JP2014092599A - 光変換装置及び光変換装置を備えた投写表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】信頼性と変換効率の向上を可能とする光変換装置及びこれを備えた投写表示装置を提供すること。
【解決手段】蛍光体層が形成され、モータによって回転駆動される蛍光体ホイールが取り付けられた蛍光体ホイール装置と、蛍光体層の蛍光体発光部に風を送風する送風機と、蛍光体ホイール装置及び送風機を収容するとともに前記送風機の風が一方向に流れるように形成された循環経路を有し、密閉空間を構成する蛍光体ホイールケースと、循環経路上に配置され蛍光体ホイールケース内外との熱の授受を行う熱交換器と、蛍光体ホイールケースに開設された開口を施蓋する如く配置され、蛍光体を励起させる励起光を通し、かつ蛍光体で発した発光光を集光する光学レンズを備えた。
【選択図】図５

Description

本開示は、光変換装置及び光変換装置を備えた投写表示装置に関する。

従来、投写表示装置の光源装置として、高圧水銀ランプを使っているものが主流であったが、近年、特許文献１に開示されているようにレーザダイオードから発する光により蛍光体を励起し、蛍光体から蛍光発光した光を利用したものが開発されてきている。しかしながら蛍光体自体の光変換効率の温度特性、蛍光体を基材上に形成するためのバインダ等の耐熱性のために、温度上昇を抑える必要がある。そこで、円板基材上に蛍光体層を形成し、それをモータに取り付け回転させることで、蛍光を発光する部分を常に移動させ、温度上昇を抑えている。

しかしながら、投写表示装置の高輝度化とともに、励起光も大きくなり、冷却性能が不足し、冷却ファン等により、蛍光体ホイールを冷却しているが、空気中の塵埃が励起光により蛍光体表面で焼き付いてしまい変換効率が低下するという事態を招来する。このため、冷却ファンにより送風される空気を塵埃フィルタによって濾過する方法があるが、フィルタに詰まる塵埃の除去を定期的に行う必要が発生する。

特開２０１１−１３４６６８号公報

本開示は、信頼性と変換効率の向上を可能とする光変換装置及びこれを備えた投写表示装置を提供する。

本開示における光変換装置は、蛍光体層が形成され、モータによって回転駆動される蛍光体ホイールが取り付けられた蛍光体ホイール装置と、前記蛍光体層の蛍光体発光部に風を送風する送風機と、前記蛍光体ホイール装置及び送風機を収容するとともに前記送風機の風が一方向に流れるように形成された循環経路を有し、密閉空間を構成する蛍光体ホイールケースと、前記循環経路上に配置され蛍光体ホイールケース内外との熱の授受を行う熱交換器と、前記蛍光体ホイールケースに開設された開口を施蓋する如く配置され、蛍光体を励起させる励起光を通し、かつ蛍光体で発した発光光を集光する光学レンズを備えていることを特徴とする。

本開示によれば、密閉されたケース内で蛍光体ホイールを直接空冷することにより信頼性と変換効率の向上を可能とする光変換装置及びこれを備えた投写表示装置を提供することができる。

実施の形態１に関する投写表示装置を示す概略図。 実施の形態１に関する光変換装置の要部を示す図。 実施の形態１に関する光変換装置の説明図。 実施の形態１に関する光変換装置の外観斜視図。 実施の形態１に関する光変換装置の内部を示す図。 実施の形態２に関する光変換装置の外観斜視図。 実施の形態２に関する光変換装置を内部を示す図。 実施の形態３に関する光変換装置を示す透視図。

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。但し、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。

なお、発明者は、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。
（実施の形態１）
以下、図１〜図５を用いて、実施の形態１を説明する。

図１は本開示の光変換装置に使用できる投写表示装置７００の構成を示す図である。図１において、１は複数個の青色レーザダイオード２と、これら青色レーザダイオード２の青色光を平行化してなるコリメータレンズ３と、コリメータレンズ３から出力される青色光を集光する集光レンズ４から構成される励起光源である。

５は集光レンズ４から出射される青色光が入射され、平行光に変換するレンズである。レンズ５から出射された青色光は青色光を透過し緑色光を反射するダイクロイックミラー６を通過し、一対の凸レンズからなる集光／平行化レンズ７に入射する。

集光／平行化レンズ７に入射された青色光は、図２にその詳細を示す蛍光体ホイール装置８の蛍光体ホイール８１に環状に塗布され蛍光体層として形成された緑色蛍光体８２に図３に示されるように集光され、緑色蛍光体８２を励起する。蛍光体ホイール装置８はモータ８３によって蛍光体ホイール８１を回転駆動するようになっている。これによって蛍光体はそこに集光される青色の励起光による焼付が防止される。尚、図２（ｂ）は図２（ａ）の平面図においてＡ−Ａ’線で緑色蛍光体８２を断面した側面図である。

励起光によって励起され蛍光体ホイール８１の緑色蛍光体８２から発光される緑色光は、集光／平行化レンズ７に入射し平行化されてダイクロイックミラー６に出射される。ダイクロイックミラー６は、集光／平行化レンズ７からの緑色光を反射し、緑色を透過し赤色を反射するダイクロイックミラー９に緑色光を出射する。

１０は赤色ＬＥＤ（発光ダイオード）１１と一対の凸レンズからなる平行化レンズ１２からなる赤色光源であり、赤色ＬＥＤ１１からの赤色光は平行化レンズ１２で平行化されてダイクロイックミラー９に対して出射される。

平行化レンズ１２から出射される赤色光はダイクロイックミラー９で反射されて、赤色光と緑色光を透過し青色光を反射するダイクロイックミラー１３に入射する。

１４は青色ＬＥＤ（発光ダイオード）１５と一対の凸レンズからなる平行化レンズ１６からなる青色光源であり、青色ＬＥ１５からの青色光は平行化レンズ１６で平行化されてダイクロイックミラー１３に対して出射される。

このようにして、蛍光体ホイール装置８からの緑色光はダイクロイックミラー６で反射された後、ダイクロイックミラー９、１３を通過して集光レンズ１７に入射する。赤色光源１０から出射され赤色光はダイクロイックミラー９で反射されてダイクロイックミラー１３を通過し集光レンズ１７に入射する。青色光源１４から出射された青色光はダイクロイックミラー１３で反射され集光レンズ１７に入射される。

集光レンズ１７は緑色光、赤色光、青色光を集光してロッドインテグレータ１８の一端面に出射する。ロッドインレグレター１８の他端面から出射される出射光はリレーレンズ１９、２０を通過して全反射ミラー２１に出射される。

全反射ミラー２１で反射された光はレンズ２３を通過してＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）２４に入射される。ＤＭＤ２４は入射される光を映像信号で変調しレンズ２３を通して投写レンズ２５に対して出射する。投写レンズ２５は、入射された光を図示しないスクリーンに拡大投射する。

上記のように励起光源１からの励起光は蛍光ホイール８１上の緑色蛍光体８２を励起し、蛍光発光を発生させるが、全てが蛍光発光に変換されるのではなく、一部が熱に変わり緑色蛍光体８２の温度を上昇させてしまう。緑色蛍光体８２は温度が上昇すると光変換効率が低下したり、緑色蛍光体８２を蛍光体ホイール８１上に形成するためのバインダが熱変色等を起こしたりてしまうため蛍光体ホイール８１をモータ８３に取り付け回転させることで温度上昇を抑えている。

しかしながら、投写表示装置の高輝度化とともに、励起光の光も強くなり、蛍光体を回転させるだけでは冷却性能が不足してきており、冷却風により蛍光体を冷却する必要がある。

このため、本実施の形態では、図４及び図５に示すような構成によって蛍光体の冷却を行っている。図４において、２６は扁平直方体状をなした金属製の蛍光体ホイールケースであって、密閉空間を形成する。図５は図４の蛍光体ホイールケース２６の一側面２６１を除去して内部構造を示す図である。

蛍光体ホイールケース２６の一端面には複数金属性の放熱フィン構造が形成されてなる熱交換器２７が設けられる。２８は蛍光体ホイールケース２６内部の空気を循環するための送風機（シロッコファン）であって、吸入口２８１から吸い込まれた空気は排気口２８２から送出される。蛍光体ホイールケース２６の内部には、内部の空気を循環させる循環経路Ｃを形成する隔壁２９が蛍光体ホイールケース２６に一体的に形成される。

隔壁２９は送風機２８の外周に沿うように形成された「し」の字型部分２９１と、「し」の字の上端と連接し蛍光体ホイールケース２６の上面と略平行に設けられる「一」の部分２９２とからなり、送風機２８の排気口２８２は「し」の字部分２６１の上端側に配置され熱交換器２７に対抗して設けられる。

蛍光体ホイール装置８は隔壁２９によって囲まれるように蛍光体ホイールケース２６のほぼ中央部の下側に配備され、送風機２８から吹き出され風が蛍光体ホイール８１に当たるようになっている。

集光／平行化レンズ７は蛍光体ホイールケース２６の略中央部に開設された開口に取り付け部材を介して隙間なく嵌め込まれ、開口を施蓋するように配置される。従って、蛍光体ホイールケース２６の外部から集光／平行化レンズ７に入射した励起光は集光／平行化レンズ７を通って蛍光体ホイールケース２６の内部に配備された蛍光体ホイール８１の緑色蛍光体を励起する。

緑色蛍光体が励起されると、蛍光体で蛍光光が発光するとともに熱が発生する。上述したように送風機２８からの風は蛍光体ホイール８１の蛍光体の発光部を含む蛍光体に当たり、蛍光体の熱を奪い、蛍光体の熱で温められた風は熱交換器２７に当たる。温められた風は熱交換器２７で熱が奪われ隔壁の「一」の字部分２９２の上側を通って送風機２８の吸気口２８１に戻る。

このように、送風機２８の風は一方向に流れ、図５の矢印で示す循環経路Ｃで循環することにより、励起された蛍光体の熱によって温められた風は、循環経路上に配置された熱交換器２７によって、蛍光体ホイールケース２６内外との熱の授受が行われることになる。従って、熱交換器２７で熱が奪われ、冷却された風は送風機２８に戻り、再度蛍光体を冷却するために利用される。

このように本実施の形態によれば、蛍光体ホイール８１上の緑色蛍光体８２は送風機２８で直接冷却されるため、光変換効率の向上が図れ、蛍光光の明るさを増すことが可能となる。また、蛍光体を塗布するために使用させるバインダ等の信頼性も確保できる。さらに、蛍光体ホイールケース２６により密閉された空間内での風の循環であるので、埃の焼き付き等に光出力低減を引き起こすことはない。

従って、実施の形態１に記載の光源装置を用いることによって、投写表示装置として安定した輝度の確保を長期間保持できる。

（実施の形態２）
次に実施の形態２について図６と図７を用いて説明する。

説明の便宜上、実施の形態１と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。図６において、２６は扁平直方体状をなした金属製の蛍光体ホイールケースであって、密閉空間を形成する。図７は図６の蛍光体ホイールケース２６の一側面２６１を除去し内部構造を示す図である。

実施の形態２と実施の形態１とで異なる点は、内部に冷媒が循環する冷却配管１００が熱交換器２７に接続されるとともに蛍光体ホイールケース２６の周囲に配置されている。冷却配管１００の内部の冷媒は図示しないポンプによって循環され、熱交換器２７で奪ったケース内部の熱は冷媒によってケース外部の図示しない放熱部で放熱され循環する構造となっている。

この実施の形態では、実施の形態１における効果に加えて、内部に冷媒が循環する冷却配管を使用しているので、更に冷却効果を高めることができる。

（実施の形態３）
次に実施の形態３について図８を用いて説明する。

説明の便宜上、実施の形態１と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。内部を透視して示す図８において、密閉空間を形成する直方体状の金属製の蛍光体ホイールケース２６の熱交換構造が実施の形態１と異なる。

すなわち、本実施の形態では、蛍光体ホイールケース２６の内部にある送風機２８の排気口２８２から送風される風の循環経路上に、複数のフィンから構成される吸熱部３００が配置され、複数のフィンから構成される放熱部４００が蛍光体ホイールケース２６の一側面を挟んで対抗配置されるとともにと、吸熱部３００と放熱部４００がヒートパイプ５００で接続されている。

従って、吸熱部３００でケース内部の熱を吸収し、ヒートパイプ５００でその熱が放熱部４００に伝導し、放熱部４００で放熱されることになる。

この実施の形態３では、実施の形態１に記載の効果に加え、実施の形態１よりも高い冷却効果が得られる。また、実施の形態２のような冷媒を用いていないので、それを循環させるポンプを必要としない。

以上のように、本出願において開示する技術の例示として、実施の形態１〜３を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用可能である。また、上記実施の形態１〜３で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。

以上のように、本開示における技術の例示として、実施の形態を説明した。そのために、添付図面および詳細な説明を提供した。

したがって、添付図面および詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、上記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。

また、上述の実施の形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、特許請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。

本発明は、光変換装置及びこれを備えた投写表示装置に適応可能である。

１ 励起光源
２ 青色レーザダイオード
６、９、１３ ダイクロイックミラー
７ 集光／平行化レンズ
４、１７ 集光レンズ
８ 蛍光体ホイール装置
２４ ＤＭＤ
２５ 投写レンズ
２６ 蛍光体ホイールケース
２７ 熱交換器
２８ 送風機
２９ 隔壁
８２ 緑色蛍光体
８３ モータ
１００ 冷却配管

Claims (6)

1. 蛍光体層が形成され、モータによって回転駆動される蛍光体ホイールが取り付けられた蛍光体ホイール装置と、
   前記蛍光体層の蛍光体発光部に風を送風する送風機と、
   前記蛍光体ホイール装置及び送風機を収容するとともに前記送風機の風が一方向に流れるように形成された循環経路を有し、密閉空間を構成する蛍光体ホイールケースと、
   前記循環経路上に配置され蛍光体ホイールケース内外との熱の授受を行う熱交換器と、
   前記蛍光体ホイールケースに開設された開口を施蓋する如く配置され、蛍光体を励起させる励起光を通し、かつ蛍光体で発した発光光を集光する光学レンズを備えていることを特徴とする光変換装置。
2. 前記蛍光体ホイールケースが金属で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光変換装置。
3. 蛍光体ホイールケースの一部にフィン構造が形成されていることを特徴とする請求項２記載の光変換装置。
4. 内部に冷媒が循環するパイプが蛍光体ホイールケースの周囲に配置されている熱交換器であることを特徴とする請求項２記載の光変換装置。
5. 熱交換器がヒートパイプの両端にフィンが形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光変換装置。
6. 請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の光変換装置と、蛍光体を励起させる光源と、投写画像を形成する表示素子と、光源、光変換装置、表示素子及び投写レンズとの間を光学的に接続する光学部品とを備えることを特徴とする投写表示装置。

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