CN116224693A - 色轮组件和投影装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种色轮组件和投影装置，该色轮组件包括导热基板、波长改变装置和驱动装置，所述波长改变装置和所述驱动装置均与所述导热基板固定连接，其中，导热基板上设有通孔，导热基板的侧表面设有散热片，所述散热片凸出所述侧表面设置；波长改变装置覆盖所述导热基板的所述通孔，且与所述通孔一一对应设置。本申请实施例提供的色轮组件中波长改变层产生的热量能够通过导热透明层传递至导热基板，通过导热基板向外散发热量，提高了波长改变层的散热性能。且利用特殊的散热结构设计，与空气实现高效率的热转换，提升投影显示系统的稳定亮度输出。

Description

色轮组件和投影装置

技术领域

本申请涉及发光器件领域，尤其涉及一种色轮组件和投影装置。

背景技术

在投影显示产品中，投影显示画面的亮度是非常重要的性能参数，其中为了提高投影仪的亮度，常见的可以通过提升光源功率，这对基于LED光源的投影系统具有很好的效果，但是随着显示和照明技术的发展，LED作为光源越来越不能满足显示和照明高功率和高亮度的需求。采用固态光源如LD(Laser Diode，激光二极管)发出的激发光以激发波长改变材料的方法能够获得各种颜色的可见光，该技术越来越多的应用于照明和显示中。这种技术具有效率高、能耗少、成本低、寿命长的优势，是现有白光或者单色光光源的理想替代方案。而提升投影显示亮度常用有两个途径，一是提高激发光的功率，二是改善色轮组件的受激光出光效率。

发明内容

投影显示的需求日益增加，适时投影显示特别是环境亮度较大时，对投影显示的亮度提出了新的需求，那么提升投影显示的亮度就尤为重要。以照射波长改变材料的方式能够获得各种颜色的可见光，而提升波长改变装置的激发效率和提升激发光的功率是两种有效提升投影亮度的途径。有鉴于此，本申请实施例提供一种色轮组件和投影装置，可以提高波长改变材料的散热效率，并能针对高功率密度的激发光(UV光、蓝激光等)，实现超高效率的波长改变材料激发。

第一方面，本申请实施例提供一种色轮组件，包括导热基板、波长改变装置和驱动装置，所述波长改变装置和所述驱动装置均与所述导热基板固定连接，所述驱动装置用于驱动所述导热基板转动，其中，

所述导热基板包括相对的第一表面和第二表面，以及连接所述第一表面和第二表面的侧表面；所述导热基板上设有一个或多个通孔，所述通孔由所述第一表面穿透至所述第二表面；所述导热基板的侧表面设有散热片，所述散热片凸出所述侧表面设置；

所述波长改变装置包括波长改变层和导热透光层，所述波长改变层能够吸收激发光并发出受激光，所述导热透光层用于支撑所述波长改变层；

所述波长改变装置覆盖所述导热基板的所述通孔，且与所述通孔一一对应设置。

在一种可能的实现方式中，所述导热透光层为碳化硅层或氮化铝层或氮化硅层或金刚石层。

在一种可能的实现方式中，所述波长改变装置还包括反射层或透射层，所述导热透光层位于所述波长改变层与所述反射层或透射层之间，所述导热透光层还用于支撑所述反射层或透射层。

在一种可能的实现方式中，还包括导热粘接层，所述导热粘接层设于所述波长改变装置与所述导热基板之间，以使所述波长改变装置固定于所述导热基板上，且所述导热透光层的尺寸大于所述通孔的尺寸。

在一种可能的实现方式中，所述导热粘接层与所述导热基板的接触面积满足公式：

其中，S为所述导热粘接层与所述导热基板的接触面积，Q为所述波长改变层传递给所述导热透光层的热流量，d为所述导热粘接层的厚度，λ为所述导热粘接层的导热率，T为导热粘接层的温差阈值。

在一种可能的实现方式中，所述波长改变装置设于所述导热基板的所述第一表面上，所述波长改变层位于所述导热透光层远离所述第一表面的一侧。

在一种可能的实现方式中，还包括与所述导热基板固定连接的反射装置或透射装置，所述反射装置或透射装置用于反射或透射所述激发光。

在一种可能的实现方式中，还包括与所述导热基板固定连接的散热装置，所述散热装置设于所述通孔靠近所述导热基板的中心轴的一侧。

在一种可能的实现方式中，所述散热片与所述导热基板为一体结构。

在一种可能的实现方式中，所述波长改变层的尺寸小于或等于所述通孔的尺寸。

在一种可能的实现方式中，所述波长改变层的尺寸小于或等于所述反射层或透射层的尺寸。

在一种可能的实现方式中，所述导热基板为金属基板。

第二方面，本申请实施例提供一种投影装置，所述投影装置包括第一方面及第一方面可能的实现方式中所述的色轮组件。

本申请实施例提供的色轮组件包括波长改变装置和与波长改变装置固定连接的导热基板，波长改变装置包括波长改变层和导热透明层，这样波长改变层产生的热量能够通过导热透明层传递至导热基板，通过导热基板向外散发热量，提高了波长改变层的散热性能。且利用特殊的散热结构设计，与空气实现高效率的热转换，提升投影显示系统的稳定亮度输出。此外，本申请实施例采用导热系数高同时透过率高、吸收率低的材料(碳化硅、氮化铝、氮化硅、金刚石等)作为波长改变装置的基底材料，实现了高功能密度波长改变材料激发和高效率的波长改变装置，同时波长改变材料也不会受热饱和，极大地增加了投影显示的亮度输出稳定性。

附图说明

通过结合附图对本申请实施例进行更详细的描述，本申请的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显。附图用来提供对本申请实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请实施例一起用于解释本申请，并不构成对本申请的限制。在附图中，相同的参考标号通常代表相同部件。其中：

图1为本申请实施例提供的一种色轮组件的截面示意图；

图2为本申请实施例提供的一种色轮组件的俯视示意图；

图3为本申请实施例提供的一种色轮组件的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的另一种色轮组件的截面示意图。

101：波长改变层；102：导热透光层；103：反射层或透射层；104：导热基板；105：散热片；106：旋转轴；107：反射装置或透射装置；108：散热装置；201：第一表面；202：第二表面；203：侧表面；204：通孔。

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，而不是全部的实施例。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。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。此外，虽然本申请中公开内容按照示范性一个或几个实例来介绍，但应理解，可以就这些公开内容的各个方面也可以单独构成一个完整技术方案。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本申请实施例中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“示例地”、“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本申请中被描述为“示例”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其它实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用示例的一词旨在以具体方式呈现概念。在本申请实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。

除非另外定义，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而是仅用于区分描述。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。术语“和/或”包括一个或多个相关联的所列项目的任何和所有组合。需要理解的是，“上”、“下”、“内”、“外”、“正面”、“背面”等术语，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是具备暗示或指示意义，因此不能理解为对本申请的限制。

为了彻底理解本申请，将在下面提供详细的描述，以便阐释本申请的技术方案。本申请的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本申请还可以具有其他实施方式。

图1为本申请实施例提供的一种色轮组件的截面示意图。如图1所示，色轮组件包括固定连接的波长改变装置和导热基板104，其中，导热基板104包括相对的第一表面201和第二表面202，导热基板104上设有一个或多个通孔204，通孔204由第一表面201穿透至第二表面202；波长改变装置包括波长改变层101和导热透光层102，波长改变层101能够吸收激发光并发出受激光，导热透光层102用于支撑波长改变层101；波长改变装置覆盖导热基板104的通孔204，且与通孔204一一对应设置。如只需一个波长改变装置，则导热基板104上只需设一个通孔204，如果需要两个波长改变装置，则导热基板104上需设两个通孔204，以此类推。在一些实施例中，为了更好地避免色轮组件的失衡，可将波长改变装置在导热基板104上对称设置，此时导热基板104上的通孔204也对称设置，如图1-图3所示。需要说明的是，本申请实施例中的导热基板104为圆形，在其他一些实施例方式中，导热基板104也可为其他形状，如矩形等。

本申请实施例提供的色轮组件中的波长改变装置可通过导热基板对其进行散热，并将波长改变装置设置在导热基板的通孔处，大大提升了波长改变装置的散热效率。

继续参阅图1，波长改变装置还可包括反射层或透射层103，导热透光层102位于波长改变层101与反射层或透射层103之间，导热透光层102还用于支撑反射层或透射层103。若波长改变装置包括的是反射层，即波长改变装置为反射式波长改变装置，则波长改变层101发出的受激光会被反射层沿原路返回；若波长改变装置包括的是透射层，即波长改变装置为透射式波长改变装置，则波长改变层101发出的受激光会被透射层透射出去，本申请实施例以反射层为示例进行详细说明，即在本申请实施例中，波长改变装置包括波长改变层101、导热透光层102和反射层103，其中波长改变层101与导热透光层102之间、导热透光层102与反射层103之间紧密连接。可选地，波长改变层101与导热透光层102可使用粘接、涂覆、机械固定和卡扣等工艺进行衔接，导热透光层102与反射层103可使用涂覆、镀膜和粘贴等工艺进行衔接，本申请实施例对此不进行限制。

在工作状态，激发光照射波长改变层101后，波长改变材料被激发出受激光，受激光和部分未参与激发的激发光穿过波长改变层101后，经导热透光层102到达反射层103，然后被反射层103反射，又折返照射到波长改变层101，再次激发波长改变材料，并最终出射。

波长改变层101会受激发光照射后，激发出受激光，常见波长改变材料有荧光粉、陶瓷荧光片、玻璃荧光体等，优选为荧光粉。波长改变层101还可包含粘接剂，波长改变材料与粘接剂形成层结构，粘接剂可以是无机粘接剂、有机粘接剂或者两者的结合。有机粘接剂适于低功率的波长改变装置，制备工艺简单；但是对于高功率的波长改变装置，有机粘接剂无法长期耐受高发光强度带来的高温，本实施例采用无机粘接剂，如玻璃或透明陶瓷作为粘接剂，可以使波长改变装置在高温下仍然保持稳定。在一些实施例中，通过将无机粘接剂和波长改变材料的混合浆料在导热透光层102上烧结至软化，制得波长改变层101，波长改变层101与导热透光层102之间存在一个由于烧结而形成的连接结构，使得两者之间的结合更加紧密，从而有利于热量从波长改变层101传导至导热透光层102的过程中的界面热阻减小。

导热透光层102为承载波长改变层101和反射层103的透明层，具有良好的耐热性，导热率高，可承受高功率密度的激发光照射，如碳化硅(SiC)层或氮化铝(AIN)层或氮化硅(SiN)层或金刚石层等，具体地，可为碳化硅晶体、碳化硅陶瓷、氮化铝晶体、氮化铝陶瓷、氮化硅晶体、氮化硅陶瓷和金刚石等，其中，碳化硅、氮化铝、氮化硅材料材料包括单晶材料、多晶材料、陶瓷(存在立方晶型的材料可制备致密度高，内部气孔较少的透明陶瓷)；金刚石包括单晶材料和多晶材料。

反射层103为金属反射膜或介质反射膜，金属反射膜具有镀膜简单、反射率高、导热性能好的优点，介质反射膜的反射率可以做到99％以上，而且可以根据需要设计介质反射膜的反射波长范围。通过设计使介质反射膜透射受激光、反射激发光，从而实现利用波长改变装置获得单色受激光的效果。透过波长改变层101的部分激发光经过反射层103后再一次激发波长改变层101，实现二次激发，同时反射波长改变层101的受激光。

波长改变装置可通过导热粘接材料与导热基板104粘接在一起，在其他实施方式中，波长改变装置也可通过其他方式连接与导热基板104上，如卡接等。导热粘接材料会在波长改变装置与导热基板104之间形成一个导热粘接层(图中未示出)，波长改变层101的热量依次通过导热透光层102和导热粘接层传递至导热基板104散发出去。优选地，导热透光层102的尺寸大于通孔204的尺寸，增加波长改变装置与导热基板104的接触面积，从而加强色轮组件的导热能力。假设波长改变装置通过导热粘接层与导热基板104的接触面积为S，波长改变层101传递给导热透光层102的热流量为Q，导热粘接层的厚度为d，且导热粘接层采用的粘接材料的导热率为λ，导热粘接层的温差不能超过T(提前预设的阈值)，则可使接触面积S满足公式

从而达到更佳的散热效果。

可选地，色轮组件还可包括与导热基板104固定连接的散热装置108，散热装置108设于通孔204靠近导热基板104的中心轴的一侧，加强内圈的散热，如图4所示。散热装置108可为散热鳍片、扇叶、凸台、凸点等结构，且散热装置108可与导热基板104一体加工制成，也可作为模块化的部件，通过粘接等其他方式固定在导热基板104上，供大功率波长改变装置选用。

继续参阅图1-图3，色轮组件还可包括与导热基板104固定连接的驱动装置(图中未示出)，该驱动装置用于驱动导热基板104绕旋转轴106转动。导热基板104的侧表面还设有散热片105，散热片105凸出导热基板104的侧表面203设置，散热片105与导热基板104可为一体结构，也可通过焊接、粘接等方式将散热片连接在导热基板104的侧表面，侧表面203连接第一表面201和第二表面202。散热片105可为散热鳍片、扇叶、凸台、凸点等结构。优选地，导热基板104为金属基板，如铝合金基板等。通过设置在导热基板104外缘的散热片105，利用边缘半径较大而线速度较大，能使强迫空气的流速变快，热交换速度提升，且波长改变层热源距离散热片较近，热传递路径较短，可以快速将热源热量传递至空气，实现高速率的热量交换。

波长改变装置上的波长改变层101可包括一个或多个波长改变区域，当使用驱动装置驱动导热基板104带动波长改变装置转动时，波长改变装置上的波长改变层101可包括多个波长改变区域，或者导热基板104上设置的多个波长改变装置的波长改变层101包括不同的波长改变区域，从而产生多种不同颜色的受激光。进一步地，导热基板104上还可设置反射装置或透射装置107，用于反射或透射激发光与受激光一起进入合光系统，反射装置107可为金属基板、金属基板上粘反射镜或镀反射膜等结构，也可直接利用波长改变装置的导热透光层102和反射层103作为反射装置107，或者直接利用导热基板104，如将导热基板104的表面进行抛光处理或镀反射膜作为反射装置107；透射装置107可为导热基板104的缺口，也可为波长改变装置的导热透光层102或波长改变装置的导热透光层102和透射层103，本申请实施例对此均不进行限制。

在一个具体实施例中，波长改变装置通过导热粘接层固定在导热基板104的第一表面201上，波长改变层101位于导热透光层102远离第一表面201的一侧，且波长改变层101的尺寸小于或等于导热基板104上的通孔204的尺寸和反射层103的尺寸，波长改变层101在反射层103所在平面的投影落在反射层103区域内，散热装置108设于第二表面上。在其他实施方式中，波长改变装置也可固定于通孔204内，而不是设于导热基板104的表面上，如在通孔204的两个壁面上设有用于固定波长改变装置的卡接结构等；波长改变层101也可位于导热透光层102靠近第一表面201的一侧；波长改变层101和反射层103的尺寸均可与导热透光层102的尺寸相同；反射层103的尺寸也可小于导热透光层102的尺寸，只要反射层103的尺寸大于或等于波长改变层101的尺寸即可；散热装置108也可设于第一表面上，本申请实施例对此均不进行限制。

在该具体实施例中，工作状态下，激发光先在波长改变层101表面激发出第一出射光，然后继续传播。透过导热透光层102后，在反射层103表面反射，形成第一反射光，再一次折返照射到波长改变层101。第一反射光将再次激发出波长改变材料，部分受激光与剩余的激发光一起出射，形成第二出射光。而反射到导热透光层内部的受激光经反射层103反射后，最终也出射，形成第三出射光。

本申请实施例还提供一种投影装置，包括上述实施例涉及的色轮组件，投影装置中还包括其他组件，如激发光源等，这些组件的设置可参见相关技术，在此不再赘述。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (13)

1.一种色轮组件，其特征在于，包括导热基板、波长改变装置和驱动装置，所述波长改变装置和所述驱动装置均与所述导热基板固定连接，所述驱动装置用于驱动所述导热基板转动，其中，

所述导热基板包括相对的第一表面和第二表面，以及连接所述第一表面和第二表面的侧表面；所述导热基板上设有一个或多个通孔，所述通孔由所述第一表面穿透至所述第二表面；所述导热基板的侧表面设有散热片，所述散热片凸出所述侧表面设置；

所述波长改变装置包括波长改变层和导热透光层，所述波长改变层能够吸收激发光并发出受激光，所述导热透光层用于支撑所述波长改变层；

所述波长改变装置覆盖所述导热基板的所述通孔，且与所述通孔一一对应设置。

2.根据权利要求1所述的一种色轮组件，其特征在于，所述导热透光层为碳化硅层或氮化铝层或氮化硅层或金刚石层。

3.根据权利要求1所述的一种色轮组件，其特征在于，所述波长改变装置还包括反射层或透射层，所述导热透光层位于所述波长改变层与所述反射层或透射层之间，所述导热透光层还用于支撑所述反射层或透射层。

4.根据权利要求1所述的一种色轮组件，其特征在于，还包括导热粘接层，所述导热粘接层设于所述波长改变装置与所述导热基板之间，以使所述波长改变装置固定于所述导热基板上，且所述导热透光层的尺寸大于所述通孔的尺寸。

5.根据权利要求4所述的一种色轮组件，其特征在于，所述导热粘接层与所述导热基板的接触面积满足公式：

其中，S为所述导热粘接层与所述导热基板的接触面积，Q为所述波长改变层传递给所述导热透光层的热流量，d为所述导热粘接层的厚度，λ为所述导热粘接层的导热率，T为导热粘接层的温差阈值。

6.根据权利要求4所述的一种色轮组件，其特征在于，所述波长改变装置设于所述导热基板的所述第一表面上，所述波长改变层位于所述导热透光层远离所述第一表面的一侧。

7.根据权利要求4所述的一种色轮组件，其特征在于，还包括与所述导热基板固定连接的反射装置或透射装置，所述反射装置或透射装置用于反射或透射所述激发光。

8.根据权利要求1所述的一种色轮组件，其特征在于，还包括与所述导热基板固定连接的散热装置，所述散热装置设于所述通孔靠近所述导热基板的中心轴的一侧。

9.根据权利要求1所述的一种色轮组件，其特征在于，所述散热片与所述导热基板为一体结构。

10.根据权利要求1所述的一种色轮组件，其特征在于，所述波长改变层的尺寸小于或等于所述通孔的尺寸。

11.根据权利要求3所述的一种色轮组件，其特征在于，所述波长改变层的尺寸小于或等于所述反射层或透射层的尺寸。

12.根据权利要求1所述的一种色轮组件，其特征在于，所述导热基板为金属基板。

13.一种投影装置，其特征在于，包括权利要求1-12中任一项所述的色轮组件。

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