密闭容器所形成。于一些实施方式中，此密闭容器的材料可包含玻璃、陶瓷、金属(铝、铜、镍、不锈钢、铁、钛)、钻石、奈米碳管、石墨烯或硅基板等耐高压、抗腐蚀或具有高热传导系数的材料。

于一些实施方式中，工作流体220可包含低温的液态气体(例如，氢、氖、氧、氨、氦或氮)、高温的液态金属(例如，锂、钠、铯、钾、汞、银…等)、水、氨水、烷类(例如，甲烷)、苯、酮类(例如，丙酮)、醇类(例如，甲醇、乙醇等)等，且必须具有良好且适当的蒸发潜热。

由以上对于本发明的具体实施方式的详述，可以明显地看出，在本发明的荧光色轮及应用其的投影机中，基板内具有流道以供处于液汽共存的状态的工作流体流通，且流道的两端分别延伸至基板的中央区域与外围区域。因此，当设置于基板的外围区域上的荧光粉层受光源投射的光斑激发所产生的热能传导至基板之后，除了可以高速旋转强制对流来散热之外，液态工作流体也会因基板转动时所产生的离心力而快速移动至流道靠近基板之外围区域的一端进行吸热。当液态工作流体吸热而转变为气态工作流体时，高温气体因压力大将会自动往流道靠近基板的中央区域的一端移动并降温恢复回低温液态。由此可知，相变化搭配离心力的原理设计将可使得基板的中央区域与外围区域的温度皆迅速达成均温，因此可大幅改善荧光色轮的热量持续积热在外围区域的缺点。

虽然本发明已以实施方式揭露如上，然其并不用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求书所界定者为准。

Claims

1.一种荧光色轮，包含：

一基板，其内具有至少一流道，该流道具有一第一端以及一第二端，分别邻近该基板的一中央区域与一外围区域；

一工作流体，以液汽共存的状态流通于该流道内；以及

一荧光粉层，设置于该基板上，并位于该外围区域；

其中，该第一端靠近该中央区域，该第二端靠近该外围区域，该工作流体在该第二端吸热从液态转换成气态，在该第一端放热从气态转换液态。

2.如权利要求1所述的荧光色轮，其中该基板进一步具有多个该流道，并且所述多个流道绕着该中央区域辐射状排列。

3.如权利要求2所述的荧光色轮，其中该基板内还具有至少一通道，并且该通道连通于所述多个流道中的两相邻流道之间。

4.如权利要求3所述的荧光色轮，其中该通道位于该两相邻流道中的任一者的该第一端与该第二端之间。

5.如权利要求1所述的荧光色轮，其中该基板具有一形心，该形心位于该中央区域之内，并且该流道的一虚拟延伸线未通过该形心。

6.如权利要求5所述的荧光色轮，其中该基板配置以基于该形心沿着一旋转方向转动，并且该虚拟延伸线由通过该形心与该第一端的一径向延伸线反向于该旋转方向偏移。

7.如权利要求6所述的荧光色轮，其中该虚拟延伸线反向于该旋转方向相对该径向延伸线偏移一角度，并且该角度大于0度且小于90度。

8.一种投影机，包含：

一壳体；

一马达，设置于该壳体内，并具有一转轴；以及

一荧光色轮，包含：

一基板，其内具有至少一流道，该流道具有一第一端以及一第二端，分别邻近该基板的一中央区域与一外围区域，其中该基板于该中央区域具有一轴孔，并且该轴孔与该转轴衔接；

一工作流体，以液汽共存的状态流通于该流道内；以及

一荧光粉层，设置于该基板上，并位于该外围区域；

9.如权利要求8所述的投影机，其中该转轴具有一中心轴线，并且该流道的一虚拟延伸线未通过该中心轴线。

10.如权利要求9所述的投影机，其中该马达配置以经由该转轴使该基板沿着一旋转方向转动，并且该虚拟延伸线由通过该中心轴线与该第一端的一径向延伸线反向于该旋转方向偏移。