JPWO2018074125A1 - 光源装置および投射型表示装置 - Google Patents
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Abstract
Description
1.第1の実施の形態(複数のフィンを有するヒートシンクを備えた蛍光体ホイールを用いた光源装置)
1−1.蛍光体ホイールの構成
1−2.光源装置の構成
1−3.作用・効果
2.第2の実施の形態(セラミックス蛍光体層を備えた蛍光体ホイールの例)
3.第3の実施の形態(水ガラス蛍光体層を備えた蛍光体ホイールの例)
4.変形例1(断面視において各部材のフィンが交互に配置された例)
5.変形例2(フィンの面内における温度境界層を破壊する例)
6.第4の実施の形態(各部材のフィンの間に熱交換フィンを配置した例)
7.適用例(投射型表示装置)
8.実施例
図1は、本開示の第1の実施の形態に係る蛍光体ホイール1の構成を分解して斜視したものである。図2は、図1に示した各部材を組み合わせた場合の蛍光体ホイール1の構成を斜視的に表したものである。図3は、図2に示したI−I線における蛍光体ホイール1の断面構成を表したものである。この蛍光体ホイール1は、例えば、後述する投射型表示装置(プロジェクタ10)の光源光学系(光源装置100)を構成するもの(図11,26参照)であり、対向配置された一対の基板(ホイール基板11およびカバーガラス13)の間に蛍光体粒子を封入することで蛍光体層12を形成した、所謂バインダレス蛍光体ホイールである。本実施の形態では、ホイール基板11およびカバーガラス13には、それぞれ放熱部材(アウタースペーサ14、ホイールヒートシンク15およびガラスホルダヒートシンク16)が配設されており、それら放熱部材は、周縁部に沿って互いに離隔する複数のフィン(フィン14a,14b,15a,15b,16a,16b)が設けられた構成を有する。なお、図1、図2および図3は、蛍光体ホイール1の構成を模式的に表したものであり、実際の寸法、形状とは異なる場合がある。
蛍光体ホイール1は、円形状(例えば円板状)のホイール基板11上に、蛍光体層12およびカバーガラス13がこの順に積層された構成を有する。ホイール基板11の外縁部には、アウタースペーサ14が固定されており、ホイール基板11の背面(面S2)側の周縁部には、ホイールヒートシンク15が配設されている。カバーガラス13の表面(面S1)側の周縁部には、ガラスホルダヒートシンク16が配設されている。ホイール基板11およびカバーガラス13は、例えばインナープレート17によってモータ20にネジ21によって固定されており、例えば、軸J20を中心に回転可能となっている。
図11は、光源装置100の全体構成を表す概略図である。光源装置100は、蛍光体ホイール1と、拡散板121と、励起光またはレーザ光を発する光源部110と、レンズ112〜115と、ダイクロイックミラー116と、反射ミラー117とを有する。蛍光体ホイール1は、例えば、反射型の発光素子であり、軸J121により回転可能に支持されている。拡散板121は、軸J121により回転可能に支持されている。光源部110は、第1のレーザ群110Aと第2のレーザ群110Bとを有する。第1のレーザ群110Aは励起光(例えば、波長445nmまたは455nm)を発振する半導体レーザ素子111Aが、第2のレーザ群110Bは青色レーザ光(例えば、波長465nm)を発振する半導体レーザ素子111Bが複数配列されたものである。ここでは便宜上、第1のレーザ群110Aから発振される励起光をEL1とし、第2のレーザ群110Bから発振される青色レーザ光(以下、単に青色光とする)をEL2とする。
前述したように、近年、プロジェクタの光源光学系として、半導体レーザ(LD)と蛍光体とを用いた発光デバイス(光源装置)が用いられている。この発光デバイスでは、LDを光源とし、このLDから出射された光によって蛍光体を励起して、黄色光または白色光を取り出している。この発光デバイスは、回転可能なホイール基板上に蛍光体層が設けられた、いわゆる蛍光体ホイールと呼ばれる構造を有する。
図12は、本開示の第2の実施の形態に係る蛍光体ホイール2の構成を分解して斜視したものである。この蛍光体ホイール2は、第1の実施の形態における蛍光体ホイール1と同様に、例えば、投射型表示装置(プロジェクタ10)の光源光学系(光源装置100)を構成するもの(図11,26参照)である。本実施の形態では、所謂セラミックス蛍光体によって蛍光体層22を形成している点が、上記第1の実施の形態とは異なる。なお、図12は、蛍光体ホイール2の構成を模式的に表したものであり、実際の寸法、形状とは異なる場合がある。
図14は、本開示の第3の実施の形態に係る蛍光体ホイール3の構成を分解して斜視したものである。この蛍光体ホイール3は、第1の実施の形態における蛍光体ホイール1等と同様に、例えば、投射型表示装置(プロジェクタ10)の光源光学系(光源装置100)を構成するもの(図11,26参照)である。本実施の形態では、蛍光体粒子をバインダにより互いに結合させて形成した蛍光体層32を用いた点が上記第1の実施の形態および第2の実施の形態とは異なる。なお、図14は、蛍光体ホイール3の構成を模式的に表したものであり、実際の寸法、形状とは異なる場合がある。
図15Aは、本開示の変形例1に係る蛍光体ホイール4の断面構成を表したものである。図15Bは、本変形例の蛍光体ホイール4を分解して斜視したものである。この蛍光体ホイール4は、例えば、投射型表示装置(プロジェクタ10)の光源光学系(光源装置100)を構成するもの(図11,26参照)であり、例えばセラミックス蛍光体によって構成された蛍光体層22を備えたものである。本変形例では、蛍光体ホイール4の放熱部材である、アウタースペーサ44、ホイールヒートシンク45およびガラスホルダヒートシンク46の周縁部にそれぞれ設けられたフィン44aとフィン44b、フィン45aとフィン45bおよびフィン46aとフィン46bの段差が、上記第1の実施の形態等よりも大きく形成されている。
図17Aは、本開示の変形例2に係る蛍光体ホイール5の構成を斜視的に表したものである。図17Bは、図17Aに示したガラスホルダヒートシンク56のフィン56bを拡大して模式的に表したものである。蛍光体ホイール5は、上記実施の形態と同様に、蛍光体層12を間に対向配置された一対の薄板からなる基材(ホイール基板11およびカバーガラス13)の一方の基材(カバーガラス13)に、周縁部に沿って離隔して配置された複数のフィン56bを有するガラスホルダヒートシンク56が配設された構成を有するものである。本変形例では、フィン56bの表面に1または複数の凹凸構造(例えば、凹部56X)が形成されている点が上記実施の形態とは異なる。なお、図17Aおよび図17Bは、蛍光体ホイール5の構成および凹部56Xの形状を模式的に表したものであり、実際の寸法、形状とは異なる場合がある。
図19は、本開示の第4の実施の形態に係る蛍光体ホイール6の外観を斜視したものである。図20は、図19に示したII−II線における蛍光体ホイール6の断面構成を表したものである。この蛍光体ホイール6は、例えば、投射型表示装置(プロジェクタ10)の光源光学系(光源装置100)を構成するもの(図11,26参照)であり、対向配置された一対の基板(ホイール基板11およびカバーガラス13)の間に蛍光体粒子を封入することで蛍光体層12を形成した、所謂バインダレス蛍光体ホイールである。本実施の形態では、蛍光体ホイール6は、例えば筐体60に収容され、各放熱部材の各フィン14a,14b、15a,15b,16a,16bの間と、ホイールヒートシンク15の背面およびガラスホルダヒートシンク16の前面に、熱交換フィン61(61a,61b,61c,61d,61e1,61e2)が配置された構成を有する。この熱交換フィン61は、例えば筐体60によって保持されている。なお、図19および図20は、蛍光体ホイール1の構成を模式的に表したものであり、実際の寸法、形状とは異なる場合がある。
次に、図27を参照して、蛍光体ホイール1を有する光源装置100を備えたプロジェクタ10について説明する。図27は、光源装置100を光源光学系として備えたプロジェクタ10の全体構成を表す概略図である。なお、以下では、反射型の液晶パネル(LCD)により光変調を行う反射型3LCD方式のプロジェクタを例示して説明する。しかしながら、蛍光体ホイール1は、反射型液晶パネルの代わりに、透過型液晶パネルやデジタル・マイクロミラー・デバイス(DMD:Digital Micro-mirror Device)等を用いたプロジェクタにも適用され得る。
続いて、図7および図27を参照して、光源装置100を含めたプロジェクタ10の動作について説明する。
実験例として各種蛍光体ホイールを作製した。実験例1は、蛍光体粒子とバインダとを混合してホイール基板上に蛍光体層を固着形成した、一般的な蛍光体ホイールであり、ガラスヒートシンクおよびホイールヒートシンクが設けられていないものである。実験例2は、バインダレス蛍光体ホイールであり、一対の基材(ホイール基板およびカバーガラス)の間に蛍光体粒子からなる蛍光体層が設けられた構成を有する。また、ホイール基板およびカバーガラスの周囲には、スリットや、上記実施の形態等で説明したような複数のフィンが形成されていない、一般的なヒートシンクを配設したものである。実験例3は、実験例2の構成に加えて、カバーガラス13の周囲に、上記実施の形態における、周縁部にフィン16bを有するガラスホルダヒートシンク16を配設したものである。また、ホイール基板の周縁には、周縁部に複数のスリットが形成されたアウタースペーサが配設されている。実験例4は、実験例3の構成に加えて、ホイール基板11の周囲に、オフセット構造を有するホイールヒートシンク15を配設したものである。
(1)
光源部および前記光源部からの光により励起されて蛍光を発する発光素子を有し、
前記発光素子は、
第1の基材と、
前記第1の基材の一の面に設けられた蛍光体層と、
前記第1の基材に配設された第1の放熱部材とを備え、
前記第1の放熱部材は、周縁部に沿って離隔して配置された複数のフィンを有する
光源装置。
(2)
前記第1の放熱部材は、前記複数のフィンとして第1のフィンおよび第2のフィンを有し、
前記第1のフィンと記第2のフィンとは段差を有する、前記(1)に記載の光源装置。(3)
前記第1のフィンおよび前記第2のフィンは、前記第1の放熱部材の周縁部に沿って交互に配置されている、前記(2)に記載の光源装置。
(4)
前記第1の基材は円板形状を有し、
前記第1の放熱部材は、円板形状を有すると共に、前記第1の基材の周縁部に配設されており、
前記複数のフィンは、前記第1の放熱部材の外周に沿って設けられている、前記(1)乃至(3)のうちのいずれかに記載の光源装置。
(5)
前記複数のフィンは、表面に1または2以上の凹凸構造をそれぞれ有する、前記(1)乃至(4)のうちのいずれかに記載の光源装置。
(6)
前記発光素子は、前記第1の基材の前記一の面とは反対側の他の面に第2の放熱部材を有する、前記(1)乃至(5)のうちのいずれかに記載の光源装置。
(7)
前記第2の放熱部材は、周縁部に沿って離隔して配置された複数のフィンを有する、前記(6)に記載の光源装置。
(8)
前記第2の放熱部材は、前記複数のフィンとして第3のフィンおよび第4のフィンを有し、
前記第3のフィンと記第4のフィンとは段差を有する、前記(7)に記載の光源装置。(9)
前記発光素子は、前記蛍光体層を間にして前記第1の基材と対向配置される第2の基材を有する、前記(1)乃至(8)のうちのいずれかに記載の光源装置。
(10)
前記第2の基材は、前記蛍光体層とは反対側の面に第3の放熱部材を有する、前記(9)に記載の光源装置。
(11)
前記第3の放熱部材は、周縁部に沿って離隔して配置された複数のフィンを有する、前記(10)に記載の光源装置。
(12)
前記第3の放熱部材は、複数のフィンとして第5のフィンおよび第6のフィンを有し、
前記第5のフィンと記第6のフィンとは段差を有する、前記(11)に記載の光源装置。
(13)
前記発光素子は、
前記第1の基材の周縁部に設けられると共に、段差を有する第1のフィンおよび第2のフィンを有する第1の放熱部材と、
前記第1の基材の前記一の面とは反対側の他の面に設けられ、段差を有する第3のフィンおよび第4のフィンを有する第2の放熱部材とを有し、
前記第1のフィン、前記第3のフィン、前記第2のフィンおよび前記第4のフィンは、断面視においてこの順に配置されている、前記(1)乃至(12)のうちのいずれかに記載の光源装置。
(14)
前記発光素子は、
前記第1の基材の周縁部に設けられると共に、段差を有する第1のフィンおよび第2のフィンを有する第1の放熱部材と、
前記蛍光体層を間にして前記第1の基材と対向配置され、前記蛍光体層とは反対側の面に設けられた第2の基材の、前記蛍光体層とは反対側の面に設けられると共に、段差を有する第5のフィンおよび第6のフィンを有する第3の放熱部材とを有し、
前記第5のフィン、前記第6のフィン、前記第1のフィンおよび前記第2のフィンは、断面視においてこの順に配置されている、前記(1)乃至(13)のうちのいずれかに記載の光源装置。
(15)
前記発光素子は、前記第1の基材の前記一の面とは反対側の他の面に第2の放熱部材を有し、
前記第1の放熱部材と前記第2の放熱部材との間には、第1の熱交換フィンが配置されている、前記(1)乃至(14)のうちのいずれかに記載の光源装置。
(16)
前記発光素子は、前記第1の放熱部材と、前記第1の基材の前記一の面とは反対側の他の面に設けられた第2の放熱部材と、前記蛍光体層を間にして前記第1の基材と対向配置され、前記蛍光体層とは反対側の面に設けられた第2の基材の、前記蛍光体層とは反対側の面に設けられると共に、段差を有する第5のフィンおよび第6のフィンを有する第3の放熱部材とを有し、
前記第1の放熱部材は、段差を有する第1のフィンおよび第2のフィンを有し、
前記第2の放熱部材は、段差を有する第3のフィンおよび第4のフィンを有し、
前記第3の放熱部材は、段差を有する第5のフィンおよび第6のフィンを有し、
前記第1のフィンと前記第2のフィンとの間には第2の熱交換フィンが配置され、
前記第3のフィンと前記第4のフィンとの間には第3の熱交換フィンが配置され、
前記第5のフィンと前記第6のフィンとの間には第4の熱交換フィンが配置されている、前記(15)に記載の光源装置。
(17)
前記第2の放熱部材の、前記第1の基材とは反対側に、第5の熱交換フィンが配置され、
前記第3の放熱部材の、前記第2の基材の前記蛍光体層とは反対側に、第6の熱交換フィンが配置されている、前記(16)に記載の光源装置。
(18)
前記発光素子は筐体に収容され、
前記第1の熱交換フィン、前記第2の熱交換フィン、前記第3の熱交換フィン、前記第4の熱交換フィン、前記第5の熱交換フィンおよび前記第6の熱交換フィンは、前記筐体によって保持されている、前記(17)に記載の光源装置。
(19)
光源部および発光素子を有する光源光学系と、
入力された映像信号に基づいて前記光源光学系からの光を変調することにより、画像光を生成する画像生成光学系と、
前記画像生成光学系で生成された画像光を投射する投射光学系とを備え、
前記発光素子は、
光源部および前記光源部からの光により励起されて蛍光を発する発光素子を有し、
前記発光素子は、
第1の基材と、
前記第1の基材の一の面に設けられた蛍光体層と、
前記第1の基材に配設された第1の放熱部材とを備え、
前記第1の放熱部材は、周縁部に沿って離隔して配置された複数のフィンを有する
投射型表示装置。
Claims (19)
- 光源部および前記光源部からの光により励起されて蛍光を発する発光素子を有し、
前記発光素子は、
第1の基材と、
前記第1の基材の一の面に設けられた蛍光体層と、
前記第1の基材に配設された第1の放熱部材とを備え、
前記第1の放熱部材は、周縁部に沿って離隔して配置された複数のフィンを有する
光源装置。 - 前記第1の放熱部材は、前記複数のフィンとして第1のフィンおよび第2のフィンを有し、
前記第1のフィンと記第2のフィンとは段差を有する、請求項1に記載の光源装置。 - 前記第1のフィンおよび前記第2のフィンは、前記第1の放熱部材の周縁部に沿って交互に配置されている、請求項2に記載の光源装置。
- 前記第1の基材は円板形状を有し、
前記第1の放熱部材は、円板形状を有すると共に、前記第1の基材の周縁部に配設されており、
前記複数のフィンは、前記第1の放熱部材の外周に沿って設けられている、請求項1に記載の光源装置。 - 前記複数のフィンは、表面に1または2以上の凹凸構造をそれぞれ有する、請求項1に記載の光源装置。
- 前記発光素子は、前記第1の基材の前記一の面とは反対側の他の面に第2の放熱部材を有する、請求項1に記載の光源装置。
- 前記第2の放熱部材は、周縁部に沿って離隔して配置された複数のフィンを有する、請求項6に記載の光源装置。
- 前記第2の放熱部材は、前記複数のフィンとして第3のフィンおよび第4のフィンを有し、
前記第3のフィンと記第4のフィンとは段差を有する、請求項7に記載の光源装置。 - 前記発光素子は、前記蛍光体層を間にして前記第1の基材と対向配置される第2の基材を有する、請求項1に記載の光源装置。
- 前記第2の基材は、前記蛍光体層とは反対側の面に第3の放熱部材を有する、請求項9に記載の光源装置。
- 前記第3の放熱部材は、周縁部に沿って離隔して配置された複数のフィンを有する、請求項10に記載の光源装置。
- 前記第3の放熱部材は、複数のフィンとして第5のフィンおよび第6のフィンを有し、
前記第5のフィンと記第6のフィンとは段差を有する、請求項11に記載の光源装置。 - 前記発光素子は、
前記第1の基材の周縁部に設けられると共に、段差を有する第1のフィンおよび第2のフィンを有する第1の放熱部材と、
前記第1の基材の前記一の面とは反対側の他の面に設けられ、段差を有する第3のフィンおよび第4のフィンを有する第2の放熱部材とを有し、
前記第1のフィン、前記第3のフィン、前記第2のフィンおよび前記第4のフィンは、断面視においてこの順に配置されている、請求項1に記載の光源装置。 - 前記発光素子は、
前記第1の基材の周縁部に設けられると共に、段差を有する第1のフィンおよび第2のフィンを有する第1の放熱部材と、
前記蛍光体層を間にして前記第1の基材と対向配置され、前記蛍光体層とは反対側の面に設けられた第2の基材の、前記蛍光体層とは反対側の面に設けられると共に、段差を有する第5のフィンおよび第6のフィンを有する第3の放熱部材とを有し、
前記第5のフィン、前記第6のフィン、前記第1のフィンおよび前記第2のフィンは、断面視においてこの順に配置されている、請求項1に記載の光源装置。 - 前記発光素子は、前記第1の基材の前記一の面とは反対側の他の面に第2の放熱部材を有し、
前記第1の放熱部材と前記第2の放熱部材との間には、第1の熱交換フィンが配置されている、請求項1に記載の光源装置。 - 前記発光素子は、前記第1の放熱部材と、前記第1の基材の前記一の面とは反対側の他の面に設けられた第2の放熱部材と、前記蛍光体層を間にして前記第1の基材と対向配置され、前記蛍光体層とは反対側の面に設けられた第2の基材の、前記蛍光体層とは反対側の面に設けられると共に、段差を有する第5のフィンおよび第6のフィンを有する第3の放熱部材とを有し、
前記第1の放熱部材は、段差を有する第1のフィンおよび第2のフィンを有し、
前記第2の放熱部材は、段差を有する第3のフィンおよび第4のフィンを有し、
前記第3の放熱部材は、段差を有する第5のフィンおよび第6のフィンを有し、
前記第1のフィンと前記第2のフィンとの間には第2の熱交換フィンが配置され、
前記第3のフィンと前記第4のフィンとの間には第3の熱交換フィンが配置され、
前記第5のフィンと前記第6のフィンとの間には第4の熱交換フィンが配置されている、請求項15に記載の光源装置。 - 前記第2の放熱部材の、前記第1の基材とは反対側に、第5の熱交換フィンが配置され、
前記第3の放熱部材の、前記第2の基材の前記蛍光体層とは反対側に、第6の熱交換フィンが配置されている、請求項16に記載の光源装置。 - 前記発光素子は筐体に収容され、
前記第1の熱交換フィン、前記第2の熱交換フィン、前記第3の熱交換フィン、前記第4の熱交換フィン、前記第5の熱交換フィンおよび前記第6の熱交換フィンは、前記筐体によって保持されている、請求項17に記載の光源装置。 - 光源部および発光素子を有する光源光学系と、
入力された映像信号に基づいて前記光源光学系からの光を変調することにより、画像光を生成する画像生成光学系と、
前記画像生成光学系で生成された画像光を投射する投射光学系とを備え、
前記発光素子は、
光源部および前記光源部からの光により励起されて蛍光を発する発光素子を有し、
前記発光素子は、
第1の基材と、
前記第1の基材の一の面に設けられた蛍光体層と、
前記第1の基材に配設された第1の放熱部材とを備え、
前記第1の放熱部材は、周縁部に沿って離隔して配置された複数のフィンを有する
投射型表示装置。
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