CN111527447A

CN111527447A - 色轮以及投影仪

Info

Publication number: CN111527447A
Application number: CN201880083773.7A
Authority: CN
Inventors: 久保善则; 藤本和良
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2017-12-27
Filing date: 2018-12-26
Publication date: 2020-08-11
Anticipated expiration: 2038-12-26
Also published as: CN111527447B; WO2019131730A1; JPWO2019131730A1; JP6871423B2

Abstract

本公开的色轮具备：透明的基板(2)，具备第1面(2a)、与该第1面(2a)对置的第2面(2b)、以及将第1面(2a)和第2面(2b)连接的外周面(2d)和内周面(2c)，并具有旋转中心(1c)；着色部(3)，被配置于基板(2)的第1面(2a)，将从光源照射的激励光变换成波长不同的变换光；以及散热部(4)，被配置于第1面(2a)或者第2面(2b)的至少任一个的激励光以及变换光的光路外的区域的、比着色部(3)更靠基板(2)的外周面(2d)或者内周面(2c)侧的位置，热传导率比基板(2)大。

Description

色轮以及投影仪

技术领域

本公开涉及一种色轮以及具备该色轮的投影仪。

背景技术

以往，已知一种使用了色轮的投影仪。在色轮的一个主面设置包含荧光体等的着色部，该着色部将从光源照射的光(光源的光)变换成其他波长的光(变换光)。在波长变换时，照射的光的能量的一部分成为热。因此，在色轮中设置了着色部的面相比于其相反的面而成为高温，色轮因热膨胀而变形(热变形)。

在专利文献1的图8中记载了一种色轮，其在包含透明的非金属材料的主体的前表面，具有波长变换层(着色部)和反射层，并在后表面的与波长变换层的位置对应的位置，隔着散热接着层而具有包含金属、石墨的散热片。

在专利文献2的图7、8中记载了，一种具备在荧光体层的第1主面上设置的第1玻璃层和在第2主面上设置的第2玻璃层，并在第1玻璃层上设置了包含金属的反射层的色轮，其中，使在荧光体层发生的热经过反射层而放出到外部。

对于色轮，有在与光源的光的照射面相反的一侧的面放出变换光的透过型、和在与光源的光的照射面相同的侧的面放出变换光的反射型。专利文献1以及2是反射型色轮用的结构。例如，蓝宝石制的色轮主体的可见光的透过率是98％左右，与此相对地，在反射型色轮中使用的铝反射膜的可见光的反射率是90％左右，因此，透过型的色轮具有与反射型的色轮相比光的损耗少(省电力)的优点。由于能够与色轮垂直地照射光源的光，因此，光路短，能够构成紧凑的投影仪。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2017-111418号公报

专利文献2：日本特开2015-143824号公报

发明内容

本公开的色轮具备：透明的基板，具备第1面、与该第1面对置的第2面、以及将所述第1面和第2面连接的外周面，并具有旋转中心；着色部，被配置于所述第1面，将从光源照射的激励光变换成波长不同的变换光；以及散热部，被配置于所述第1面或者所述第2面的至少任一个的所述激励光以及所述变换光的光路外的区域的、比所述着色部更靠所述基板的外周面或者内周面侧的位置，热传导率比所述基板大。

本公开的投影仪具备所述色轮。

附图说明

图1A是表示本公开的色轮的一实施方式的概略俯视图。

图1B是图1A的A-A′线剖视图。

图2A是表示本公开的色轮的另一实施方式的概略俯视图。

图2B是图2A的B-B′线剖视图。

图3A是表示本公开的色轮的另一实施方式的概略俯视图。

图3B是图3A的C-C′线剖视图。

图4A是表示本公开的色轮的另一实施方式的概略俯视图。

图4B是图4A的D-D′线剖视图。

图5A是表示本公开的色轮的另一实施方式的概略俯视图。

图5B是图5A的E-E′线剖视图。

图6A是表示本公开的色轮的另一实施方式的概略俯视图。

图6B是图6A的F-F′线剖视图。

图7A是表示本公开的色轮的另一实施方式的概略俯视图。

图7B是图7A的G-G′线剖视图。

图8A是表示本公开的色轮的另一实施方式的概略俯视图。

图8B是图8A的H-H′线剖视图。

图9A是表示本公开的色轮的另一实施方式的概略俯视图。

图9B是图9A的I-I′线剖视图。

图10A是表示本公开的色轮的另一实施方式的概略俯视图。

图10B是图10A的J-J′线剖视图。

图11A是表示本公开的色轮的另一实施方式的概略俯视图。

图11B是图11A的K-K′线剖视图。

图12A是表示本公开的色轮的另一实施方式的概略俯视图。

图12B是图12A的L-L′线剖视图。

图13A是表示本公开的色轮的另一实施方式的概略俯视图。

图13B是图13A的M-M′线剖视图。

图14A是表示本公开的色轮的另一实施方式的概略图俯视图。

图14B是图14A的N-N′线剖视图。

图15是在本公开的色轮的一例中示出的剖面SEM照片。

图16A是表示现有的色轮的概略俯视图。

图16B是图16A的X-X′线剖视图。

具体实施方式

<色轮和投影仪>

参照附图，对本公开的色轮1以及投影仪进行说明。

图1是表示色轮1的一实施方式的概略图。图2～14是表示色轮1的其他实施方式的概略图。图15是色轮1的剖面SEM照片。图16是表示现有的色轮20的概略图。

如图1所示那样，色轮1具备：透明的基板2，其具有第1面2a、与该第1面2a对置的第2面2b、与第1面2a和第2面2b连接的内周面2c和外周面2d；着色部3(红色着色部3R、绿色着色部3G)，被配置于基板2的第1面2a侧，并将激励光变换成波长不同的变换光；以及散热部4，被配置于第1面2a或者第2面2b的至少任一个的激励光以及变换光的光路外的区域的比着色部3更靠内周面2c侧的位置，且热传导率比基板2大。色轮1以旋转中心1c为中心地旋转来使用。

本公开的投影仪(未图示)具备：向色轮1照射光的光源、保持色轮1来使其旋转的旋转保持部、以及具有多个微镜的数字镜器件。

色轮1通过来自因照射光而发热的着色部3的热而进行热变形。色轮1在高速下旋转来使用，因此，若进行热变形，则产生转速的变化。在色轮1的热变形大的情况下，有可能发生因离心力、与其他构件的接触导致的破损。

散热部4的热伴随着色轮1的旋转而被散热到周边的空气。色轮1越是外周面2d侧则旋转时的线速度越大，面积也越大。色轮1由于具备与着色部3相比更靠外周面2d侧的散热部4，因而能够增大向空气中的散热量。

色轮1由于具有上述结构，因而耐热性、散热性、刚性优异，难以热变形。特别地，适合于在与光源的光的照射面相反的一侧的面放出变换光的透过型的色轮1。色轮1能够构成可靠性高的投影仪。此外，色轮1能够与高输出的光源组合来构成高亮度的投影仪。

基板2以及散热部4的热传导率例如能够使用激光闪光法来测定。

基板2是圆板状，直径是10mm～200mm，厚度是0.1mm～2.0mm。

基板2例如包含蓝宝石。蓝宝石在热传导性以及散热性优异且能够抑制温度上升这一点、刚性高且变形难这一点、机械强度强比较强且难以破损这一点、光的透过性高这一点，作为基板2是优异的。基板2还可以是不具有内周面2c的圆板状。

着色部3例如包含荧光体。在图1所示的色轮1中，作为着色部3，具有红色着色部3R、绿色着色部3G。关于针对这样的色轮1使用的光源，使用蓝色激光器等。红色着色部3R、绿色着色部3G将照射光(蓝色)变换成红色光、绿色光，并分别形成于具有给定的中心角(例如120°)的环状扇形区域。

散热部4的主成分例如是银、铜、金、铝等热传导性优异的金属。散热部4的厚度例如是10μm～1mm，优选地是50μm～200μm。若散热部4是包含金属部和多个玻璃部的金属化层，则通过在散热部4和基板2的界面附近存在的玻璃部，基板2和金属部被牢固地紧固。在散热部4包含玻璃部的情况下，与金属单质相比，刚性高。因此，能够降低色轮1的热变形。玻璃部例如是以氧化硅为主成分的玻璃。若在散热部4的与第1面2a或者第2面2b垂直的剖面处的玻璃部的面积比率(以下，称为玻璃比率)为10％以下，则是特别优选的。

散热部4具有：第1区域4a，其包含在与第1面2a或者第2面2b垂直的剖视下与基板2相接的面；和第2区域4b，其包含与基板2相反的一侧的面。若该第1区域4a的玻璃比率大于第2区域4b的玻璃比率，则通过玻璃比率大的第1区域4a而与基板2的紧固变大，通过玻璃比率小的第2区域4b，散热部4整体的散热性能变大。

散热部4还可以进一步具有多个气孔。气孔具有使散热部的热应力、残留应力缓和，并抑制变形、破损的功能。但是，若气孔过大，或者气孔率过大，则散热性能下降。因此，优选地，气孔的平均重心间距离L和平均圆当量直径D的比率即L/D为4以上。若L/D为4以上，则能够兼顾应力缓和与散热性能。

图15中示出了色轮1的剖面SEM照片(反射电子像)。在图中，散热部4的最白的部分是金属部，黑的部分是气孔，二者的中间明亮度的部分是玻璃部。气孔和玻璃部各自存在多个。能够根据这样的剖面SEM照片，使用图像解析软件来求取玻璃比率、重心间距离、圆当量直径。例如，能够使用图像解析软件“A像君”(日文“A像くん”，注册商标，旭化成工序(株)制)，作为设定条件，设明度为明，设小图形除去面积为0.1μm²，并设具有杂音除去滤波器，调整成在画面上显现的标记与粒子的形状一致来求取作为表示图像的明暗的指标的阈值。在图15中，第1区域4a的玻璃比率是12.0％，第2区域的玻璃比率是4.9％，散热部4整体的玻璃比率是8.0％。气孔的平均重心间距离L是7.7μm，气孔的平均圆当量直径D是1.4μm，L/D是5.5。

对于色轮1，作为发热源的着色部3的某个第1面1a(相当于基板2的第1面2a)比第2面1b(相当于基板2的第2面2b)容易变成高温。若色轮1在基板2的第1面2a侧具备散热部4，则能够将着色部3的发热快速地传递给散热部4。因此，通常着色部3和散热部4的距离近，若直接相接则是特别优选的。

色轮1若如图2、3所示那样在第2面1b侧还具备散热部4，则第1面1b侧的散热也变大，因而是优选的。特别地，若以与第1面1a侧和第1面1b侧这二者相对的方式具备散热部4，则如后述那样，散热部4形成后的色轮1的变形小，因而是优选的。

若色轮1如图4、5所示那样比着色部3更靠旋转中心1c侧地具备散热部4，则能够通过热传导将着色部3的热也散热到旋转保持部，因此，散热性能提高。若如图6所示那样具备将基板2的第1面2a侧和第2面2b侧连接的散热部4，则是特别优选的。

色轮1如图7所示那样在第1面2a比着色部3更靠外周面2d附近地具备与基板2相比热传导率大的散热部41。该散热部41还可以位于激励光的光路区域外。散热部41可以隔开间隔地配置多个，还可以是环状的一体物。

色轮1还可以如图8、图9所示那样在第2面2b侧具备散热部41。这样，当在第2面2b侧也具备散热部41时，在第2面2b侧散热性能也提高。因此，色轮1进一步地变得难以热变形。特别地，在第1面2a的俯视透视下，当位于第1面2a的散热部41和位于第2面2b侧的散热部41重叠时，因散热部41的位置差异导致的旋转障碍、变形少。

此外，本色轮1还可以如图10、11所示那样比着色部3更靠基板2的旋转中心1c附近地具备散热部42。当满足这样的结构时，在基板2的中心侧也能够将波长变换时产生的热进行散热，因而变得难以热变形。

当基板2具有内周面2c时，能够通过热传导也散热到对色轮1进行保持的旋转保持部，因此散热性能提高。此外，作为散热性能提高的结构，还可以如图9所示那样从基板2的第1面2a起遍及到第2面2b地具备散热部41。此外，散热部41以及散热部42与前述的散热部4是相同的。

图12所示的色轮1在第2面2b中的光路区域外具备与基板2相比热传导率大的散热部4。

由于图12所示的色轮1在第2面2b中的光路区域外具备与基板2相比热传导率大的散热部4，因此，基板2的厚度方向即从第1面2a向第2面2b的热传递被促进，通过基于散热部4的散热，热变形少。

在波长变换时产生的热随着色轮1的旋转被散热到周边空气。色轮1越是外周面2d侧则旋转时的线速度越大，面积也越大。当色轮1如图12、14所示那样在光路外区域中的外周面2d侧具备散热部4时，能够增大向空气中的散热量。因此，散热性能提高，色轮1变得难以热变形。

如图13、14所示那样，色轮1还可以在光路外区域中的基板2的中心1c附近具备散热部4。当满足这样的结构时，基板2的中心侧处的热变形变少。在色轮1中，具备着色部3的第1面2a在波长变换时相比于第2面2b而变得高温，第1面2a发生变为凸状这样的热变形，然而，通过在光路外区域中的基板2的中心附近具备散热部4，使热散逸到第2面2b侧。因此，第1面2a的成为凸状的热变形被抑制。

在波长变形时，若色轮1的第1面2a相比于第2面2b而变得高温，则基板2在第1面2a成为凸状的方向上进行热变形。基板2在具备着色部3的第1面2a未进行波长变换时还可以是凹状。当色轮1的残留应力具备抵消因着色部3的发热导致的热应力这样的应力的情况下，或者处于比因着色部3的发热导致的热应力大的范围的情况下，变形被抑制，因而是优选的。

具体地，若利用烧成等与室温相比成为高温的方法来形成散热部4，则由于形成温度和室温的温度差、基板2和散热部4的热膨胀系数差导致在基板2以及散热部4产生残留应力。一般地，由于金属的热膨胀系数大，因此，对于基板2，形成了散热部4的侧的面成为压缩应力，形成了散热部4的一侧的面成为凹状这样的变形产生。

当色轮1在第1面2a侧具备在高温下形成的散热部4时，第1面2a成为凹状，在波长变换时的第1面2a向凸状的热变形被抑制。这被推测为，第1面2a的残留应力和波长变换时的热应力被相抵。

若色轮1在第1面1a和第2面1b这二者处具备散热部4，则因散热部4的形成而导致的残留应力被相抵，基于散热部4的形成后的色轮1的变形变小，因而是优选的。特别地，若在第1面2a的俯视透视下，是位于第1面2a以及第2面2b的散热部4相互重叠这样的配置，则能够抑制在散热部4的形成时的基板2的变形。通过符合色轮1的使用条件(加热条件)地适当设计第1面1a和第2面1b的散热部4的设计(位置、面积、厚度等)，能够进一步抑制色轮1的变形。

投影仪的光源的配置可以是色轮1的第1面1a侧，也可以是第2面1b侧。若来自着色部3的色轮1的变换光在第1面1a侧放出(若是透过型投影仪，则将光源配置在第2面1b侧)，则因变换光透过基板2而导致的光量衰减不会产生，因而是特别优选的。当着色部3和散热部4直接相接的情况下，若着色部3和散热部4的重叠部被层叠以使散热部4成为光源侧，则着色部3的热快速地传递到散热部4，因而是优选的。

<色轮的制造方法>

说明本实施方式的色轮1的制造方法。

首先，准备成为基板2的材料的蓝宝石板。将以多晶氧化铝为原材料培育而得的蓝宝石锭进行切断、加工来形成蓝宝石板。蓝宝石板是例如直径为10mm～200mm，厚度为0.1mm～2.0mm的圆板状。

蓝宝石锭的培育方法不受特别的限制。能够使用通过EFG(Edge-defined film-fed Growth，边缘限定硅膜生长)法、CZ(切克劳斯基法)、泡生法(Kyropoulos)等培育而得的蓝宝石锭。

然后，在蓝宝石板形成用于将基板2固定于旋转保持部的固定用孔等。

接下来，通过磨削装置进行加工以使得蓝宝石板的两主面的算术平均粗糙度Ra成为1.0μm以下。磨削例如可以通过自重模式使用铸铁制的压盘和平均粒径25μm的金刚石砂粒来进行即可。

本说明书中的算术平均粗糙度Ra是以JIS B0601(2013)为基准的值。算术平均粗糙度Ra例如能够使用KEYENCE社制激光显微镜装置VK-9510来测定。测定条件例如可以是将测定模式设为彩色超深度，将测定倍率设为1000倍，将测定间距设为0.02μm，将截止滤波器λs设为2.5μm，将截止滤波器λc设为0.08mm，将测定长度设为100μm～500μm。

在磨削之后，还可以进行用于使蓝宝石板的表面以及内部的残留应力和结晶缺陷降低、或者光的透过率提高的热处理。作为热处理的具体条件，将蓝宝石板在氩气等惰性气体气氛中、或者在真空中在1800℃以上且2000℃以下的温度下保持5小时以上后，以6小时以上的降温时间冷却到室温。由此，在蓝宝石基板的表面以及内部，进行原子的再排列，减少了晶体缺陷、内部应力，光的透过率提高。

接着，进行使用了胶态二氧化硅的CMP(Chemical Mechanical Polishing，化学机械研磨)，对蓝宝石板的两主面进行镜面研磨加工，以使算术平均粗糙度Ra为30nm以下，优选地成为1nm以下，由此，能够制造基板2。

然后，在基板2的第1面2a的所期望的区域，通过蒸镀、涂覆/烧成等方法形成成为着色部3的荧光体或者彩色滤波器。

进而，在基板2的第1面2a或者第2面2b中的至少一个面的所期望的区域的激励光以及变换光的光路外的区域(至少包含比着色部3更靠外周面2d侧的区域)，通过蒸镀、涂覆/烧成等方法，形成包含银、铜、金、铝等的散热部4。还可以将包含金属粉末和玻璃粉末的组成物进行涂覆、烧成，来形成散热部4。

若在高温下形成散热部4，则在基板2以及散热部4产生残留应力。若散热部4的形成温度为600℃以上，则残留应力相比于因着色部3的发热导致的热应力而比较大，色轮1的变形被抑制，因而是优选的。

以上，本公开的色轮1的制造方法具备如下工序：准备具有第1面2a、与该第1面2a对置的第2面2b、和将第1面2a和第2面2b连接的内周面2c和外周面2d的透明的基板2的工序；在第1面2a形成将从光源照射的激励光变换成波长不同的变换光的着色部3的工序；以及在第1面2a或者第2面2b的至少任一个的激励光以及变换光的光路外的区域的比着色部3更靠外周面2d侧的区域，形成与基板2相比热传导率大的散热部4的工序。因此，能够提供难以热变形的色轮。

对于着色部3和散热部4，可以先形成任何一个。若相比于散热部4而先形成着色部3、或者同时形成，则因散热部4的形成而导致产生的残留应力不变化，因而是优选的。若相比于着色部3而先形成散热部4，则因烧成散热部4时的热而导致的着色部3的损伤并不存在，散热部4的烧成条件的自由度提高，在这一点，是优选的。

根据这样的色轮，也能够应用于变换光传输到与光源相反的一侧的透过型色轮。因此，能够提供一种难以热变形的色轮，以及具备该色轮的可靠性高的投影仪。

以上，说明了本公开的实施方式，然而本公开并不受限于上述的实施方式，在权利要求书中记载的范围内，也可以进行各种改良以及变更。例如，色轮1还可以在光源的光入射的面具备用于降低光源的光的反射的反射防止膜，还可以在着色部3的与变换光出射侧相反的一侧具备反射变换光并透过光源的光的分色膜。

实施例

(实施例1)

准备2张直径100mm、厚度1mm的蓝宝石基板，作为实施例1，制作出如图1所示那样的、在第1面2a(1a)具有着色部3和散热部4，散热部4位于比着色部3更靠内周面2c侧的位置的色轮1。

(实施例2)

准备2张直径100mm、厚度1mm的蓝宝石基板，作为实施例2，制作出如图7所示那样的、在第1面2a比着色部3更靠外周面2d的附近地具备散热部41的色轮1。

(实施例3)

准备2张直径100mm、厚度1mm的蓝宝石基板，作为实施例2，制作出如图12所示那样的、在第2面2b比着色部3更靠外周面2d的附近地具备散热部4的色轮1。

作为比较例，制作出如图16所示那样的、在第1面20a具有着色部而不具有散热部4的色轮20。在实施例中，涂覆包含银粒子和石英玻璃的浆料，在烧成温度800℃下进行烧成，形成了厚度约50μm的散热部4。

将实施例1～3的色轮1和比较例的色轮20分别使着色部3朝下，放置于经由用于对着色部3进行加热的外形80mm、内径70mm、厚度10mm的环状的蓝宝石而加热到160℃的热板上，加热10分钟，测定加热前后的翘曲，由此，来比较散热性能。对于翘曲的测定，在热板上，使用三丰社制的杠杆式千分表，测定加热前后的色轮1(20)的最外周部相距热板的高度的变化。在实施例和比较例中，分别将测定重复3次，将平均值作为翘曲变化的值。

在实施例1以及2中，在加热前后翘曲的变化是5μm。在实施例3中，在加热前后翘曲的变化是0μm。在比较例中，在加热前后翘曲的变化是20μm。

-符号说明-

1、20：色轮

1a：第1面

1b：第2面

1c：旋转中心

2：基板

2a：第1面

2b：第2面

2c：内周面

2d：外周面

3：着色部

3R：红色着色部

3G：绿色着色部

4：散热部

41、42：散热部

4a：第1区域

4b：第2区域。

Claims

1.一种色轮，具备：

透明的基板，具备第1面、与该第1面对置的第2面、以及将所述第1面和第2面连接的外周面和内周面，并具有旋转中心；

着色部，被配置于所述第1面，将从光源照射的激励光变换成波长不同的变换光；以及

散热部，被配置于所述第1面或者所述第2面的至少任一个的所述激励光以及所述变换光的光路外的区域的、比所述着色部更靠所述基板的外周面或者内周面侧的位置，热传导率比所述基板大。

2.根据权利要求1所述的色轮，其中，

所述散热部被配置于比所述着色部更靠所述外周面侧的位置。

3.根据权利要求1或2所述的色轮，其中，

至少在所述第1面具备所述散热部。

4.根据权利要求1或2所述的色轮，其中，

在所述第1面以及所述第2面具备所述散热部。

5.根据权利要求4所述的色轮，其中，

从所述第1面到所述第2面连续地配置所述散热部。

6.根据权利要求2至5中任一项所述的色轮，其中，

在所述第1面的比所述着色部更靠所述基板的旋转中心侧的位置，具备所述散热部。

7.根据权利要求1或2所述的色轮，其中，

在所述第2面具备所述散热部。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的色轮，其中，

所述散热部包含金属部和玻璃部。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的色轮，其中，

所述基板包含蓝宝石。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的色轮，其中，

所述散热部在与所述第1面或者所述第2面垂直的剖视下，具有：包含与所述基板相接的面的第1区域和包含与所述基板相反的一侧的面的第2区域，所述第1区域的所述玻璃部的面积比率大于所述第2区域的所述玻璃部的比率。

11.根据权利要求8至10中任一项所述的色轮，其中，

所述散热部的剖面的所述玻璃部的面积比率为10％以下。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的色轮，其中，

所述散热部具有多个气孔，所述气孔的平均重心间距离L与平均圆当量直径D的比率L/D为4以上。

13.根据权利要求4所述的色轮，其中，

位于所述第1面侧的散热部和位于所述第2面侧的散热部在从第1面侧的俯视透视下重叠。

14.根据权利要求1所述的色轮，其中，

在所述基板，处于同一面上的散热部以及着色部直接相接。

15.根据权利要求14所述的色轮，其中，

将所述着色部和散热部的重叠部层叠，以使散热部成为光源侧。

16.一种投影仪，具备权利要求1至15中任一项所述的色轮。