CN102636947A - 荧光粉轮*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种荧光粉轮***。本发明中的荧光粉轮***包括：荧光粉轮、第一驱动马达、驱动单元和激励光照射装置。荧光粉轮上涂覆有预设宽度的荧光粉层，且荧光粉轮在第一驱动马达的驱动下绕荧光粉轮的轴心旋转；而驱动单元则可驱动第一驱动马达在与荧光粉轮平行的第一平面上的预定范围内移动，从而可以有效地延长激光束照射在同一点上的时间间隔，减小激光照射在荧光粉上的占空比，因而可以在不增加荧光轮基板尺寸的前提下减小荧光粉轮的热效应，延长荧光粉的使用寿命，降低荧光粉轮的生产成本。

Description

荧光粉轮***

技术领域

本发明涉及图像投影技术，特别涉及一种荧光粉轮***。

背景技术

随着技术的发展，目前市场上的投影显示设备朝着体积越来越小、亮度越来越高的方向发展。光源是投影显示设备的关键部件，直接影响投影显示设备所输出图像的亮度及色彩的表现能力。传统的投影显示设备中一般使用灯泡作为光源，但灯泡的光学扩展量较大，并且有红外线(IR)和紫外线(UV)波段的影响。近年来出现的发光二级管(LED)投影技术，在亮度上也很不理想。

因此，现有技术中采用了荧光粉受激发光的原理来解决LED亮度不足的问题。例如，现有技术中的新型固态光源投影机大多采用荧光体的发光的光源，即将荧光粉涂覆在圆形金属基板的环形区，形成荧光粉轮；然后在荧光粉轮的背面装配有一个驱动所述荧光粉轮旋转的马达。图1为现有技术中的荧光粉轮***的结构示意图。图2为现有技术中的荧光粉轮的示意图。如图1、图2所示，现有技术中的荧光粉轮***包括：荧光粉轮1和设置在荧光粉轮1的背面并与荧光粉轮连接的驱动马达2。其中，所述荧光粉轮1包括基板10和涂覆在基板10上的荧光粉层4，所述荧光粉轮1可在驱动马达2的驱动下绕所述荧光粉轮1的轴心旋转。

在工作状态下，荧光粉轮1沿着其轴心快速旋转，激励光照射装置3所射出的激光束在荧光粉层4的表面会聚成一个小激光点5。由于荧光粉轮1的旋转，可使得相对静止的激励光照射装置3射出的激光束沿荧光粉轮1的周长方向会聚在荧光粉层表面不同的点上，从而使荧光粉层4受激而发射出相应颜色的光。在上述的工作过程中，激光束照射在荧光粉上的那一刻，产生的瞬时温度非常高。如图7所示，显示了激光照射在荧光粉上某一点的时候，温度与荧光粉轮旋转一周的关系。这一周期分为两个部分：一部分是当激光照射在荧光粉上某一点时，此点产生一个瞬时高温，为这一高温给予一个常数；另一部分是激光照射完以后这一点的温度。虽然这个瞬时高温的持续时间比较短，但通过长时间的工作周期，热量将会在荧光粉层上逐渐累积，从而产生比较显著的热效应。如图8所示，示出了现有技术中，荧光粉轮上某一点荧光粉的温度变化与荧光粉轮工作时间之间的关系。从图中可知，如果激光束照射在同一个点上的时间间隔比较短，即激光照射在同一点上的占空比较大时，那么产生瞬时高温的时间间隔也将比较短。综合来看，在一定的时间范围内，荧光粉的高温时间将比较长，如果热量不能有效地散出，产生的热效应将会缩短荧光粉的使用寿命，严重的话还会使荧光粉碳化。

为了避免上述问题的发生，进一步提高荧光粉的使用寿命，其中一个关键的问题在于尽量减小激光照射在荧光粉上的占空比(即一个周期内同一点上的激光照射时间与周期长度的比值)，进而降低激光在荧光粉上产生的热效应。现有技术中一般采用增大荧光粉轮的直径并且使荧光粉层的宽度一般为4毫米的方式，来减小激光点停留在同一点上的时间，以减小激光束照射在同一点上的占空比。例如，如图9和10所示，荧光粉轮的直径大于或等于4厘米(cm)，当激光点打在荧光粉层上时，由于直径增大，在转速不变的情况下，激光点停留的时间减小，产生的热量也相应减少。但是，上述方法中大尺寸荧光轮基板的使用将导致荧光粉的使用量的增加以及荧光粉轮整体尺寸的增大，从而增加了荧光粉轮的生产成本并增大投影设备的尺寸。

发明内容

根据本发明，提供了一种荧光粉轮***，能够在不增加荧光轮基板尺寸的前提下减小荧光粉轮的热效应，延长荧光粉的使用寿命，降低荧光粉轮的生产成本。

根据本发明所提供的一种荧光粉轮***，其包括：荧光粉轮、第一驱动马达和驱动单元；其中，

所述荧光粉轮上涂覆有预设宽度的荧光粉层；

第一驱动马达设置于所述荧光粉轮的背面并可驱动所述荧光粉轮绕所述荧光粉轮的轴心旋转；

所述驱动单元与第一驱动马达连接，并可驱动第一驱动马达在与荧光粉轮平行的第一平面上的预定范围内移动。

其中，所述荧光粉轮包括：基板和涂覆在基板上的具有预设宽度的荧光粉层。

其中，所述荧光粉层的预设宽度为6毫米。

其中，所述驱动单元包括：第二驱动马达；

第二驱动马达与第一驱动马达连接，且驱动第一驱动马达在与荧光粉轮平行的第一平面上的预定范围内进行直线移动。

其中，第二驱动马达为直线驱动马达。

其中，所述直线移动为在垂直方向上的移动。

其中，所述直线移动是在水平方向上的移动。

其中，所述驱动单元包括：驱动基板和第三驱动马达；

所述驱动基板与第一驱动马达非同轴连接；

第三驱动马达设置于所述驱动基板背面的轴心处，并可驱动所述驱动基板沿所述驱动基板的轴心旋转。

其中，第三驱动马达为直线驱动马达。

其中，所述驱动基板的正面上的非轴心位置设置有凹槽；

第一驱动马达的底部设置于所述驱动基板上的凹槽中。

其中，所述凹槽为锯齿形的凹槽。

其中，所述荧光粉轮***还进一步包括：用于发射可照射到所述荧光粉层上的激光束的激励光照射装置。

其中，所述基板为金属基板或反射性基板或透射性基板。

由上述技术方案可见，本发明中的荧光粉轮***中主要包括：荧光粉轮、第一驱动马达、驱动单元和激励光照射装置。其中，由于荧光粉轮上涂覆有预设宽度的荧光粉层，且荧光粉轮在第一驱动马达的驱动下将绕荧光粉轮的轴心旋转；而驱动单元则可驱动第一驱动马达在与荧光粉轮平行的第一平面上的预定范围内移动，从而可以有效地延长激光束照射在同一点上的时间间隔，减小激光照射在荧光粉上的占空比，因而可以在不增加荧光轮基板尺寸的前提下减小荧光粉轮的热效应，延长荧光粉的使用寿命，降低荧光粉轮的生产成本。进一步，还可以在相同情况下减少荧光粉的使用量，从而可以降低荧光粉轮***的生产成本，还可大大减小使用上述荧光粉轮***的投影设备的尺寸，从而降低投影设备的生产成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，以下将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，以下描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员而言，还可以根据这些附图所示实施例得到其它的实施例及其附图。

图1为现有技术中的荧光粉轮***的结构示意图；

图2为现有技术中的荧光粉轮的示意图；

图3为本发明实施例中的荧光粉轮***的结构示意图；

图4为本发明实施例中的荧光粉轮的结构示意图；

图5为本发明实施例中的荧光粉轮***的另一种结构示意图；

图6为本发明实施例中的荧光粉轮的运动轨迹的示意图；

图7为示出了现有技术中激光打在荧光粉上某一点的时候，温度与荧光粉轮旋转一周的关系的示意图；

图8为示出了现有技术中的荧光粉轮上某一点荧光粉的温度变化与荧光粉轮工作时间之间的关系的示意图；

图9为示出了现有技术中增大荧光粉轮直径时，激光打在荧光粉上某一点的时候，温度与荧光粉轮旋转一周的关系的示意图；

图10为示出了现有技术中增大荧光粉轮直径时，荧光粉轮上某一点荧光粉的温度变化与荧光粉轮工作时间之间的关系的示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。

参见图3至图6，本实施例中的荧光粉轮***包括：荧光粉轮11、第一驱动马达12和驱动单元15。

其中，所述荧光粉轮11上涂覆有预设宽度的荧光粉层14；

第一驱动马达12设置于所述荧光粉轮11的背面并可驱动所述荧光粉轮11绕所述荧光粉轮11的轴心旋转；

所述驱动单元15与第一驱动马达12连接，并可驱动第一驱动马达12在与荧光粉轮平行的第一平面上的预定范围内移动。

较佳的，在本发明的具体实施例中，所述荧光粉轮***还进一步包括：

用于发射可照射到所述荧光粉层14上的激光束的激励光照射装置13。

较佳的，在本发明的具体实施例中，所述荧光粉轮11包括基板110和涂覆在基板110上的具有预设宽度的荧光粉层14。

另外，在本发明的具体实施例中，可以预先设定荧光粉层14的宽度和第一驱动马达12在与荧光粉轮平行的第一平面上移动的预定范围，从而使得激励光照射装置13所发射的激光束所会聚成小激光点5，可以始终位于所述荧光粉轮11的荧光粉层14上。具体的设置方法在此不再赘述。

根据上述荧光粉轮***的结构可知，在工作状态下，所述荧光粉轮11在第一驱动马达12的驱动之下，绕所述荧光粉轮11的轴心快速旋转；而第一驱动马达12则在所述驱动单元15的驱动下在与荧光粉轮平行的第一平面上的预定范围内移动。此时的所述荧光粉轮11的轴心已经不再是原地固定不动，而是随着第一驱动马达12在与荧光粉轮平行的第一平面上的移动而移动。因此，所述荧光粉轮11在绕其轴心旋转的同时，还将在所述第一平面上发生移动。此时，激励光照射装置13所发射的激光束在荧光粉轮11的表面上可会聚成小激光点5，而且激光点5将始终位于所述荧光粉轮11的荧光粉层14中(原因在于所述第一驱动马达12是在预定范围内移动，而不是任意移动；而且，所述荧光粉轮上的荧光粉层具有预设的宽度)，从而使得所述荧光粉层14受激而发射出相应颜色的光。但是，如果此时将处于运动状态中的荧光粉轮11作为静止参照系，则激励光照射装置13所发射的激光束在荧光粉轮11的表面上的运动轨迹将不再是一个圆，而是另外的一种曲线。如图4所示，当荧光粉轮11绕其轴心旋转一周以后，该荧光粉轮11已经离开了其初始位置，因此激励光照射装置13所发射的激光束将不再照射到上一个周期时所照射的那个初始点上，而是照射到与该初始点邻近的其它点上，因而可以有效地延长激光束照射在同一点上的时间间隔，减小激光照射在荧光粉上的占空比，使得由于激光束的照射而产生的热量可以有效地发散出去，从而能够在不增加荧光轮基板尺寸的前提下减小荧光粉轮的热效应。

以下将以举例的方式对本发明的技术效果进行进一步的说明。

首先，可计算现有技术中的激光束照射在荧光粉层上同一点的时间间隔。

如图2所示，设现有技术中的荧光粉轮的基板10的直径为D，荧光粉层4的宽度为d，荧光粉轮1的转速为ω，则激光束照射在荧光粉层4上同一激光点的时间间隔t为可通过如下的公式进行计算：

t＝1/ω      (1)

假设现有技术中的荧光粉层4的宽度d为4毫米(mm)，基板10的直径D为80mm，驱动马达2工作时的转速为180r/s，则激光束照射在荧光粉层4上同一点的时间间隔大约为：

t＝1/180s    (2)

而在本发明中，设荧光粉轮11的转速为ω，第二驱动马达150所作的直线运动往返次数为m次/s，激光束照射在荧光粉层14上同一点的时间间隔为t1。

如果第二驱动马达的水平运动沿X方向，ω为第一驱动马达12的频率，m为直线运动马达的频率，并将第二驱动马达运动的直线运动近似为简谐运动，选择绝对坐标系，A为水平运动的振幅，r为基板的半径，a为激光束照射在荧光粉层14上的激光点的中心距离基板110的中心(即荧光粉轮的中心)的距离，

则对于荧光粉层14上的某一点，其相对于荧光粉轮11中心，

在X方向的运动方程为x＝a×cos(ωt)，

在Y方向的运动方程为y＝a×sin(ωt)；

第二驱动马达150的本身在X方向的简谐运动方程为x1＝A×sin(mt)，第二驱动马达150仅进行简谐运动，因此不影响荧光粉层14在Y方向的运动。

综合来看，第一驱动马达所带动的荧光粉层14上的某一点的X方向的运动为上述两种运动的叠加，即

X＝a×cos(ωt)±A×sin(mt)

若要经过时间间隔t1后，荧光粉层14上的某一点与时间t时的位置重合，则须满足：

X＝a×cos(ωt)±A×sin(mt)

X1＝a×cos(ω(t+t1))±A×sin(m(t+t1))

X＝X1

式中，X为时间t时所述荧光粉层14上某一点的位置坐标，X1为时间t+t1时所述荧光粉层14上某一点的位置坐标。

则

a×cos(ωt)＝a×cos(ω(t+t1))

A×sin(mt)＝A×sin(m(t+t1))

因此，最小时间t1满足：

ωt+2π＝ω(t+t1)

mt+2π＝m(t+t1)

假设令t＝0，那么

2π＝ω*t1

2π＝m*t1

即，

t1＝2π/ω    (3)

t1＝2π/m     (4)

如果ω＞＞m，那么t1就近似等于t1＝2π/m。

假设荧光粉层14的预设宽度为6mm，基板110的直径为44mm，第一驱动马达12工作时的转速为180r/s，第二驱动马达150直线运动的往返次数为10次/s，则激光束照射在荧光粉层14上同一点的时间间隔大约为：

t1＝2π/10s    (5)

比较上述公式(2)和(5)可知，与现有技术相比，在荧光粉轮转速相同的情况下，本发明的技术方案中激光束照射在荧光粉层上同一点的时间间隔远远大于现有技术中的技术方案的时间间隔。而且本发明中的基板110的直径的大小并不影响激光束照射在荧光粉层上同一点的时间间隔t1。由此，本发明既增大了激光束照射在荧光粉层上同一点的时间间隔，大大减少了热效应，延长了荧光粉的寿命，同时荧光粉轮***所使用的基板尺寸可以尽可能地小，从而可以降低荧光粉轮***的成本，还可大大减小使用上述荧光粉轮***的投影设备的尺寸，从而降低投影设备的生产成本。

另外，还可以根据上述假设的例子计算涂覆在荧光粉轮上的荧光粉的使用量。假设荧光粉层的厚度相同，则涂覆在荧光粉轮上的荧光粉的使用量的大小取决于涂覆在荧光粉轮上的荧光粉层的面积S。所述S可通过如下所述的公式进行计算：

S＝πr₁ ²-πr₂ ²

其中，所述r₁表示荧光粉层的外径，所述r₂表示荧光粉层的内径。

因此，在图1和图2所示的现有技术中的荧光粉轮***中，涂覆有荧光粉的荧光粉层的面积为：

$S={\mathrm{\πr}}_1^2-{\mathrm{\πr}}_2^2=\mathrm{\π}({40}^2-{36}^2)=304\mathrm{\π}.$

而在图3和图4所示的本发明的荧光粉轮***中，涂覆有荧光粉的荧光粉层的面积为：

$S={\mathrm{\πr}}_1^2-{\mathrm{\πr}}_2^2=\mathrm{\π}({22}^2-{16}^2)=228\mathrm{\π}.$

由此可知，通过使用本发明的荧光粉轮***，在大大延长激光打在荧光粉层上同一点的时间间隔，减小荧光粉轮的热效应，延长荧光粉的使用寿命的前提下，还可以有效地减少荧光粉的使用量。由于荧光粉的价格十分昂贵，因此通过使用本发明的荧光粉轮***，还可以大大降低整个荧光粉轮***以及投影设备的生产成本，同时还减小整个荧光粉轮***以及投影设备的尺寸。

参见图3和图4，较佳的，在本发明的具体实施例中，驱动单元15可以包括：第二驱动马达150。其中，第二驱动马达150与第一驱动马达12连接，且驱动第一驱动马达12在与荧光粉轮平行的第一平面上的预定范围内进行直线移动，从而使得荧光粉轮11在绕其轴心旋转的同时，还将在与荧光粉轮平行的第一平面上的预定范围内沿直线运动。

较佳的，在本发明的具体实施例中，第二驱动马达150为直线驱动马达。

较佳的，在本发明的具体实施例中，所述直线移动可以是在垂直方向上的移动，也可以是在水平方向上的移动，还可以是在与荧光粉轮平行的第一平面中沿其它方向的直线移动。

例如，当第二驱动马达150驱动第一驱动马达12在垂直方向上移动，即上下移动时，荧光粉轮11也将在与荧光粉轮平行的第一平面中进行上下移动。因此，在工作进程中，荧光粉轮11的轴心已经不再是原地不动，而是随着第一驱动马达12在与荧光粉轮平行的第一平面中上下移动。

同理，可推知所述直线移动是在水平方向上的移动以及所述直线移动是在与荧光粉轮平行的第一平面上沿其它方向的直线移动的情况，在此不再赘述。

参见图5和图6，较佳的，在本发明的另一个具体实施例中，所述驱动单元可以包括：驱动基板151和第三驱动马达152。所述驱动基板151与所述第一驱动马达12非同轴连接，第三驱动马达152设置于所述驱动基板151背面的轴心处，并可驱动所述驱动基板151绕所述驱动基板151的轴心旋转。

较佳的，在本发明的具体实施例中，所述第三驱动马达152是旋转驱动马达。

由于所述驱动基板151与所述第一驱动马达12之间的连接为非同轴连接，因此当驱动基板151在第三驱动马达152的驱动下绕驱动基板151的轴心旋转时，将带动所述第一驱动马达12进行圆周运动，而不是直线运动；因此，所述荧光粉轮11在绕其轴心旋转的同时，还将在与荧光粉轮平行的第一平面上的预定范围内进行圆周运动。

参见图6可知，当所述驱动基板151在所述第三驱动马达152的驱动下旋转时，设置在所述驱动基板151上的第一驱动马达12将进行圆周运动，荧光粉轮11将随着第一驱动马达12的运动而处于不同的位置。例如，当所述荧光粉轮11位于如图6所示的A位置时，由所述激励光照射装置13发射的激光束将照射到所述荧光粉轮11的边缘处；而当所述荧光粉轮11分别位于如图6所示的B、C、D等位置时，由所述激励光照射装置13发射的激光束照射到的所述荧光粉轮11上的位置如图6所示，即有的位置位于所述荧光粉轮11的边缘处，有的位置则离所述荧光粉轮11的边缘处还有一定的距离。例如，如图6所示，在位置A时，激光束照射到荧光粉轮11上的小激光点5已经处于荧光粉轮11的边缘；而在位置B时，激光束照射到荧光粉轮11上的小激光点5距离荧光粉轮11的边缘还有一小点距离；在位置C时，激光束照射到荧光粉轮11上的小激光点5距离荧光粉轮11的边缘最远；在位置D时，激光束照射到荧光粉轮11上的小激光点5距离荧光粉轮11的边缘基本上与位置B相同。但是，由于荧光粉轮11上的荧光粉层14的宽度是预定的宽度，一般比现有技术中的荧光粉层的宽度要大，因此上述位置将始终位于本发明的荧光粉层之内。

进一步的，在本发明的较佳实施例中，所述驱动基板151的正面上的非轴心位置设置有凹槽，所述第一驱动马达12的底部设置于所述驱动基板151上的凹槽中。

较佳的，所述凹槽可以是锯齿形的凹槽，从而使得所述第一驱动马达12与所述驱动基板151之间的连接更为稳固。

较佳的，在本发明的具体实施例中，所述基板110可以为金属基板，也可以为反射性基板或透射性基板；所述基板110的形状可以为圆形，也可以为其他形状。

本发明中，根据基板直径的大小、在降低荧光粉使用量和减小打在荧光粉层同一点的占空比的基础上进行计算设计荧光粉层的宽度。

综上可知，在本发明中所提供的荧光粉轮***中，由于荧光粉轮上涂覆有预设宽度的荧光粉层，且荧光粉轮在第一驱动马达的驱动下将绕荧光粉轮的轴心旋转；而驱动单元则可驱动第一驱动马达在与荧光粉轮平行的第一平面上的预定范围内移动，从而可以有效地延长激光束照射在同一点上的时间间隔，减小激光照射在荧光粉上的占空比，因而可以在不增加荧光轮基板尺寸的前提下减小荧光粉轮的热效应，延长荧光粉的使用寿命，降低荧光粉轮的生产成本。进一步，还可以在相同情况下减少荧光粉的使用量，从而可以降低荧光粉轮***的生产成本，还可大大减小使用上述荧光粉轮***的投影设备的尺寸，从而降低投影设备的生产成本。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换以及改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种荧光粉轮***，其特征在于，包括：荧光粉轮、第一驱动马达、和驱动单元；其中，

所述荧光粉轮上涂覆有预设宽度的荧光粉层；

第一驱动马达设置于所述荧光粉轮的背面并可驱动所述荧光粉轮绕所述荧光粉轮的轴心旋转；

所述驱动单元与第一驱动马达连接，并可驱动第一驱动马达在与荧光粉轮平行的第一平面上的预定范围内移动。

2.如权利要求1所述的荧光粉轮***，其特征在于，

所述荧光粉轮包括：基板和涂覆在基板上的具有预设宽度的荧光粉层。

3.如权利要求1所述的荧光粉轮***，其特征在于，

所述荧光粉层的预设宽度为6毫米。

4.如权利要求1所述的荧光粉轮***，其特征在于，所述驱动单元包括：第二驱动马达；

第二驱动马达与第一驱动马达连接，且驱动第一驱动马达在与荧光粉轮平行的第一平面上的预定范围内进行直线移动。

5.如权利要求4所述的荧光粉轮***，其特征在于：

第二驱动马达为直线驱动马达；

所述直线移动为在垂直方向上和水平方向上中的一个方向上的移动。

6.如权利要求1所述的荧光粉轮***，其特征在于，所述驱动单元包括：驱动基板和第三驱动马达；

所述驱动基板与第一驱动马达非同轴连接；

第三驱动马达设置于所述驱动基板背面的轴心处，并可驱动所述驱动基板绕所述驱动基板的轴心旋转。

7.如权利要求6所述的荧光粉轮***，其特征在于：

第三驱动马达为旋转驱动马达。

8.如权利要求6所述的荧光粉轮***，其特征在于：

所述驱动基板的正面上的非轴心位置设置有凹槽；

第一驱动马达的底部设置于所述驱动基板上的凹槽中。

9.如权利要求8所述的荧光粉轮***，其特征在于：

所述凹槽为锯齿形的凹槽。

10.如权利要求1所述的荧光粉轮***，其特征在于，所述荧光粉轮***还进一步包括：

用于发射可照射到所述荧光粉层上的激光束的激励光照射装置。

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