CN111381418A - 一种荧光轮散热装置及激光电视 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种荧光轮散热装置及激光电视，该散热装置包括壳体、固定支架及制冷片，其中，固定支架固定于壳体上，壳体与固定支架形成密闭腔体，荧光轮位于密闭腔体内；荧光轮上设有荧光粉区，荧光粉区用于接受激光照射；制冷片固定于固定支架上，制冷片的冷端靠近荧光粉区。本申请提供的散热装置采用对荧光轮进行主动散热的行为，通过调节制冷片冷端的温度，使制冷片冷端与荧光轮荧光粉区的温差为一定值，从而将荧光轮的热量辐射传递至制冷片上，快速降低了荧光轮的温度，提高了荧光轮的散热效率。另外，壳体与固定支架形成密闭腔体，荧光轮位于密闭腔体内，保证了防尘效果，从而保证了整体的光学性能。

Description

一种荧光轮散热装置及激光电视

技术领域

本申请涉及激光电视技术领域，尤其涉及一种荧光轮散热装置及激光电视。

背景技术

激光显示技术是依靠高功率的激光器将电能转换为光能，由光路系统、电路系统、镜头系统将激光投影到屏幕上，进行信号显示的一种新型显示技术。在激光显示技术的应用中，光路系统中需要使用荧光轮将单色激光转换为三基色光。荧光轮在处于工作状态时，前表面会受到高强度的激光照射，由于激光的斑点非常小，能量非常大，使得荧光轮的前表面迅速的升温。因此需要对处于工作状态的荧光轮进行降温。

因光源结构防尘的需求，荧光轮处于光源壳体的密闭空间之间，因此目前对于荧光轮的降温技术局限于对荧光轮外壳体的降温。目前所采用的降温方法主要有：采用热传导方式，用铜材或者铝材制作散热器，散热器与荧光轮壳体进行紧密接触，接触面涂抹导热硅脂，采用风扇强制对流对壳体进行风冷散热，间接地对荧光轮的马达进行散热；采用风冷对荧光轮本体进行散热，在荧光轮壳体适当的位置开进出风口，在进风口设置防尘过滤网，防止大颗粒灰尘进入壳体之中，污染光路中的镜片和荧光轮，用冷风带走荧光轮的热量，热风从出口由风扇吸走，实现了对荧光轮本体的主动、直接的散热。

但是，采用散热器对荧光轮散热方法，金属散热器的热传导性较低，采用风冷散热对荧光轮本体的散热效果微弱；而采用在荧光轮壳体上开设进出风口的方法，冷风吹到荧光轮转盘上，会影响荧光轮的动平衡，且虽然在进风口增加防尘过滤网，但是只能防止大颗粒灰尘进出，无法避免小颗粒灰尘进入光源壳体，降低壳体的防尘效果，影响整体的光学性能。

发明内容

本申请提供了一种荧光轮散热装置及激光电视，以解决目前荧光轮散热技术散热效果微弱、防尘效果较低的技术问题。

为了解决上述技术问题，本申请实施例公开了如下技术方案：

第一方面，本申请实施例公开了一种荧光轮散热装置，包括壳体、固定支架及制冷片，其中，

所述固定支架固定于所述壳体上，所述壳体与所述固定支架形成密闭腔体，所述荧光轮位于所述密闭腔体内；

所述荧光轮上设有荧光粉区，所述荧光粉区用于接受激光照射；所述制冷片固定于所述固定支架上，所述制冷片的冷端靠近所述荧光粉区。

第二方面，本申请实施例还公开了一种激光电视，所述光源发射的激光照射至所述荧光轮的荧光粉区；

所述荧光轮散热装置用于对所述荧光粉区进行散热，所述荧光轮散热装置为第一方面所述的散热装置。

与现有技术相比，本申请的有益效果为：

本申请提供的荧光轮散热装置包括壳体、固定支架及制冷片，其中，固定支架固定于壳体上，壳体与固定支架形成密闭腔体，荧光轮位于密闭腔体内；荧光轮上设有荧光粉区，荧光粉区用于接受激光照射；制冷片固定于固定支架上，制冷片的冷端靠近荧光粉区。

荧光轮的荧光粉区受到激光直接照射，产生高温，荧光轮处于高速旋转状态，因此荧光轮形成一个圆周形热源区域，本申请提供的散热装置，制冷片的冷端靠近荧光轮的荧光粉区，采用热传导方式，荧光轮因激光照射产生温升后，利用制冷片的制冷理论，调节制冷片冷端的温度，使制冷片冷端与荧光轮荧光粉区的温差为一定值，根据辐射传热理论，通过辐射传热，荧光轮的温度传导至制冷片上，从而直接降低荧光轮的温度，避免荧光轮因温度过高发生裂纹和开胶现象，提高荧光轮的使用寿命和可靠性；另外，壳体与固定支架形成密闭腔体，荧光轮位于密闭腔体内，密封性较好，灰尘无法进入密闭腔体，保证整体的防尘效果，从而能够保证整体的光学性能。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种荧光轮散热装置的爆炸示意图；

图2为本申请实施例提供的荧光轮散热装置中壳体的半剖结构示意图；

图3为本申请实施例提供的荧光轮散热装置中固定支架的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的荧光轮散热装置中固定支架的侧视图；

图5为本申请实施例提供的荧光轮散热装置中制冷片的结构示意图；

图6为本申请实施例提供的荧光轮散热装置中散热器的结构示意图；

图7为本申请实施例提供的荧光轮散热装置中风扇支架的结构示意图；

图8为本申请实施例提供的荧光轮散热装置的装配半剖示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

激光投影领域中，荧光轮处于密闭壳体中，工作状态的荧光轮每分钟转速高达7000转，对荧光轮旋转的转盘散热难度大。对荧光轮马达散热，通常采用热传导方式，用铜材或者铝材制作散热器，散热器对荧光轮壳体进行紧密接触，接触面涂抹导热硅脂，采用风扇强制对流对壳体进行风冷散热，间接地对荧光轮的马达进行散热。

对荧光轮旋转的转盘目前没有非常好的散热方案，有些同行业技术人员采用风冷对荧光轮本体进行散热，在荧光轮壳体适当的位置开进出风口，在进风口设置防尘过滤网，防止大颗粒灰尘进入壳体中，污染光路中的镜片和荧光轮。此种方案实现了对荧光轮本体的主动的直接的散热，用冷风带走荧光轮的热量，热风从出口由风扇吸走。

但是，冷风吹荧光轮周围环境，必然对荧光轮本体的动平衡产生影响，荧光轮处于高速旋转状态，任何细微的扰动都会影响荧光轮的工作状态；进风口的防尘过滤网，虽然配合有相应的风道管路，阻止大颗粒灰尘进出壳体，但是防尘效果没有完全密封状态壳体的可靠性强；配合软管进出风的设计结构复杂，不适用于批量生产。

为了解决上述问题，本申请实施例提供了一种荧光轮散热装置，采用热传导方式，利用制冷片制冷理论，调节制冷片冷端的温度，使得制冷片冷端与荧光轮荧光粉区的温差为一定值，根据辐射传热理论，将荧光轮的温度传导至制冷片上，直接降低了荧光轮的温度，且能够保证整体的防尘效果。

参见图1，为本申请实施例提供的一种荧光轮散热装置的爆炸示意图。

如图1所示，本申请实施例提供的荧光轮散热装置包括壳体1、固定支架4及制冷片3，其中，

固定支架4固定于壳体1上，壳体1与固定支架4形成密闭腔体，荧光轮2位于密闭腔体内。由壳体1与固定支架4构成的密封腔体能够保证荧光轮2的密封性要求，避免荧光轮2受到灰尘的影响，从而保证整体的光学性能。

为了方便形成密闭腔体，如图2所示，在壳体1内设有腔体11，腔体11的下端设有开口，安装时，将固定支架4固定安装于腔体11的开口处，通过固定支架4将腔体11的开口封住，形成了密闭腔体，保证了荧光轮2的防尘效果。

壳体1一般由对称设置的两个半壳体构成，每个半壳体包括相互垂直的壳体本体与连接件，壳体本体与连接件固定连接。组装壳体1时，两个半壳体的连接件相互接触，通过螺钉固定两个连接件。腔体11设置在壳体本体内，且该腔体11为下端开口的凹槽，固定支架4安装在开口处，在固定支架4的作用下将腔体11构成密闭腔体。

本申请实施例中，固定支架4可为密封板，将密封板通过螺钉固定安装在腔体11的开口处，从而壳体1与密封板形成密闭腔体。

为了保证密封性，固定支架4也可为三角结构，如图3、图4所示，固定支架4包括相互垂直的第一端面41与第二端面42，第一端面41与第二端面42分别与壳体1固定连接，固定支架4的第一端面41通过螺钉固定连接于壳体本体上，壳体1的连接件上设有凹槽，第二端面42可卡固在凹槽内，对固定支架4起到定位的作用，且三角结构能够提高固定支架4的稳固性，保证了密闭腔体的密封性。

荧光轮2上设有荧光粉区，荧光粉区用于接受激光照射，荧光粉区受到激光照射后，其表面的温度会升高。为降低荧光轮2的温度，在固定支架4的第一端面41上安装制冷片3，制冷片3的冷端靠近荧光粉区，通过热传导方式将荧光轮2的温度传导至制冷片3上，从而降低荧光轮2的温度。

为达到最佳导热效果，固定支架4上固定的制冷片3的冷端与荧光轮2的荧光粉区近距离接触，二者处于平行结构，最大化的利用辐射传热因素，采取最大角系数的设计，即设计制冷片3冷端与荧光轮2荧光粉区相互平行(此时二者的辐射角系数为最大值)。热辐射时计算空间目标热传递时必须重点考虑的问题，在进行辐射换热或目标表面平衡温度的计算时，必须知道物体表面的热辐射性质以及换热面之间的相互位置关系，这种位置关系可用辐射角系数来描述。辐射角系数是代表一个固定表面发射的辐射能量中到达另一个固定表面的能量所占的份额，反映了表面几何关系对辐射换热的影响，是辐射换热计算中一个必不可少的重要参数。

本申请实施例中，制冷片3冷端与荧光轮2荧光粉区的相对位置不仅限于相互平行关系，可根据实际状况进行设计调整，如当荧光轮荧光粉区的温度较低时，制冷片冷端与荧光轮荧光粉区可成一定角度，只要能通过制冷片降低荧光轮的温度，保证荧光轮的温度要求即可。

如图5所示，制冷片3上设有多个对称设置的固定孔31，固定支架4的第一端面41上设有相对应的安装孔43，通过螺钉穿过固定孔31与安装孔43，实现制冷片3与固定支架4的固定连接。

制冷片也叫热电制冷片，利用半导体材料的Peltier(帕尔贴)效应(当有电流通过金属-半导体接触的界面时，将会发热或者制冷，这种热电现象称为Peltier效应)，当直流电通过两种不同半导体材料串联成的电偶时，在电偶的两端即可分别吸收热量和放出热量，可以实现制冷的目的。即通过调整电流控制制冷片3的制冷温度，增大制冷片3与荧光轮2之间的温差，通过辐射传热，使得荧光轮2的温度传导至制冷片3上，从而降低了荧光轮2的温度。

为了方便制冷片3通电流，在壳体1上设置通孔，制冷片3的正负极通过壳体1上的通孔进行走线通电，通过调整电流控制制冷片3的制冷温度，增大制冷片冷断面和荧光轮荧光粉区之间的温差，增大二者的辐射传热效率。可选的，制冷片3为TEC制冷片。

工作时，荧光轮2的荧光粉区受到激光直接照射，产生高温，由于荧光轮2处于高速旋转状态，因此，荧光轮形成一个圆周形状热源。因此，制冷片3的冷端可靠近荧光轮2的整个荧光粉区，对整个荧光粉区进行降温。

由于荧光轮2是旋转的，制冷片3的冷端也可只靠近荧光轮2的部分荧光粉区，只对部分荧光粉区进行降温，利用荧光轮2的旋转降低整个荧光轮荧光粉区的温度。因此，壳体1的腔体11只在对应于荧光轮2的部分荧光粉区设有开口，固定有制冷片3的固定支架4固定在开口处，从而将腔体11密封为密闭腔体，以保证荧光轮的防尘效果。

荧光轮2通过辐射传热将产生的热量传导至制冷片3的冷端，热量再由制冷片3的冷端传导至制冷片3的热端，通过热端将热量散发出去。但是，制冷片自身存在电阻，当电流经过制冷片时就会产生热量，从而会影响热传递。而且，制冷片两个极板之间的热量也会通过空气和半导体材料自身进行逆向热传递，当制冷片的冷热端达到一定温差，这两种热传递的量相等时，就会达到一个平衡点，正逆向热传递相互抵消，此时冷热端的温度就不会继续发生变化。如此，就会影响制冷片冷端与荧光轮2荧光粉区的温差，影响荧光轮2的散热。

为了维持制冷片3冷端与热端的温差，可以采取散热器等方式降低热端的温度来实现。如图6所示，本申请实施例提供的散热装置还包括散热器5，散热器5包括基板52与多个散热片51，散热片51均垂直固定在基板52上，其基板52固定于固定支架4上，基板52与制冷片3的热端接触。具体地，散热器5的基板52上设有多个螺纹孔，基板52通过螺纹孔固定安装于固定支架4上，且基板52与制冷片3的热端相抵触，散热片51位于固定支架4的三角空隙内。基板52与制冷片3的热端接触，使得制冷片3的热端与基板52形成一定的温差，将热端的热量通过辐射传热方式传递至基板52上，从而降低了制冷片3热端的温度，保证了制冷片3的冷端与热端之间的热量传递。

制冷片3的热端与基板52之间的接触面上可涂上一层导热硅脂，使得热端的热量更有效的传导到基板上，再经散热片散发到周围空气中去。

本申请实施例中，散热器5使用的材料可为铝材，也可为铜材，铜材的导热性好，本领域技术人员可根据实际状况进行设计调整。

为了进一步提高散热效率，本申请实施例提供的散热装置还可包括风扇，通过风扇对散热器5进行强制对流散热。具体地，如图7所示，为了安装风扇，在壳体1上固定安装风扇支架6，风扇固定于风扇支架6上，且风扇支架6位于散热器5的一侧，如此，风扇支架6上的风扇产生的风吹到散热器5上，对散热器5上的散热片51进行强制对流散热，降低散热片51上的热量。

风扇支架6包括相互垂直的固定板61与安装板62，安装板62固定安装于壳体1上，且安装板62与壳体1的连接件相互平行，位于固定支架4的外侧；固定板61与固定支架4的三角侧面相平行，风扇产生的冷风直接吹到固定支架4内的散热片51上，对散热片51进行强制对流散热。

风扇产生的冷风吹到散热片51上，而无法进入密闭腔体上，避免了密闭腔体内的荧光轮受到冷风影响，保证了荧光轮的动平衡。

本申请实施例提供的荧光轮散热装置的散热效率受到多种因素影响，如制冷片3的冷端与荧光轮2荧光粉区之间的距离、制冷片的通电电流等，可通过模拟实验获得最优距离与最佳电流大小。

仿真模拟TEC制冷片冷端与荧光轮之间的辐射传热，设定初始参数，荧光轮面设功率为70W，荧光轮的材料选择陶瓷，陶瓷氧化铝的热导率27W/m.k，其发射率为0.8，设定荧光轮直径为80mm，TEC制冷片的材料为碲化铋，热导率为1.5W/m.k，TEC电流值为2A，极对数为100对，TEC几何因子为1.225/mm，PN结高度为1.6mm。计算荧光轮和TEC制冷片之间的角系数，风扇风量设定为15CFM，散热器材料选择Al，变量系数为荧光轮和TEC制冷片之间的距离：10、12、14、16、18、20。根据设定参数，得到的模拟结果如表1所示。

表1仿真模拟结果一

辐射距离	TEC电流(A)	荧光轮温度(℃)
			10	2	143.6
12	2	148.9
			14	2	153.6
16	2	156.2
			18	2	159.8
20	2	162.5

由模拟结果一可知，荧光轮与TEC制冷片之间的距离影响角系数，从而影响辐射传热的效率。当电流为2A时，选定最佳辐射距离为10mm。

除了制冷片与荧光轮荧光粉区的辐射距离影响传热效率外，制冷片的通电电流同样对辐射传热效率产生影响。仿真模拟TEC制冷片冷端与荧光轮之间的辐射传热，设定初始参数，荧光轮面设功率为70W，荧光轮的材料选择陶瓷，陶瓷氧化铝的热导率为27W/m.k，其发射率为0.8，设定荧光轮直径为80mm。TEC制冷片的材料为碲化铋，热导率为1.5W/m.k，极对数为100对，TEC几何因子为1.225/mm，PN结高度为1.6mm，荧光轮和TEC制冷片之间的距离为10mm。计算荧光轮和TEC制冷片之间的角系数，风扇风量设定为15CFM，散热器材料选择Al，变量系数为TEC制冷片的电流：2.2、2.4、2.6、2.8、3.0、3.2。根据设定参数，得到的模拟结果如表2所示。

表2仿真模拟结果二

由模拟结果二可知，TEC制冷片的电流增大，冷端的温度降低，辐射传热之间的温差增大，有利于提高辐射传热的效率。但是，考虑到能耗比及实际需求等因素，应合理选取TEC制冷片的电流区间。

如图8所示，根据模拟得到的制冷片冷端与荧光轮之间的最优距离、TEC制冷片的最佳通电电流组装该散热装置，使得荧光轮的整体散热效率达到最佳。

本申请实施例提供的荧光轮散热装置包括壳体、制冷片与固定支架，壳体内设有腔体，腔体的下端设有开口，腔体与固定支架形成密闭腔体，荧光轮位于密闭腔体内；荧光轮上设有荧光粉区，荧光粉区用于接受激光照射，制冷片固定于固定支架上，且制冷片的冷端靠近荧光轮的荧光粉区，通过调整制冷片通入的电流来调整制冷片冷端与荧光轮荧光粉区之间的温差，利用热传导原理，将荧光轮产生的热量传导至制冷片的冷端，制冷片的冷端再传导至制冷片的热端；在制冷片的下方设有散热器，制冷片热端的热量传导至散热器上，通过散热器将热量传递至空气中，从而降低了荧光轮的温度。散热器的一侧设有风扇，通过风扇对散热器进行强制对流散热，加强散热器的散热效率，保证散热器与制冷片热端的温差、制冷片热端与制冷片冷端的温差、制冷片冷端与荧光轮荧光粉区的温差，增大彼此之间的辐射传热效率。且荧光轮位于密闭腔体，在保证了整体防尘效果的基础上，大大提高了荧光轮的散热效率。

基于上述实施例提供的荧光轮散热装置，本申请实施例还提供了一种激光电视，该包括光源、荧光轮与荧光轮散热装置，其中，

光源发射的激光照射至荧光轮的荧光粉区，使得荧光轮的表面温度升高；荧光轮散热装置为上述实施例所述的散热装置，用于对荧光轮荧光粉区进行散热。该荧光轮散热装置通过设计新的散热装置，对荧光轮的荧光粉区实施主动降温行为，降低了荧光轮荧光粉区的温度，避免了荧光轮因温度过高发生裂纹和开胶现象，提高了荧光轮的使用寿命和可靠性。

由于上述荧光轮散热装置具有上述效果，具有该荧光轮散热装置的激光电视具有相应的效果，此处不再赘述。

由于以上实施方式均是在其他方式之上引用结合进行说明，不同实施例之间均具有相同的部分，本说明书中各个实施例之间相同、相似的部分互相参见即可。在此不再详细阐述。

需要说明的是，在本说明书中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的电路结构、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种电路结构、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，有语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的电路结构、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里发明的公开后，将容易想到本申请的其他实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由权利要求的内容指出。

以上所述的本申请实施方式并不构成对本申请保护范围的限定。

Claims (9)

1.一种荧光轮散热装置，其特征在于，包括壳体、固定支架及制冷片，其中，

所述固定支架固定于所述壳体上，所述壳体与所述固定支架形成密闭腔体，所述荧光轮位于所述密闭腔体内；

所述荧光轮上设有荧光粉区，所述荧光粉区用于接受激光照射；所述制冷片固定于所述固定支架上，所述制冷片的冷端靠近所述荧光粉区。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述壳体内设有腔体，与所述荧光粉区相对应的腔体设有开口，所述固定支架固定于所述开口处，所述腔体与所述固定支架形成密闭腔体。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述固定支架朝向所述壳体的端面上设有安装孔，所述制冷片嵌在所述安装孔内。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述固定支架包括相互垂直的第一端面与第二端面，所述第一端面与所述第二端面分别与所述壳体固定连接；

所述安装孔设置在所述第一端面上。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述制冷片的冷端与所述荧光轮的荧光粉区相互平行。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述制冷片的冷端与所述荧光轮的荧光粉区之间的距离为10-20mm。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括散热器，所述散热器包括基板与多个散热片，所述散热片均垂直固定在所述基板上；

所述基板固定于所述固定支架上，所述基板与所述制冷片的热端接触。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，还包括风扇支架，所述风扇支架固定在所述壳体上，所述风扇支架位于所述散热器的一侧。

9.一种激光电视，其特征在于，包括光源、荧光轮与荧光轮散热装置，其中，所述光源发射的激光照射至所述荧光轮的荧光粉区；

所述荧光轮散热装置用于对所述荧光粉区进行散热，所述荧光轮散热装置为权利要求1-8任一项所述的散热装置。

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