JP2019091011A - Phosphor wheel and light conversion device including the same - Google Patents
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Abstract
【課題】光の波長変換効率に影響を与えることなく、冷却性能を向上させた蛍光体ホイールおよびこれを備えた光変換装置を提供する。【解決手段】蛍光体ホイール13は、回転軸Xを中心として回転される円盤状部材30と、円盤状部材30の第1の面13aに配置された蛍光体層16と、を備える。円盤状部材30は、密閉空間を形成する中空箱体構造を有する。密閉空間に、所定温度以上で液体状態から気体状態に気化し、液体状態のときに密閉空間の容積よりも小さい体積を有する冷媒が封入されている。【選択図】図9A phosphor wheel with improved cooling performance without affecting the wavelength conversion efficiency of light and a light conversion device including the same are provided. A phosphor wheel 13 includes a disk-shaped member 30 that is rotated about a rotation axis X, and a phosphor layer 16 that is disposed on a first surface 13a of the disk-shaped member 30. The disk-shaped member 30 has a hollow box structure that forms a sealed space. A refrigerant having a volume smaller than the volume of the sealed space is sealed in the sealed space when the liquid state vaporizes from a liquid state to a gas state at a predetermined temperature or higher. [Selection] Figure 9
Description
本開示は、蛍光体ホイールおよびこれを備えた光変換装置に関する。 The present disclosure relates to a phosphor wheel and a light conversion device provided with the same.
プロジェクションマッピング等で利用される投射型表示装置では、光の波長を変換する装置として、例えば円板の一方の面に蛍光体層を配置した蛍光体ホイールが広く用いられている。蛍光体層は、照射された例えば青色レーザ光を緑色や橙色の光に波長変換するが、変換する際に多量の熱を発生する。そのため、適切に冷却を行う必要がある。 In a projection type display device used for projection mapping or the like, for example, a phosphor wheel in which a phosphor layer is disposed on one surface of a disk is widely used as a device for converting the wavelength of light. The phosphor layer wavelength-converts the irradiated, for example, blue laser light into green or orange light, but generates a large amount of heat when converting. Therefore, it is necessary to perform cooling appropriately.
特許文献1は、蛍光体ホイールを開示している。この蛍光体ホイールでは、円板の一方の面に密封筐体が備えられている。密封筐体の中には多数の蛍光体粒子及び冷媒が封入されている。また、密封筐体の内部には、波長変換の際の熱で気化した冷媒が流動可能な気体流動領域と、液化した冷媒が流動可能な複数の微細流路を有する流動部が構成されている。微細流路は、蛍光体粒子間の空隙によって形成されている。
特許文献1の蛍光体ホイールでは、微細流路を形成するために蛍光体粒子間に空隙が必要であるため、空隙を設けない場合よりも、蛍光体粒子の密度が低くなり、面積当たりの波長変換効率が低くなる。
In the phosphor wheel of
本開示は、光の波長変換効率に影響を与えることなく、冷却性能を向上させた蛍光体ホイールおよびこれを備えた光変換装置を提供する。 The present disclosure provides a phosphor wheel with improved cooling performance without affecting the wavelength conversion efficiency of light, and a light conversion device including the same.
本開示における蛍光体ホイールは、
回転軸を中心として回転される円盤状部材と、
円盤状部材の一方の面に配置された蛍光体層と、を備える。
円盤状部材は、密閉空間を形成する中空箱体構造を有する。
密閉空間に、所定温度以上で液体状態から気体状態に気化し、液体状態のときに密閉空間の容積よりも小さい体積を有する冷媒が封入されている。
The phosphor wheel in the present disclosure is
A disc-shaped member which is rotated about a rotation axis;
And a phosphor layer disposed on one side of the disk-like member.
The disk-like member has a hollow box structure that forms a closed space.
In the sealed space, a refrigerant which is vaporized from a liquid state to a gas state at a predetermined temperature or higher and has a volume smaller than the volume of the sealed space in the liquid state is sealed.
本開示ではさらに、本開示における蛍光体ホイールを備えた光変換装置が提供される。 The present disclosure further provides a light conversion device comprising the phosphor wheel in the present disclosure.
本開示によれば、変換効率に影響を与えることなく、冷却性能を向上させた蛍光体ホイールおよびこれを備えた光変換装置を提供できる。 According to the present disclosure, it is possible to provide a phosphor wheel with improved cooling performance and a light conversion device including the same without affecting the conversion efficiency.
以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。ただし、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。 Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the drawings as appropriate. However, more detailed description than necessary may be omitted. For example, detailed description of already well-known matters and redundant description of substantially the same configuration may be omitted. This is to avoid unnecessary redundancy in the following description and to facilitate understanding by those skilled in the art.
なお、出願人は、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供するのであって、これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。 In addition, applicants provide the attached drawings and the following description so that those skilled in the art can fully understand the present disclosure, and intend to limit the subject matter described in the claims by these. Absent.
(実施の形態1)
本開示の一実施の形態に係る蛍光体ホイールを搭載した蛍光体ホイール装置、光変換装置、プロジェクタ(投射型表示装置)100について説明する。
A phosphor wheel device equipped with a phosphor wheel according to an embodiment of the present disclosure, a light conversion device, and a projector (projection display device) 100 will be described.
1.構成
1−1.プロジェクタの構成
図1は、本開示の実施の形態1に係るプロジェクタの概略構成を示す図である。なお、図1は、本開示の蛍光体ホイールを適用したプロジェクタ(投射型表示装置の一例)を示しており、本開示の蛍光体ホイールは、他の構成を有する投射型表示装置にも適用可能である。
1. Configuration 1-1. Configuration of Projector FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a projector according to the first embodiment of the present disclosure. FIG. 1 shows a projector (an example of a projection type display device) to which the phosphor wheel of the present disclosure is applied, and the phosphor wheel of the present disclosure can also be applied to projection type display devices having other configurations. It is.
プロジェクタ100は、映像信号に応じて光を変調する1つの空間光変調素子(例えば、DMD(digital mirror device)7(表示素子))を搭載したDLP(Digital Light Processing)方式の映像表示装置であって、青色LD(レーザダイオード)2a,2b(光源)と、各種光学部品、レーザ光によって励起された蛍光を出射する蛍光体ホイール装置10を含む光変換装置20を備えている。
The
なお、本実施の形態のプロジェクタ100は、R・G・Bの3原色に対応する3つのDMD7を搭載した3チップDLP方式を採用しているが、図1では説明の便宜上、1つのDMD7だけを示している。
Although
本実施の形態のプロジェクタ100は、図1に示すように、光源として、2つの青色LD2a,2b、光学部品として、分離ミラー3a、ミラー3b,3c、ダイクロイックミラー3d、ミラー3e,3f,3g、レンズ4a〜4h、ロッドインテグレータ5、TIR(全反射)プリズム6a、カラープリズム6b、DMD7、および投射レンズ8、および光変換装置20を備えている。
In the
青色LD2a,2bは、プロジェクタ100の光源であって、縦横それぞれ複数(m×n個)のLDを含むように構成されており、互いに直交する向きで配置されている。これにより、青色LD2a,2bから出射される光は、互いに直交する方向に進む。
分離ミラー3aは、2つの青色LD2a,2bから出射されたレーザ光が交差する交点付近に設けられており、それぞれの青色LD2a,2bから出射されたレーザ光を2方向へ分離する。
The
The
ミラー3b,3cは、分離ミラー3aによって分離された2方向に進むレーザ光の進行方向を、それぞれ90度変換する。
The
ダイクロイックミラー3dは、特殊な光学素材を用いて構成されており、特定の波長の光を反射するとともに、その他の波長の光を透過させる。本実施の形態では、青色LD2a,2bから出射された青色レーザ光を透過させるとともに、後述する蛍光体ホイール装置10において青色レーザ光が変換された赤色光、緑色光を反射する。
The
ミラー3e,3f,3gは、ダイクロイックミラー3dを透過、あるいは反射してきたR・G・Bの3原色の光を、最下流側に配置された投射レンズ8へと導く。
The
レンズ4a〜4hは、光源としての青色LD2a,2bから出射された青色レーザ光、蛍光体ホイール装置10において青色レーザ光を変換して得られる赤色光、緑色光を、集光あるいは平行化する。
The
ロッドインテグレータ5は、入射光の照度を均一化する。ロッドインテグレータ5に入射された光は、ロッドインテグレータ5の内周面において全反射を繰り返し、出射面において均一な照度分布となって出射される。ロッドインテグレータ5は、ミラー3eにおいて反射した光が入射する位置に設けられる。
The
TIR(全反射)プリズム6aは、全反射を利用して、入射してきた光の進行方向を変換する。
The TIR (total reflection)
カラープリズム6bは、入射してきた光を、R・G・Bの3原色に分離して、下流側に配置された各色に対応する3つのDMD7に反射させる。
The
DMD7は、R・G・Bの3原色の1色ずつに対応するように3つ設けられている。そして、DMD7は、入射される光を映像信号で変調し、変調した光を、カラープリズム6b及びTIR(全反射)プリズム6aを介して投射レンズ8に対して出射する。
Three DMDs 7 are provided to correspond to one of the three primary colors of R, G, and B, respectively. Then, the DMD 7 modulates the incident light with a video signal, and emits the modulated light to the
投射レンズ8は、プロジェクタ100に搭載された光学部品の最下流側に配置されており、TIRプリズム6a、DMD7、カラープリズム6bを介して入射された光を、図示しないスクリーンに拡大して投射する。
The
光変換装置20は、後述する青色LD2a,2bから照射された青色レーザ光を、蛍光体によって赤色光と緑色光とに変換する装置であって、蛍光体ホイール装置10を備えている。なお、蛍光体ホイール装置10を含む光変換装置20の構成については、後段において詳述する。
The
<プロジェクタ100による映像の投影>
2つの青色LD2a,2bから出射されたレーザ光は、その2本のレーザ光の交点付近に配置された分離ミラー3aによって、2方向に振り分けられる。
<Projection of Image by
The laser beams emitted from the two
そのうち、第1の青色レーザ光は、レンズ4c、ミラー3c、レンズ4dを介して、ダイクロイックミラー3dを通過する。その後、レンズ4eを通過した後、ミラー3eにおいて90度方向に反射されて、ロッドインテグレータ5へ入射する。
Among them, the first blue laser light passes through the
第2の青色レーザ光は、レンズ4a、ミラー3b、レンズ4bを介して、ダイクロイックミラー3dを通過して、蛍光体ホイール装置10の蛍光体ホイール13の蛍光体層16に照射される。このとき、第2の青色レーザ光は、蛍光体層16の赤色蛍光体および緑色蛍光体をそれぞれ励起させて赤色光と緑色光とに変換される。
The second blue laser light passes through the
このとき、蛍光体ホイール13は、モータ14によって回転駆動することでエネルギーが分散されているため、青色レーザ光が赤色蛍光体および緑色蛍光体を照射する際の焼き付きを防止することができる。
At this time, the energy is dispersed by rotating and driving the
変換された赤色光および緑色光は、ダイクロイックミラー3dにおいて90度方向に反射されてロッドインテグレータ5へ入射する。
The converted red light and green light are reflected by the
R・G・Bの3原色の光は、ロッドインテグレータ5において混合され、レンズ4f、ミラー3f,3g、レンズ4hを介して、TIRプリズム6aの境界層に入射する。TIRプリズム6aでは、全反射角であるため、R・G・Bの3原色の光は反射されてカラープリズム6bへ進む。
The lights of the three primary colors R, G, and B are mixed in the
カラープリズム6bでは、R・G・Bの3原色に分離された光が、それぞれ3個のDMD7に入射する。
In the
DMD7において画像を形成して反射された光線は、カラープリズム6bによって合成され、TIRプリズム6aの境界層を通過し、投射レンズ8に入射して、投影画面上へ映像が投影される。
The light beams that form and reflect an image in the DMD 7 are combined by the
本実施の形態のプロジェクタ100では、励起光源としての青色LD2a,2bから出射される青色レーザ光は、蛍光体ホイール13の表面に設けられた蛍光体層16に含まれる赤色蛍光体および緑色蛍光体を励起して、赤色光および緑色光を生じさせる。このとき、青色レーザ光の全てのエネルギーが蛍光発光に変換されるのではなく、その一部が熱エネルギーに変換されて、赤色蛍光体および緑色蛍光体の温度を上昇させてしまう。
In the
ここで、蛍光体は、温度が上昇すると光変換効率が低下したり、蛍光体を蛍光体ホイール13上に固定して蛍光体層16を形成するバインダが熱変色等を起こしたりしてしまうおそれがある。このため、蛍光体ホイール13をモータ14によって回転駆動させることで、蛍光体の温度上昇を抑制している。
Here, when the temperature rises, the phosphor may decrease the light conversion efficiency, or the binder that fixes the phosphor on the
しかしながら、プロジェクタ100の高輝度化に伴って励起光(レーザ光)の出力も強くなり、蛍光体ホイール13を回転させるだけでは、蛍光体層16及びその周囲の部分を十分に冷却できないため、蛍光体層16及びその周囲の部分に冷却風を当てて蛍光体を積極的に冷却する必要がある。
However, the output of the excitation light (laser light) also becomes stronger as the brightness of the
そのため、本実施の形態では、蛍光体ホイール13自体に冷却手段を設けているが、その詳細については後段にて詳述する。
Therefore, in the present embodiment, the
1−2.光変換装置の構成
図2、図3、図4A、図4Bを参照して光変換装置の構成について説明する。図2は、光変換装置20の要部の構造を示す断面図である。図3は、光変換装置20の外観斜視図である。図4Aは、光変換装置の内部に配置された吸熱器と、吸熱器に熱的に接続された排熱器の構成を示す斜視図である。図4Bは、図4Aの吸熱器及び排熱器の平面図である。
1-2. Configuration of Light Conversion Device The configuration of the light conversion device will be described with reference to FIG. 2, FIG. 3, FIG. 4A, and FIG. 4B. FIG. 2 is a cross-sectional view showing the structure of the main part of the
光変換装置20は、図2に示すように、後述する蛍光体ホイール装置10、吸熱器21、排熱器22、光学レンズ23、およびヒートパイプ24を備えている。
As shown in FIG. 2, the
蛍光体ホイール装置10は、青色LD2a,2bから出射された青色レーザ光を蛍光体に照射することで、赤色光と緑色光とに変換する。なお、蛍光体ホイール装置10の詳細な構成については、後段において詳述する。
The
吸熱器21は、図2に示すように、蛍光体ホイール装置10のケース部11の内部に配置されている。そして、吸熱器21は、光変換装置20内に形成される空気流が通過するフィン構造を有しており、蛍光体ホイール13の蛍光体層16において生じた熱を含む空気流から熱を吸収する。そして、吸熱器21は、図3に示す蛍光体ホイール装置10のケース部11に含まれる外筒部11b、底部11dにネジを用いて固定されている。また、吸熱器21は、図4Aおよび図4Bに示すように、複数のフィン21aを有し、ヒートパイプ24を介して、排熱器22と熱的に接続されている。
The
複数のフィン21aは、熱伝導率の高い金属によって構成されており、図4Bに示すように、平面視において放射状に配置されている。
The plurality of
これにより、蛍光体ホイール13の中心付近に吹き付けられた空気流を径方向外側へ誘導することができる。誘導される際に、空気流は、吸熱器21の壁部21bと蛍光体ホイール13との間の連通部11gを通って、蛍光体ホイール13において蛍光体層16が配置されている外周部の裏面側を通過するため、蛍光体において生じる熱を効率よく冷却することができる。
Thereby, the air flow blown to the vicinity of the center of the
また、複数のフィン21aの間を空気流が通過した際に、空気流に含まれる熱がフィン21a側へ移動することで、空気流の温度を低下させることができる。
In addition, when the air flow passes between the plurality of
排熱器22は、図2に示すように、蛍光体ホイール装置10のケース部11の外部に配置されている。そして、排熱器22は、図3等に示すように、ヒートパイプ24を介して、吸熱器21と熱的に接続されており、吸熱器21において吸熱した空気流の熱を、ケース部11の外へ排熱する。また、排熱器22は、外周面に配置された複数のフィン22aを含むフィン構造を有している。
The
複数のフィン22aは、熱伝導率の高い金属によって構成されており、図4Aおよび図4Bに示すように、ヒートパイプ24の長手方向に直交する方向に沿って複数配置されており、ケース部11の外部の空気に対して排熱する。
The plurality of
光学レンズ23は、図2および図3に示すように、ケース部11の蓋部11aに形成された開口部分に、光学レンズ保持部品23aを介して取り付けられている。そして、光学レンズ23は、図1に示すように、蛍光体ホイール13の蛍光体層16の蛍光体を励起させる励起光を通過させるとともに、蛍光体層16の蛍光体から発せられた光を集光して、ダイクロイックミラー3dの方向へ導く。
The
ヒートパイプ24は、図4Aおよび図4Bに示すように、吸熱器21と排熱器22とを熱的に接続する。ヒートパイプ24の内部には、中空空間が形成されている。この中空空間には少量の水が封入されており、吸熱器21側において熱を受け取ると気化して水蒸気として排熱器22側へ移動する。排熱器22側へ移動した水蒸気は、排熱器22において冷却されて液化し、水となる。ここで、排熱器22側において冷却されて水となった後、その水は毛細管現象によって中空空間内を移動して、再び吸熱器21側へと移動する。
The
つまり、ヒートパイプ24の内部では、少量の水が、吸熱器21側で気化されるとともに、排熱器22側で液化されることで、冷却媒体として機能する。
That is, in the
1−3.蛍光体ホイール装置の構成
蛍光体ホイール装置10の構造について、上記各図に加え、図5、図6を参照して説明する。図5は、図2の光変換装置の内部の構成を示す断面図である。図6は、図2の光変換装置のケース部の構造を示す斜視図である。
1-3. Configuration of Phosphor Wheel Device The structure of the
図2に示すように、蛍光体ホイール装置10は、ケース部11、蛍光体ホイール13、モータ14、加圧ファン15を備える。
As shown in FIG. 2, the
ケース部11は、円筒形状(図3参照)を有し、内部に、蛍光体ホイール13、モータ14、および吸熱器21等を収納する密閉空間を形成する。ケース部11は、図5に示すように、略同心円状に配置された外筒部11bおよび内筒部11cを有する。外筒部11bおよび内筒部11cは、蛍光体ホイール13の回転中心に平行な軸X方向における両端において連通し、空気流の循環経路を形成する。
The
さらに、ケース部11は、外気に接する箇所の少なくとも一部が金属によって形成されている。これにより、ケース部11内に設置された蛍光体ホイール13の蛍光体層16の蛍光体部分に生じた熱によってケース部11内が温められた場合でも、熱伝導率の高い金属で形成されたケース部11の上記一部を介して、効率よく熱を外部へ放出することができる。なお、金属によって形成されるケース部11の上記一部は、例えば、蛍光体ホイール13側の蓋部11aであることが好ましい。
Furthermore, at least a part of the portion in contact with the outside air of the
蛍光体ホイール13の蛍光体層16に近接配置された蓋部11aの近傍では、図5に示すように、蛍光体層16において発生した熱が伝達された空気流が、吸熱器21に入る前に通過する。これにより、蛍光体ホイール13の蛍光体層16付近を通過して加熱された空気流によって蓋部11aが加熱された場合でも、蓋部11aの熱を効果的に外部へ放出することができる。この結果、ケース部11を構成する他の部材(外筒部11b、内筒部11c、底部11d)と比較して、より効果的に、空気流の熱を外部へ放出することができる。
In the vicinity of the
蓋部11aは、図3に示すように、略四角形の板状の部材であって、図2に示すように、ケース部11における蛍光体ホイール13の蛍光体層16側の面を覆うように取り付けられている。また、蓋部11aには、青色レーザ光および蛍光(赤色、緑色)が通過する上述した光学レンズ23が装填される開口部11aaが形成されている。
The
開口部11aaは、蓋部11aにおける蛍光体ホイール13の蛍光体層16に対向する位置に形成された貫通穴である。開口部11aaには、光学レンズ保持部品23aを介して、光学レンズ23が取り付けられる。
The opening 11aa is a through hole formed at a position facing the
外筒部11bは、図3、図6に示すように、ケース部11の側面を形成する略円筒状の部材である。
The
内筒部11cは、外筒部11bと同心円状に配置された円筒状の部材であって、外筒部11bの内周側に配置されている。内筒部11cは、吸熱器21の内周側に隣接する位置に配置されている。さらに、内筒部11cは、外筒部11bよりも軸X方向における寸法が小さくなるように形成されている。これにより、外筒部11bと内筒部11cとは、軸X方向における両端において連通する。
The inner
底部11dは、図5に示すように、ケース部11において蓋部11aが設けられている面に対して軸X方向で反対側の面を覆うように外筒部11bに取り付けられている。
The
気流上昇ガイド11eは、吸熱器21を通過して冷却された空気流を反転上昇させるためのガイド部材であって、底部11dにケース部11の内部空間側に突出するように設けられている。気流上昇ガイド11eは、軸Xを中心とする略円錐形状を有しており、内筒部11cの外周側から内周側へ流れてきた空気流を加圧ファン15の風力によって上昇させるように導く。
The air flow rise
よって、蛍光体ホイール13の回転時に、加圧ファン15によって生じる空気流は、内筒部11cの内周側から、蛍光体ホイール13において蛍光体層が設けられていない側の面に沿って径方向外側へ導かれる。そして、空気流は、軸X方向下向きに移動しながら、吸熱器21の内部を通過して冷却される。吸熱器21を通過して冷却された空気流は、蛍光体ホイール13とは反対側の連通部11hから再び内筒部11cの内周側へ戻される。このように、ケース部11の内部空間には、蛍光体ホイール13の回転時に、加圧ファン15によって生じる空気流の循環経路が形成される。
Therefore, when the
ここで、蛍光体ホイール13を回転駆動するモータ14は、図5に示すように、吸熱器21によって冷却された空気流の流路上に配置されている。そのため、蛍光体ホイール13を連続回転させる際に、モータ14に熱が生じた場合でも、モータ14を冷却風によって効果的に冷やすことができる。
Here, as shown in FIG. 5, the
また、加圧ファン15は、ケース部11内に形成される空気流の循環経路内に配置されており、循環経路における空気流の流れる方向に沿って送風する。また、加圧ファン15は、ケース部11内における蛍光体ホイール13と気流上昇ガイド11eとの間の位置に配置されている。つまり、加圧ファン15は、空気流の循環経路において最も下流側に配置されている。そのため、空気流が最も弱くなる最下流側において、空気流を強めることができる。この結果、蛍光体ホイール13やモータ14付近における空気流の流速を上昇させて、冷却効果をさらに高めることができる。
Further, the pressurizing
図7は、蛍光体ホイールの第1の面側を示した斜視図である。図8は、蛍光体ホイールの第1の面側を示した平面図である。蛍光体ホイール13は、図7、図8に示すように、円盤状の円盤状部材30と、円盤状部材30の第1の面13a(一方の面)に配置された蛍光体層16と、を備える。円盤状部材30の中央には、モータ14(図5参照)が嵌る中心孔13hが設けられている。蛍光体ホイール13(円盤状部材30)は、図5に示すようにモータ14の回転部材14aに熱伝導可能に固定される。蛍光体ホイール13に青色レーザ光が照射されているとき、蛍光体ホイール13の温度は回転部材14aの温度よりも高くなる。そのため、高温となった蛍光体ホイール13の熱が回転部材14aに伝達及び放熱され、蛍光体ホイール13の中心孔13h付近の温度は外周部側の温度よりも低くなる。つまり、回転部材14aは冷却部材として機能する。
FIG. 7 is a perspective view showing the first surface side of the phosphor wheel. FIG. 8 is a plan view showing the first surface side of the phosphor wheel. As shown in FIG. 7 and FIG. 8, the
蛍光体層16は、回転軸Xを中心とする円環状の形状を有する。蛍光体層16は、例えば、第1の面13aに円環状に蛍光体の粒子を塗布することで形成されている。
The
図9は、蛍光体ホイールの側面図である。図10は、蛍光体ホイールの断面図である。なお、図10は、回転状態にある蛍光体ホイールを後述する図12の10−10断面で示した図である。 FIG. 9 is a side view of a phosphor wheel. FIG. 10 is a cross-sectional view of a phosphor wheel. FIG. 10 is a view showing a phosphor wheel in a rotating state in a section 10-10 of FIG. 12 described later.
蛍光体ホイール13の第1の面13aの蛍光体層16に対向して光学レンズ23が配置されている。本実施の形態では、光変換装置が、光学レンズ23を介して蛍光体ホイール13の第1の面13aの蛍光体層16に照射した青色レーザ光を波長変換し、波長変換した光を光学レンズ23側へ戻して利用する構成を有している例について説明する。
An
円盤状部材30は、蛍光体層16が配置される第1の面13aを有する第1円板部30aと、第1円板部30aに所定長の間隙を挟んで対向する第2円板部30bとを有している。また、円盤状部材30は、第1円板部30aの外周縁と第2円板部30bの外周縁とを接続する筒状の外周面部30cを有する。さらに、円盤状部材30は、第1円板部30aの内周縁と第2円板部30bの内周縁とを接続する内周面部30dを有する。これら第1円板部30a、第2円板部30b、外周面部30c、及び内周面部30dにより、円盤状部材30の内部に回転軸Xを中心とする円環状の密閉空間Spが形成される。つまり、円盤状部材30は、密閉空間Spを形成する中空箱体構造を有する。
The disk-shaped
図11は、蛍光体ホイールの第1の面側を一部破断状態で示した平面図である。密閉空間Spには空気と冷媒41が封入されている。冷媒41は例えば水である。冷媒41は例えば代替フロンであってもよい。冷媒41の量や、密閉空間Sp内の空気圧は、密閉空間Sp内における冷媒41を所定温度以上で液体状態から気体状態に気化させるように設定されている。密閉空間は、約0.5気圧〜2.0気圧(500hPa〜2000hPa)である。所定温度は、例えば蛍光体層16を形成する蛍光体の波長変換効率が一定程度以上の勾配で低下し始める温度とすることができる。また、所定の温度は、蛍光体がレーザ光により励起される前の冷媒の温度より高く、蛍光体がレーザ光により励起された後の冷媒の温度より低い。所定温度は例えば70〜160℃である。
FIG. 11 is a plan view showing the first surface side of the phosphor wheel in a partially broken state. Air and a refrigerant 41 are enclosed in the enclosed space Sp. The refrigerant 41 is, for example, water. The refrigerant 41 may be, for example, an alternative fluorocarbon. The amount of the refrigerant 41 and the air pressure in the enclosed space Sp are set to vaporize the refrigerant 41 in the enclosed space Sp from a liquid state to a gas state at a predetermined temperature or higher. The enclosed space is about 0.5 atm to 2.0 atm (500 hPa to 2000 hPa). The predetermined temperature can be, for example, a temperature at which the wavelength conversion efficiency of the phosphor forming the
図11では、蛍光体ホイール13の回転軸Xを水平に配置しているときの冷媒41の状態を示している。蛍光体ホイール13が回転していない状態では、冷媒41は密閉空間Spの下部に溜まった状態となる。なお、本開示の蛍光体ホイールでは、回転軸は鉛直方向に配置されてもよいし、鉛直方向に対して傾斜した方向に配置されてもよい。
FIG. 11 shows the state of the refrigerant 41 when the rotation axis X of the
本実施の形態では、円盤状部材30の第1円板部30aを、第1円板部材31により構成し、第2円板部30b、外周面部30c、及び内周面部30dを第2円板部材32により構成している。第1円板部材31及び第2円板部材32は、銅により形成されている。第1円板部材31及び第2円板部材32は、銅でなく、例えばアルミニウム等、その他の金属により形成されてもよい。第1円板部材31と第2円板部材32とは、一例としては拡散接合により接合されている。具体的に、第1円板部材31と第2円板部材32とは、これらを所定の位置関係で配置した状態で、所定時間、所定の温度に加熱しかつ所定の圧力で挟み込むことで接合される。第1円板部30aと第2円板部30bとの少なくとも一方には冷媒41の注入用の注入孔(図示せず)が予め設けられており、所定量の冷媒41を注入し、空気圧を密閉空間Spの内部を所定の空気圧に調整した後、かしめ栓や金属蝋により閉鎖される。
In the present embodiment, the
2.動作
図12は、回転状態にある蛍光体ホイールの第1の面側を一部破断状態で示した平面図である。蛍光体ホイール13(円盤状部材30)が回転軸Xを中心として回転しているとき、液体状態の冷媒41は、回転時の遠心力により密閉空間Sp内でその外周側に円環状に分布する。このとき、図10にも示すように、回転軸X方向で見て、円環状の蛍光体層16の全領域が円環状に分布する液体状態の冷媒41の分布領域と重なるように、冷媒41の体積が設定されている。青色レーザ光が蛍光体層16に照射されているとき、蛍光体層16が発熱し、この熱が第1円板部30aを介して冷媒41に伝達される。冷媒41の温度が所定温度以上になると、冷媒41が気化する。このとき、第1円板部30a及び蛍光体層16が気化潜熱により冷却される。気化した冷媒は矢印Z1で示すように密閉空間Sp内で内周側に移動する。円盤状部材30の内周側は前述のようにモータ14の回転部材14aに接続されて、外周側よりも温度が低いため、内周側に移動した冷媒の蒸気は冷却され液化する。液化した冷媒41は、遠心力により矢印Z2で示すように密閉空間Sp内で外周側に移動する。この気化と液化のサイクルが連続的に行われることで、蛍光体層16が連続的に冷却される。
2. Operation FIG. 12 is a plan view showing the first surface side of the rotating phosphor wheel in a partially broken state. When the phosphor wheel 13 (disk member 30) is rotating about the rotation axis X, the refrigerant 41 in a liquid state is annularly distributed on the outer peripheral side in the sealed space Sp due to the centrifugal force at the time of rotation . At this time, as also shown in FIG. 10, the refrigerant 41 is arranged so that the entire area of the
本実施の形態によれば、蛍光体層16の冷却効果が向上する。そのため、蛍光体層16に青色レーザ光を当てる時間を従来よりも長くできる。したがって、蛍光体ホイール13の回転速度を低速化できるとともに、モータ14を小型化し、騒音や振動を低減できる。また、蛍光体層16の冷却効果が向上することで、蛍光体ホイール13自体の小型化も可能となる。
According to the present embodiment, the cooling effect of the
また、円盤状部材30の内部に液体の冷媒41を封入したことで、回転時に、冷媒41に作用する遠心力により、冷媒41が円盤状部材30の密閉空間Spの外周側に押し付けられることで、蛍光体ホイール13の回転バランスが自律的に調整される。そのため、光変換装置20の製作時等における蛍光体ホイール13の回転バランス調整作業が低減される。
In addition, since the
また、蛍光体層16に特許文献1のような微細流路等を設ける必要がないため、蛍光体粒子の密度が特許文献1のように低下しない。よって蛍光体層16において特許文献1のものよりも高い波長変換効率が得られる。したがって、本実施の形態によれば、変換効率に悪影響を与えることなく、冷却性能を向上させた蛍光体ホイール13を提供できる。
Moreover, since it is not necessary to provide a fine flow path etc. like
なお、青色レーザ光が蛍光体層16の径方向全幅にわたって照射されるのでなく、一部の領域にのみ照射される場合には、蛍光体層16のうち、青色レーザ光が照射される照射領域Ab(レーザ光収束点Bsの直径幅を有する領域)が円環状に分布する液体状態の冷媒41の分布領域と、回転軸X方向で見て重なるように、冷媒41の体積が設定されてもよい。これにより、冷媒41の封入量を少なくし、回転開始時の慣性を小さくすることができる。そのため、モータ14の負荷をより小さくでき、モータ14をより小型化できる。
In the case where the blue laser light is not irradiated over the full width in the radial direction of the
3.効果等
本実施の形態の蛍光体ホイール13は、回転軸Xを中心として回転される円盤状部材30と、円盤状部材30の第1の面13a(一方の面)に配置された蛍光体層16と、を備える。円盤状部材30は、密閉空間Spを形成する中空箱体構造を有する。密閉空間Spに、所定温度以上で液体状態から気体状態に気化し、液体状態のときに密閉空間Spの容積よりも小さい体積を有する冷媒41が封入されている。
3. Effect, Etc. The
これにより、変換効率に影響を与えることなく、冷却性能を向上させた蛍光体ホイール13およびこれを備えた光変換装置20を提供できる。
Thereby, the
また、本実施の形態の蛍光体ホイール13において、蛍光体層16は、回転軸Xを中心とする円環状の形状を有する。密閉空間Spは、回転軸Xを中心とする円環状の空間である。円盤状部材30が回転軸Xを中心として回転し、液体状態の冷媒41が回転の遠心力により密閉空間Sp内でその外周側に円環状に分布しているときに、回転軸X方向で見て、蛍光体層16の全領域が円環状に分布する液体状態の冷媒41の分布領域と重なるように、冷媒41の体積が設定されている。
Further, in the
これにより、蛍光体層16の半径方向の全領域(全幅)を適切に冷却することができる。
Thus, the entire radial area (full width) of the
なお、円盤状部材30が回転軸Xを中心として回転し、液体状態の冷媒41が回転の遠心力により密閉空間Sp内でその外周側に円環状に分布しているときに、回転軸X方向で見て、蛍光体層16のうち少なくとも青色レーザ光が照射される照射領域Abが円環状に分布する液体状態の冷媒41の分布領域と重なるように、冷媒41の体積が設定されてもよい。これにより、蛍光体層16のうち少なくとも青色レーザ光が照射される領域を適切に冷却することができる。
When the disk-shaped
また、本実施の形態では、本実施の形態の蛍光体ホイール13と、蛍光体ホイール13の蛍光体層16の蛍光体を励起させる光を照射する青色LD2a,2b(光源)と、を備えた光変換装置20が提供される。
Further, in the present embodiment, the
以上では、本開示における蛍光体ホイールの実施の形態1を説明した。以下において、本開示における蛍光体ホイールのバリエーションとして、実施の形態2〜7を説明する。なお、実施の形態2〜7の説明では、同一または類似の機能を有する構成要素については同一の参照符号を付す。 The first embodiment of the phosphor wheel in the present disclosure has been described above. Hereinafter, Embodiments 2 to 7 will be described as variations of the phosphor wheel in the present disclosure. In the description of the second to seventh embodiments, components having the same or similar functions are denoted by the same reference numerals.
(実施の形態2)
実施の形態2について説明する。実施の形態2では、実施の形態1との相違点を中心に説明する。
Second Embodiment
The second embodiment will be described. The second embodiment will be described focusing on differences from the first embodiment.
図13は、実施の形態2における蛍光体ホイールの断面図である。図13は、回転状態にある蛍光体ホイール213の断面を、図14の13−13断面で示した図である。図14は、回転状態にある蛍光体ホイールの第1の面側を一部破断状態で示した平面図である。
FIG. 13 is a cross-sectional view of the phosphor wheel in the second embodiment. FIG. 13 is a cross-sectional view of the
実施の形態2における蛍光体ホイール213では、円盤状部材30の構造は実施の形態と同じであるが、密閉空間Spにおいて蛍光体層16を回転軸X方向で投影した領域に円環状の多孔質体201が配置されている。多孔質体201は、例えば銅、銀等を焼結して形成された焼結金属で形成され、内部に多数の微細孔部を有する。これらの微細孔部はランダムに接続され、気体や液体の通路を形成する。
In the
多孔質体201は、第1円板部30aに固着される一方、第2円板部30bに対しては間隙を有するように対向配置されている。
The
円盤状部材30が回転軸Xを中心として回転しているとき、液体状態の冷媒41が回転の遠心力により密閉空間Spの外周側において第2円板部30bと多孔質体201との間に進入し、円環状に分布する。また、進入した液体状態の冷媒41は、多孔質体201内の微細孔部に吸着されることで、第1円板部30aに接触する。冷媒41の体積は、円環状の蛍光体層16の全領域が、円環状に分布する液体状態の冷媒41の分布領域、及び円環状の多孔質体201の領域と重なるように設定されている。
When the disk-shaped
円盤状部材30が回転軸Xを中心として回転しているとき、液体状態の冷媒41が回転の遠心力により密閉空間Spの外周側において第2円板部30bと多孔質体201との間に進入する。また、進入した液体状態の冷媒41は、多孔質体201内の微細孔部に吸着されることで、第1円板部30aに接触する。青色レーザ光が蛍光体層16に照射されているとき、蛍光体層16が発熱し、この熱が第1円板部30aを介して多孔質体201内の冷媒41に伝達される。冷媒41の温度が所定温度以上になると、冷媒41が気化する。このとき、第1円板部30a及び蛍光体層16が気化潜熱により冷却される。その場合において、本実施の形態では、多孔質体201の微細孔部により液体状態の冷媒41が保持されることで、保持された冷媒41の温度が上昇しやすくなり、気化しやすくなる。つまり、気化効率が向上する。そのため、多孔質体201及び蛍光体層16の気化潜熱による冷却が促進される。
When the disk-shaped
気化した冷媒は、多孔質体201内の微細孔部を介して内周側に移動して多孔質体201から離脱し、さらに矢印Z1で示すように密閉空間Sp内で内周側に移動する。円盤状部材30の内周側は前述のようにモータ14の回転部材14aに接続されて、外周側よりも温度が低いため、内周側に移動した冷媒の蒸気は冷却され液化する。液化した冷媒41は、遠心力により矢印Z2で示すように密閉空間Sp内で外周側に移動する。この気化と液化のサイクルが連続的に行われることで、蛍光体層16が連続的に冷却される。
The vaporized refrigerant moves to the inner peripheral side through the fine pores in the
上記のような構成の蛍光体ホイール213によると、多孔質体201を設けた分、冷媒41の封入量を少なくできる。そのため、回転開始時の慣性を小さくなり、モータ14の負荷を小さくし、モータ14をより小型化できる。また、多孔質体201は、第2円板部30bとの間に間隙が存在するため、液体状態の冷媒41が円盤状部材30の外周縁にまで容易に到達する。間隙が存在しない場合、液体状態の冷媒41は、多孔質体201内にその内周端のみから浸透することとなるため、円盤状部材30の外周縁にまで到達しにくく、蛍光体層16の外周側が冷却されにくいという課題がある。
According to the
これに対し、実施の形態2における蛍光体ホイール213では、蛍光体層16は、回転軸Xを中心とする円環状の形状を有する。密閉空間Spは、回転軸Xを中心として円環状に設けられている。密閉空間Spにおいて蛍光体層16を回転軸X方向で投影した領域に多孔質体201が配置されている。これにより、密閉空間Spに封入する冷媒41の量を減らしつつ、蛍光体層16を適切に冷却することができる。
On the other hand, in the
また、実施の形態2における蛍光体ホイール213において、円盤状部材30は、第1の面13aを有する第1円板部30aと、第1円板部30aに密閉空間Spを挟んで対向する第2円板部30bとを有する。多孔質体201は、第1円板部30aに固着され、第2円板部30bに間隙を介して対向している。これにより、多孔質体201を配置しつつ、蛍光体層16の外周側まで良好に冷却することができる。
Further, in the
(実施の形態3)
実施の形態3について説明する。実施の形態3では、実施の形態1との相違点を中心に説明する。
Third Embodiment
The third embodiment will be described. In the third embodiment, differences from the first embodiment will be mainly described.
図15は、実施の形態3における蛍光体ホイールの第1の面側を一部破断状態で示した平面図である。図15は、回転停止状態にある蛍光体ホイールを示した図である。 FIG. 15 is a plan view showing the first surface side of the phosphor wheel in the third embodiment in a partially broken state. FIG. 15 is a view showing a phosphor wheel in a rotation stop state.
実施の形態3における蛍光体ホイール313では、密閉空間Spの外周部に、複数個の柄杓部301が配置されている。柄杓部301は、周方向に等間隔で配置されており、円盤状部材30の回転時に液体状態の冷媒41が流入し、流入した冷媒41を貯蔵する。具体的に、柄杓部301は、円盤状部材30の外周面部30cから半径方向内周側に延びる第1壁部301aと、第1壁部301aの内周端から回転方向(図15中に矢印で示す周方向)に延びる第2壁部301bとを有している。第1壁部301a及び第2壁部301bの第1円板部30a及び第2円板部30b側の縁は、それぞれ、第1円板部30a及び第2円板部30bに接続されている。また、第2壁部301bの先端と、隣接する柄杓部301の第1壁部301aの内周端とは接続されず、開口部301cが形成される。これにより、柄杓部301は、開口部301cを入口とする袋状の空間を形成する。開口部301cは、袋状の空間に冷媒41を進入させる入口として機能する。
In the
図15に示す回転停止状態では、密閉空間Sp内の下部側に液体状態の冷媒41がたまっている。このとき、一部の柄杓部301内には、液体状態の冷媒41が進入している。なお、図15は、前述したように回転軸が水平方向に配置されているものとして記載している。
In the rotation stop state shown in FIG. 15, the refrigerant 41 in the liquid state is collected on the lower side in the enclosed space Sp. At this time, the refrigerant 41 in a liquid state has entered into the part of the
次に、本実施の形態による効果について説明する。比較のために、まず柄杓部301が設けられていない実施の形態1における蛍光体ホイール13に関して説明する。
Next, the effects of the present embodiment will be described. For comparison, first, the
図16は、実施の形態1における蛍光体ホイールの回転時の冷媒の分布を説明した図である。図16の(a)は、蛍光体ホイール13の回転が停止しているときを示し、図16の(b)、(c)は、蛍光体ホイール13が回転を開始して、増速している途中を示し、図16の(d)は、蛍光体ホイール13が定常回転しているときを示す。なお、図16の(c)〜(d)の回転方向の矢印は、回転速度に応じた長さで示している。
FIG. 16 is a diagram for explaining the distribution of the refrigerant at the time of rotation of the phosphor wheel in the first embodiment. (A) of FIG. 16 shows the case where the rotation of the
図16の(a)の状態から蛍光体ホイール13が回転を開始し、回転速度が上昇していくと、液体状態の冷媒41は、遠心力により密閉空間Sp内で図16の(b)、(c)に示すように蛍光体ホイール13の外周面部30c側で分散していく。そして、蛍光体ホイール13が定常回転状態にあるときには、図16の(d)のように、密閉空間Spの外周側にほぼ均等に分布する。その場合に、蛍光体ホイール13が回転を開始したときに、密閉空間Spの内部に貯留されている冷媒41は、蛍光体ホイール13の密閉空間Spを形成する第1円板部30a、第2円板部30b、外周面部30c、内周面部30dの内面に対して滑るため、徐々に図16の(d)の状態に至る。
When the
図17は、実施の形態3における蛍光体ホイールの回転時の冷媒41の分布を説明した図である。図17の(a)〜(d)は、図16で説明したのと同様、回転開始から定常回転となるまでの状態を示している。本実施の形態では、図17の(a)の回転停止状態から、蛍光体ホイール313が緩やかに回転を開始すると、図17の(b)、(c)のように柄杓部301内に液体状態の冷媒41がくみ上げられていく。そのため、柄杓部301が設けられていない実施の形態1の蛍光体ホイール13と比べ、より早いタイミングで(より回転速度が低い段階で)、図17の(d)に示す状態、つまり液体状態の冷媒41が密閉空間Spの外周側にほぼ均等に分布する状態に移行させることができる。そのため、蛍光体層16をより早いタイミングで適切に冷却できる。さらに、早期に回転を安定させることができる。
FIG. 17 is a view for explaining the distribution of the refrigerant 41 at the time of rotation of the phosphor wheel in the third embodiment. (A) to (d) of FIG. 17 show the state from the start of rotation to the steady rotation as described with reference to FIG. In the present embodiment, when the
以上説明したように、実施の形態3における蛍光体ホイール313では、密閉空間Spの外周部に、円盤状部材30の回転時に液体状態の冷媒41が流入し、流入した冷媒41を貯蔵する柄杓部301が設けられている。これにより、蛍光体層16をより早いタイミングで適切に冷却できる。そのため、実施の形態1の効果をより向上させることができる。
As described above, in the
図18は、実施の形態3における蛍光体ホイールの変形例を説明した図である。変形例の蛍光体ホイール313Aでは、柄杓部301内に液体状態の冷媒41が進入しやすくなるように、第2壁部301bを周方向に対して傾斜させて、第2壁部301bの先端側を基端側よりも内周側に位置させている。これにより、回転時に液体状態の冷媒41が進入しやすくなり、より早く液体状態の冷媒41が密閉空間Spの外周側にほぼ均等に分布する状態に移行させることができる。
FIG. 18 is a view for explaining a modification of the phosphor wheel in the third embodiment. In the
(実施の形態4)
実施の形態4について図19を参照して説明する。実施の形態4では、実施の形態1との相違点を中心に説明する。
Embodiment 4
The fourth embodiment will be described with reference to FIG. The fourth embodiment will be described focusing on differences from the first embodiment.
図19は、実施の形態4における蛍光体ホイールの第1の面側を一部破断状態で示した平面図である。 FIG. 19 is a plan view showing the first surface side of the phosphor wheel in Embodiment 4 in a partially broken state.
実施の形態4における蛍光体ホイール413では、円盤状部材430に、密閉空間Spの密閉性を保ちつつ回転軸X方向に平行に貫通する通気開口部401が設けられている。具体的に、通気開口部401は、第1円板部430a及び第2円板部430bにそれぞれ対向させて形成された開口401aと、これらの開口401aの周縁部を連結する筒状部401bとを有する。筒状部401bは、例えば、第1円板部材431と第2円板部材432とのいずれかに一体的に形成される。
In the
このような構成によると、蛍光体ホイール413の回転時に、蛍光体ホイール413の第1の面13a側と反対側の第2の面13b側との間で空気を流通させることができる。そのため、蛍光体ホイール413は、各通気開口部401のまわりにおいてより冷却されやすくなる。
According to such a configuration, when the
図20は、実施の形態4の変形例における蛍光体ホイールの通気開口部を模式的に拡大して示した断面図である。第1円板部430aの第1の面13aと第2円板部430bの第2の面との少なくとも一方に、通気開口部401の近傍において、回転時に通気開口部401の開口401aに空気を強制的に流通させる羽根部等の突部401cを突出形成してもよい。図20の(a)は、突部401cを第2の面13b側に突出形成した例を示し、図20の(b)は、突部401dを第1の面13a側に突出形成した例を示す。このような突部401c,401dを形成することにより、蛍光体ホイール413をより効果的に冷却することができる。
FIG. 20 is a cross-sectional view schematically showing the vent opening of the phosphor wheel according to a modification of the fourth embodiment. At least one of the
以上説明したように、実施の形態4における蛍光体ホイール413では、円盤状部材30に、密閉空間Spの密閉性を保ちつつ回転軸X方向に平行に貫通する通気開口部401が設けられている。
As described above, in the
これにより、蛍光体ホイール413をより適切に冷却することができ、実施の形態1の効果をより向上させることができる。
Thereby, the
(実施の形態5〜7)
実施の形態1〜4では、第1円板部30aの第1の面13aに円環状の蛍光体層16が設けられている蛍光体ホイール13,213,313,413について説明した。しかし、本開示の蛍光体ホイールでは、第1円板部の一方の面(第1の面)に円環状でなく円弧状(扇状)の蛍光体層16が設けられていてもよい。また、円盤状部材は、金属以外の素材で形成されてもよい。以下、実施の形態5〜7でその一例を説明する。
(
In
(実施の形態5)
実施の形態5について説明する。実施の形態5では、実施の形態1との相違点を中心に説明する。
Fifth Embodiment
The fifth embodiment will be described. The fifth embodiment will be described focusing on differences from the first embodiment.
図21は、実施の形態5における蛍光体ホイール513の第1の面側を示した平面図である。
FIG. 21 is a plan view showing the first surface side of the
実施の形態5では、蛍光体ホイール513の第1円板部530aは実施の形態1同様に銅等の金属で形成されているが、第1円板部530aの第1の面13aの全面に鏡面加工が施され、第1の面13aが、光を反射する鏡面として構成されている。また、第1円板部530aの第1の面13aには、回転軸Xを中心とする円弧状(扇状)の蛍光体層16が設けられている。
In the fifth embodiment, the
本実施の形態の蛍光体ホイール513では、青色レーザ光が波長変換されて得られた変換光のうち蛍光体層16を透過した光についても第1円板部530aの第1の面13aにより反射させて、前述の図9に示すように光学レンズ23側に戻すことができる。一方、第1円板部530aの第1の面13aにおいて蛍光体層16が設けられていない箇所(鏡面)に照射された青色レーザ光は、波長変換されることなくそのまま反射され、光学レンズ23側に戻る。
In the
なお、蛍光体ホイール513の円盤状部材530の内部には、実施の形態1〜3のいずれかと同様の構造を適用することで実施の形態1〜3と同様の効果が得られる。また、円盤状部材530に、実施の形態4のような通気開口部を設けてもよい。通気開口部を設けることで実施の形態4と同様の効果が得られる。
By applying the same structure as any of the first to third embodiments to the inside of the disc-
(実施の形態6)
実施の形態6について説明する。実施の形態6では、実施の形態1との相違点を中心に説明する。
Sixth Embodiment
The sixth embodiment will be described. The sixth embodiment will be described focusing on differences from the first embodiment.
図22は、実施の形態6における蛍光体ホイールの第1の面側を示した平面図である。図23は、実施の形態6における蛍光体ホイールの断面図である。図23は、回転状態にある蛍光体ホイール613の断面を、図22の23−23断面で示した図である。
FIG. 22 is a plan view showing the first surface side of the phosphor wheel in the sixth embodiment. FIG. 23 is a cross-sectional view of the phosphor wheel in the sixth embodiment. FIG. 23 is a cross-sectional view of the
本実施の形態の蛍光体ホイール613では、円盤状部材630の第1円板部630a及び第2円板部630bが、光を透過する材料で形成された第1円板部材631及び第2円板部材632でそれぞれ構成されている。光を透過する材料は例えばガラスである。また、外周面部630cが外周スペーサ部材633により構成され、内周面部630dが内周スペーサ部材634により構成される。外周スペーサ部材633及び内周スペーサ部材634は、例えばガラスで形成されたリング状の部材である。第1円板部材631と第2円板部材632とは、外周スペーサ部材633及び内周スペーサ部材634を挟んで接合されることにより、内部に密閉空間Spを有する蛍光体ホイール613が構成される。そして、密閉空間Spに冷媒41が封入される。
In the
また、第1円板部630aの第1の面13aには、回転軸Xを中心とする円弧状の蛍光体層16が形成されている。
Further, on the
図24は、実施の形態6における蛍光体ホイールの側面図である。蛍光体ホイール613では、第1光学レンズ25によって集光されて蛍光体層16に照射された青色レーザ光は、波長変換された後、第1円板部630a、密閉空間Sp内の冷媒41、第2円板部630bを透過して、第2光学レンズ26に至る。一方、第1円板部630aの第1の面13aにおいて蛍光体層16が設けられていない箇所に照射された青色レーザ光は、波長変換されることなく、第1円板部630a、密閉空間Sp内の冷媒41、第2円板部630bを透過して、第2光学レンズ26に至る。なお、冷媒41は、蛍光体層16を励起させる青色レーザ光および青色レーザ光によって励起された光(赤色、緑色)を透過する。そのため、冷媒41は無色透明のものとする。例えば、水などである。
FIG. 24 is a side view of the phosphor wheel in the sixth embodiment. In the
なお、本実施の形態において、蛍光体ホイール613の円盤状部材630に実施の形態4のような通気開口部を設けてもよい。通気開口部を設けることで実施の形態4と同様の効果が得られる。
In the present embodiment, the ventilation opening as in the fourth embodiment may be provided in the disc-
(実施の形態7)
実施の形態7について説明する。実施の形態7では、実施の形態1との相違点を中心に説明する。
Seventh Embodiment
Seventh Embodiment A seventh embodiment will be described. In the seventh embodiment, differences from the first embodiment will be mainly described.
図25は、実施の形態7における蛍光体ホイールの第1の面側を示した平面図である。図26は、実施の形態7における蛍光体ホイールの断面図である。図26は、蛍光体ホイール713の断面を、図25の26−26断面で示した図である。
FIG. 25 is a plan view showing the first surface side of the phosphor wheel in the seventh embodiment. FIG. 26 is a cross-sectional view of a phosphor wheel in a seventh embodiment. FIG. 26 is a view showing a cross section of the
本実施の形態では、図24の光学系が適用される。本実施の形態の蛍光体ホイール713では、蛍光体層16は、回転軸Xを中心とする円弧状の形状を有している。蛍光体ホイール713の円盤状部材730は、第1円板部730aを有する第1円板部材731と、第2円板部730b、外周面部730c及び内周面部730dを有する第2円板部材732とで構成されている。また、第1円板部730aにおいて蛍光体層16が配置されていない円弧領域に円弧状開口731aが設けられ、第2円板部730bにおいて円弧状開口731aに対向する領域に円弧状開口732aが設けられている。また、円弧状開口731aと円弧状開口732aとの間には、密閉空間Spの一部を埋めるように、青色レーザ光を透過する材料で形成された光透過部材761が設けられている。
In the present embodiment, the optical system of FIG. 24 is applied. In the
本実施の形態によると、蛍光体層16に照射された青色レーザ光は波長変換されて出射される。一方、第1円板部730aの第1の面13aの円弧状開口731a、732aの位置に照射された青色レーザ光は、波長変換されることなく光透過部材761を透過して、第2光学レンズ26に至る。なお、第1円板部730aの第1の面13aを鏡面(反射面)として構成すれば、波長変換された青色レーザ光のうち蛍光体層16を透過した光を第1円板部730aの第1の面13aで反射させて出力することもできる。
According to the present embodiment, the blue laser light irradiated to the
蛍光体ホイール713の円盤状部材730の内部において光透過部材761が設けられていない部分には、実施の形態1〜3と同様の構造を適用可能であり、適用することで同様の効果が得られる。また、実施の形態4のような通気孔部を設けてもよい。通気開口部を設けることで実施の形態4と同様の効果が得られる。
The same structure as that of the first to third embodiments can be applied to a portion of the disc-
[他の実施の形態]
以上、本開示の一実施の形態について説明したが、本開示は上記実施の形態に限定されるものではなく、開示の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
Other Embodiments
As mentioned above, although one Embodiment of this indication was described, this indication is not limited to the said embodiment, A various change is possible in the range which does not deviate from the summary of indication.
(A)
上記実施の形態では、3つのDMD7を含む3チップDLP方式のプロジェクタ100に、本開示の蛍光体ホイール、および光変換装置を搭載した例を挙げて説明した。しかし、本開示はこれに限定されるものではない。例えば、1つのDMDとカラーホイールとを組み合わせた1チップDLP方式のプロジェクタに、本開示の蛍光体ホイールおよび光変換装置を搭載してもよい。
(A)
In the above embodiment, the example in which the phosphor wheel of the present disclosure and the light conversion device of the present disclosure are mounted on the three-
(B)
上記実施の形態では、DLP方式のプロジェクタ100に、本開示の蛍光体ホイールおよび光変換装置を搭載した例を挙げて説明した。しかし、本開示はこれに限定されるものではない。例えば、LCD(Liquid Crystal Display)やLCOS(Liquid Crystal on Silicon)を用いた液晶方式のプロジェクタに、本開示の蛍光体ホイール、光変換装置を搭載してもよい。
(B)
In the above embodiment, the example in which the phosphor wheel and the light conversion device of the present disclosure are mounted on the
(C)
上記実施の形態では、蛍光体層16が1種類の蛍光体で形成されているものとして説明した。しかし、本開示はこれに限定されるものではない。本開示は、蛍光体層16が、波長変換特性の異なる複数種類の蛍光体により、複数種類の蛍光体層が周方向に分割して設けられた構成とされているものにも適用可能である。
(C)
In the above embodiment, the
(D)
上記実施の形態では、本開示に係る投射型表示装置として、プロジェクタ100を例として挙げて説明した。しかし、本開示はこれに限定されるものではない。例えば、プロジェクタ以外にも、リアプロジェクションテレビ等、他の投射型表示装置に対して本開示の構成を適用してもよい。
(D)
In the above embodiment, the
本開示の蛍光体ホイールは、従来よりも冷却効果を向上させることができるという効果を奏することから、高輝度化によって蛍光体に生じる熱が増大した蛍光体ホイールを搭載した蛍光体ホイール装置、光変換装置、投射型表示装置に広く利用可能である。 The phosphor wheel of the present disclosure exerts the effect of being able to improve the cooling effect compared to the prior art, and therefore, a phosphor wheel device equipped with a phosphor wheel in which the heat generated in the phosphor is increased due to high brightness, It can be widely used for conversion devices and projection display devices.
2a,2b 青色LD(光源)
3a 分離ミラー(光学部品)
3b,3c ミラー(光学部品)
3d ダイクロイックミラー(光学部品)
3e,3f,3g ミラー(光学部品)
4a〜4h レンズ(光学部品)
5 ロッドインテグレータ(光学部品)
6a TIR(全反射)プリズム(光学部品)
6b カラープリズム(光学部品)
7 DMD(表示素子)
8 投射レンズ
10 蛍光体ホイール装置
11 ケース部
11a 蓋部
11aa 開口部
11b 外筒部
11c 内筒部
11d 底部
11e 気流上昇ガイド
11g 連通部
11h 連通部
13,213,313,313A,413,513,613,713 蛍光体ホイール
13a 第1の面
13b 第2の面
13h 中心孔
14 モータ
14a 回転部材
15 加圧ファン
16 蛍光体層
20 光変換装置
21 吸熱器
21a フィン
21b 壁部
22 排熱器
22a フィン
23 光学レンズ
23a 光学レンズ保持部品
24 ヒートパイプ
25 第1光学レンズ
26 第2光学レンズ
30,430,530,630,730 円盤状部材
30a,430a,530a,630a,730a 第1円板部
30b,430b,630b,730b 第2円板部
30c,630c,730c 外周面部
30d,630d,730d 内周面部
31,431,631,731 第1円板部材
32,432,632,732 第2円板部材
41 冷媒(液体状態)
201 多孔質体
301 柄杓部
301a 第1壁部
301b 第2壁部
301c 開口部
401 通気開口部
401a 開口
401b 筒状部
633 外周スペーサ部材
634 内周スペーサ部材
731a 円弧状開口
732a 円弧状開口
761 光透過部材
Ab 照射領域
Bs レーザ光収束点
Sp 密閉空間
2a, 2b Blue LD (light source)
3a Split mirror (optical parts)
3b, 3c mirror (optical parts)
3d dichroic mirror (optical parts)
3e, 3f, 3g mirror (optical parts)
4a to 4h Lens (optical parts)
5 Rod Integrator (Optical components)
6a TIR (total reflection) prism (optical parts)
6b color prism (optical parts)
7 DMD (display element)
8
201
Claims (16)
前記円盤状部材の一方の面に配置された蛍光体層と、を備え、
前記円盤状部材は、密閉空間を形成する中空箱体構造を有し、
前記密閉空間に、所定温度以上で液体状態から気体状態に気化し、前記液体状態のときに前記密閉空間の容積よりも小さい体積を有する冷媒が封入されている、
蛍光体ホイール。 A disc-shaped member which is rotated about a rotation axis;
And a phosphor layer disposed on one side of the disc-like member;
The disk-like member has a hollow box structure that forms a closed space,
A refrigerant having a volume smaller than a volume of the sealed space is sealed in the sealed space, the liquid state being vaporized from a liquid state at a predetermined temperature or higher.
Phosphor wheel.
前記密閉空間は、前記回転軸を中心とする円環状の空間であり、
前記円盤状部材が前記回転軸を中心として回転し、前記液体状態の前記冷媒が回転の遠心力により前記密閉空間内の外周側に円環状に分布しているときに、前記回転軸方向で見て、前記蛍光体層のうち少なくともレーザ光が照射される領域が前記円環状に分布する液体状態の冷媒の分布領域と重なるように、前記冷媒の体積が設定されている、
請求項1に記載の蛍光体ホイール。 The phosphor layer has an annular or arc shape around the rotation axis,
The closed space is an annular space centered on the rotation axis,
When the disk-shaped member rotates around the rotation axis and the refrigerant in the liquid state is distributed in an annular shape on the outer peripheral side in the enclosed space by the centrifugal force of rotation, it is seen in the rotation axis direction The volume of the refrigerant is set such that at least a region of the phosphor layer to be irradiated with the laser light overlaps a distribution region of the refrigerant in a liquid state distributed in the annular shape.
A phosphor wheel according to claim 1.
前記密閉空間は、前記回転軸を中心とする円環状の空間であり、
前記円盤状部材が前記回転軸を中心として回転し、前記液体状態の前記冷媒が回転の遠心力により前記密閉空間内の外周側に円環状に分布しているときに、前記回転軸方向で見て、前記蛍光体層の全領域が前記円環状に分布する液体状態の冷媒の分布領域と重なるように、前記冷媒の体積が設定されている、
請求項1に記載の蛍光体ホイール。 The phosphor layer has an annular or arc shape around the rotation axis,
The closed space is an annular space centered on the rotation axis,
When the disk-shaped member rotates around the rotation axis and the refrigerant in the liquid state is distributed in an annular shape on the outer peripheral side in the enclosed space by the centrifugal force of rotation, it is seen in the rotation axis direction The volume of the refrigerant is set such that the entire area of the phosphor layer overlaps the distribution area of the refrigerant in the liquid state distributed in the annular shape.
A phosphor wheel according to claim 1.
前記密閉空間は、前記回転軸を中心として円環状の空間であり、
前記密閉空間において、前記蛍光体層を前記回転軸方向で投影した領域に多孔質体が配置されている、
請求項1から3のいずれか1項に記載の蛍光体ホイール。 The phosphor layer has an annular or arc shape around the rotation axis,
The enclosed space is an annular space around the rotation axis,
In the enclosed space, a porous body is disposed in a region where the phosphor layer is projected in the rotation axis direction.
The phosphor wheel according to any one of claims 1 to 3.
前記多孔質体は、前記第1円板部に固着され、前記第2円板部に間隙を介して対向している、
請求項4に記載の蛍光体ホイール。 The disc-like member has a first disc portion having the one surface, and a second disc portion opposed to the first disc portion across the sealed space.
The porous body is fixed to the first disc portion, and is opposed to the second disc portion via a gap.
The phosphor wheel according to claim 4.
請求項1から5のいずれか1項に記載の蛍光体ホイール。 In the outer peripheral portion of the sealed space, there is provided a handle collar portion in which the refrigerant in the liquid state flows in at the time of rotation of the disk-shaped member, and the refrigerant flowing therein is stored.
The phosphor wheel according to any one of claims 1 to 5.
請求項1から6のいずれか1項に記載の蛍光体ホイール。 The disk-like member is provided with a ventilation opening penetrating in parallel to the rotation axis direction while maintaining the hermeticity of the sealed space.
The phosphor wheel according to any one of claims 1 to 6.
請求項1から7のいずれか1項に記載の蛍光体ホイール。 The entire surface or a part of the one surface is configured as a mirror surface that reflects light,
The phosphor wheel according to any one of claims 1 to 7.
前記第1円板部及び前記第2円板部は、光を透過する材料で形成されている、
請求項1から8のいずれか1項に記載の蛍光体ホイール。 The disc-like member has a first disc portion having the one surface, and a second disc portion opposed to the first disc portion across the sealed space.
The first disc portion and the second disc portion are formed of a material that transmits light,
A phosphor wheel according to any one of the preceding claims.
前記第1円板部及び前記第2円板部は、光を透過しない材料で形成されており、
前記蛍光体層は、前記回転軸を中心とする円弧状の形状を有し、
前記第1円板部における前記蛍光体層が配置されていない残りの円弧領域、及び前記第2円板部における前記残りの円弧領域に対向する領域に円弧状開口が設けられ、
前記円弧状開口の位置に、光を透過する材料で形成された光透過部材が設けられている、
請求項1から8のいずれか1項に記載の蛍光体ホイール。 The disc-like member has a first disc portion having the one surface, and a second disc portion opposed to the first disc portion across the sealed space.
The first disc portion and the second disc portion are formed of a material that does not transmit light,
The phosphor layer has an arc shape centered on the rotation axis,
An arc-shaped opening is provided in the remaining arc region where the phosphor layer is not disposed in the first disc portion and the region facing the remaining arc region in the second disc portion,
A light transmitting member formed of a material that transmits light is provided at the position of the arc-shaped opening,
A phosphor wheel according to any one of the preceding claims.
請求項1から10のいずれか1項に記載の蛍光体ホイール。 The predetermined temperature is higher than the temperature of the refrigerant before the phosphor layer is excited by the laser light, and lower than the temperature of the refrigerant after the phosphor layer is excited by the laser light.
The phosphor wheel according to any one of claims 1 to 10.
請求項1から11のいずれか1項に記載の蛍光体ホイール。 The predetermined temperature is 70 ° C. to 160 ° C.,
A phosphor wheel according to any one of the preceding claims.
請求項1から12のいずれか1項に記載の蛍光体ホイール。 The enclosed space is 500 hPa to 2000 hPa,
A phosphor wheel according to any one of the preceding claims.
請求項9に記載の蛍光体ホイール。 The refrigerant transmits laser light for exciting the phosphor layer and light excited by the laser light.
The phosphor wheel according to claim 9.
請求項14に記載の蛍光体ホイール。 The refrigerant is water,
The phosphor wheel according to claim 14.
前記蛍光体ホイールの蛍光体層を励起させる光を照射する光源と、を備えた光変換装置。 The phosphor wheel according to any one of claims 1 to 15,
And a light source for emitting light for exciting the phosphor layer of the phosphor wheel.
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|---|---|---|---|
| US16/149,395 US10809604B2 (en) | 2017-11-14 | 2018-10-02 | Phosphor wheel and light conversion device including the same |
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|---|---|---|---|---|
| WO2023027204A1 (en) * | 2021-08-24 | 2023-03-02 | 엘지전자 주식회사 | Phosphor wheel device and image projection device comprising same |
| TWI864019B (en) * | 2019-07-09 | 2024-12-01 | 日商索尼股份有限公司 | Wavelength conversion components |
-
2018
- 2018-09-13 JP JP2018171548A patent/JP2019091011A/en active Pending
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| TWI864019B (en) * | 2019-07-09 | 2024-12-01 | 日商索尼股份有限公司 | Wavelength conversion components |
| WO2023027204A1 (en) * | 2021-08-24 | 2023-03-02 | 엘지전자 주식회사 | Phosphor wheel device and image projection device comprising same |
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