JP2016524271A - 波長変換装置及び関連する発光装置 - Google Patents

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Abstract

本発明は、励起光を吸収して被励起光を生成するための波長変換層（１１０）と、励起光を波長変換層に透過出射させる第１領域（１２１）及び被励起光を透過出射させる第２領域（１２２）を有し、１つの風出口（１２３）及び１つの風入口（１２４）を更に含むボックス（１２０）と、ボックスの外部に設置され、風入口と風出口を接続し、ボックスと共に波長変換層をボックス内に密封するためのパイプ（１３０）と、パイプ内のガスの温度を下げるための熱交換器（１４０）と、ボックスとパイプにより囲まれた密封空間内に設置され、ボックス内のガスとパイプ内のガスを交換させるように駆動するためのガス対流装置（１５０）とを備える波長変換装置及び発光装置を提供し、当該波長変換装置は、埃防止及び放熱を両立させることができる。

Description

本発明は、照明及び表示技術分野に関し、特に、波長変換装置及び関連する発光装置に関する。
従来技術における照明システムまたは投影システムにおける発光装置は、励起光で波長変換層の波長変換材料を励起することにより、被励起光を生成することがよく用いられている。しかしながら、各波長変換材料の顆粒の、励起されるプロセスにおける波長変換効率は、１００％ではありえず、損失されたエネルギーが熱量に転換してしまうことによって、波長変換材料の顆粒における熱の累積及び温度の急上昇が生じ、波長変換材料の発光効率及び使用寿命に直接的に影響を与えてしまう。
よく用いられている方法は、励起光により波長変換層に形成された光スポットが所定の経路に従って当該波長変換層に働くように、駆動装置により波長変換層が移動するように当該波長変換層を駆動する。このように、単位面積当たりにおける波長変換材料がずっと励起光に照射されることなく、単位面積当たりの波長変換材料における熱の累積は減少する。
照明システム及び投射システムにおける、出射光の光パワーに対する要求が高まっていることに伴い、励起光の光パワーも高まっている。励起光の光パワーの密度が高いほど、波長変換材料の発光効率が低くなるが、励起光の光パワーが一定の程度に達すると、波長変換材料は、クエンチャー現象が発生し、即ち、波長変換材料の発光効率は、急激に低下してしまう。
従って、波長変換材料の光変換効率を確保するために、従来技術における波長変換材料層は、いずれも開放する環境で動作する。
本願の発明者は、従来技術に対する研究及び実践の過程の中で、以下のようなことが分かった。波長変換層の動作環境が開放するため、埃は、波長変換層及び波長変換層の付近に位置する光学素子（例えば、レンズ）の上に落ちてしまうが、埃は、優れた光エネルギー吸収体であるため、埃の付着により、波長変換層及び光学素子により吸収された光エネルギーが大きくなる。埃が多いほど、波長変換層及び光学素子により吸収された光エネルギーは、大きくなる。そのため、付着した埃が多く、且つ励起光の光パワーの密度が高い場合、波長変換層及び光学素子は、吸収された光エネルギーが大きいため、その表面が黒く焼かれてしまい、波長変換層の発光効率に影響を与え、光学素子の使用寿命を短くさせる。故に、従来技術において、波長変換層の埃防止及び放熱問題は、両立できず、矛盾している。
本発明が主に解決しようとする技術課題は、カラーホイールの埃防止及び放熱問題を同時に両立可能な波長変換装置及び関連する発光装置を提供することである。
本発明の実施例は、励起光を吸収して被励起光を生成するための波長変換層と、前記励起光を波長変換層に透過出射させる第１領域及び前記被励起光を透過出射させる第２領域を有し、１つの風出口及び１つの風入口を更に含むボックスと、前記ボックスの外部に設置され、前記風入口と前記風出口を接続し、前記ボックスと共に前記波長変換層を前記ボックス内に密封するためのパイプと、前記パイプ内のガスの温度を下げるための熱交換器と、前記ボックスと前記パイプとにより囲まれた密閉空間内に設置され、前記ボックス内のガスと前記パイプ内のガスを交換させるように駆動するためのガス対流装置とを備える波長変換装置を提供する。
本発明の実施例は、前記波長変換装置を備える発光装置を更に提供する。
従来技術に比べ、本発明は、下記のような有益な効果を有する。
本発明の実施例において、ボックス及びボックスにおける風出口と風入口を接続するパイプにより波長変換層を密封することにより、埃により波長変換材料の発光効率に影響を与えることを防止することができる。また、熱交換器によりパイプ内のガスの温度を下げ、ガス対流装置によりボックス内のガスとパイプ内のガスを交換させるように駆動することにより、熱により波長変換材料の発光効率に影響を与えることを防止するように、密封環境において、波長変換材料の動作温度を比較的低くすることができ、これにより、従来技術における波長変換層の埃防止及び放熱問題を同時に解決することができる。
本発明の実施例における波長変換装置の１つの実施例の構造概念図である。 本発明の実施例における波長変換装置のもう１つの実施例の構造概念図である。 図２Ａに示された実施例における波長変換装置の右側面図である。 本発明の実施例における波長変換装置のもう１つの実施例の構造概念図である。 図３Ａに示された実施例におけるクロスフローファンの構造概念図である。 本発明の実施例における波長変換装置のもう１つの実施例の構造概念図である。 図４Ａに示された実施例における遠心ファンの構造概念図である。 本発明の実施例における波長変換装置のもう１つの実施例の構造概念図である。 本発明の実施例における波長変換装置のもう１つの実施例の構造概念図である。 図５Ａに示された実施例における遠心フィンの構造概念図である。 本発明の実施例における波長変換装置の基板、波長変換層及び遠心フィンの構造概念図である。 本発明の実施例における波長変換装置のもう１つの実施例の構造概念図である。 本発明の実施例における波長変換装置のもう１つの実施例の構造概念図である。 本発明の実施例における波長変換装置のもう１つの実施例の構造概念図である。 図７Ｂに示された波長変換装置の局所構造概念図である。
以下、図面と実施形態を参照しながら、本発明の実施例を詳しく説明する。
（実施例１）
図１を参照し、図１は、本発明の実施例における波長変換装置の１つの実施例の構造概念図である。図１に示すように、波長変換装置１００は、波長変換層１１０と、ボックス１２０と、パイプ１３０と、熱交換器１４０と、ガス対流装置１５０とを備える。
波長変換層１１０は、励起光を吸収して被励起光を生成するために用いられる。波長変換層１１０は、波長変換材料を含む。最もよく用いられている波長変換材料は、蛍光体であり、例えば、イットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）蛍光体が挙げられ、当該蛍光体は、青色光を吸収し、励起されると、黄色い被励起光を発することができる。波長変換材料は、量子ドット、蛍光染料等の波長転換力を有する材料であっても良く、蛍光体に限られるものではない。多くの場合には、波長変換材料は、通常粉末状又は顆粒状であるため、波長変換材料層は直接的に形成されにくく、この時、粘着剤を用いて各波長変換材料の顆粒をまとめて固定することにより特定の形状に形成される必要があり、例えば、シート層状が挙げられる。
本実施例においては、波長変換装置１００は、波長変換層１１０と積層設置され、波長変換層１１０を載置するための基板１１１を更に備える。実際には、波長変換材料を硬質材料（例えば、透明ガラス）に滲入することにより、波長変換層が形成されても良く、このとき、波長変換装置１００には、別途波長変換層を載置する基板を設置する必要はない。
ボックス１２０は、波長変換層１１０を密封するために用いられる。ボックス１２０は、規則又は不規則の任意の形状をなしても良く、例えば、波長変換層１１０が環状に設置された場合、ボックス１２０は、波長変換層１１０の形状とマッチングする環状であっても良い。本実施例においては、基板１１１は、円盤状をなしており、ボックス１２０は、基板１１１とマッチングする円形である。
ボックス１２０は、励起光を波長変換層１１０に透過出射させる第１領域１２１及び波長変換層１１０により生成された被励起光を透過出射させる第２領域１２２を有し、当該２つの領域は、いずれも透気しない。本実施例においては、波長変換装置１００は、透過出射型が用いられ、すなわち、入射光の方向は出射光の方向と一致するため、基板１１１は、励起光を透過出射させる。ボックス１２０の第１領域１２１及び第２領域１２２は、いずれも普通の光透過性シートにより形成されても良い。被励起光のみが必要な応用の場合には、波長変換装置の出射光の純度を向上させるために、第１領域は、励起光のみを透過出射させるフィルタにより形成され、第２領域は、被励起光を透過出射させて励起光を反射するフィルタにより形成されることが好ましい。被励起光及び励起光が必要な応用の場合には、第２領域１２２は、励起光及び被励起光のみを透過出射させるフィルタにより形成されることが好ましい。
本実施例においては、基板１１１は、第１領域１２１と波長変換層１１０との間に位置し、波長変換層１１０は、基板１１１と第２領域１２２との間に位置し、基板１１１は、波長変換層１１０により波長変換装置の出射光の方向と逆方向から出射される被励起光を反射することにより、該被励起光が前記光出射方向において出射するように、励起光を透過出射させて被励起光を反射するフィルタにより形成される。これにより、波長変換装置１００の光出射効率を向上させることができる。
ボックス１２０は、１つの風出口１２３及び１つの風入口１２４を更に含む。波長変換装置１００は、ボックス１２０の外部に設置され、風出口１２３と風入口１２４を接続し、ボックス１２０と共に波長変換層１１０をボックス１２０内に密封するためのパイプ１３０を更に含む。容易に理解できるのは、風出口１２３及び風入口１２４は、パイプが励起光及び被励起光を遮断することにより、光が損失されることを防止するために、ボックス１２０における第１領域１２１及び第２領域１２２以外の任意の領域に位置しても良い。
熱交換器１４０は、パイプ１３０の外部に設置され、パイプ１３０内のガスの温度を下げるために用いられる。実際の運用の中で、熱交換器１４０は、パイプ１３０の内部に設置されても良く、同様に、パイプ１３０内のガスの温度を下げる効果を奏することできる。但し、前者においては、熱交換器１４０はパイプ１３０内に設置される必要がないため、パイプ１３０の直径が相対的に小さくても良く、コストを削減することができる。または、パイプ１３０は、直径が変化可能であるように設置されても良く、熱交換器１４０が設置される箇所において、直径は当該熱交換器１４０を収納可能であるように設定されてもよいが、他の位置において、直径は小さく設定されても良い。
また、実際の応用の中で、熱交換器１４０は複数の形態を有してもよく、本実施例においては、具体的に、熱交換器１４０は放熱フィンである。放熱フィン１４０は、パイプ１３０の外表面に固定接続されても良く、接続方法は、溶接、粘着又は他の方法であっても良い。放熱フィンにおける、パイプ１３０の外表面に接する面は、放熱面であり、放熱フィンは、熱伝導性の良い金属材料で加工形成されるため、放熱面により伝導された熱は、放熱フィンの内部において急速に伝導して放熱フィンの他の表面に広がり、また、熱は、これらの表面とガスとの接触により外部に伝導される。放熱フィン１４０の形状及び寸法を設計することにより、放熱フィンは、パイプ１３０の外表面の温度を下げることにより、パイプ１３０内部のガスの温度を下げることができる。
また、熱交換器１４０は、他の複数の形態が用いられることができ、例えば、熱パイプが挙げられ、熱パイプによる放熱技術は、以下の通りである。熱パイプ内における液体の揮発により、熱パイプの第１端に対して放熱するために、熱パイプの第１端の熱を急速に第２端に伝導させる。熱パイプの放熱技術を用いて本発明の熱交換器を実現しようとすれば、熱パイプの第１端に接続される平面は、放熱面である。冷却装置も熱交換器１４０として用いられてもよく、例えば、熱電冷却装置が挙げられる。熱電冷却装置は、固体の熱電現象を用いて正負の２つの電極間に印加された電位差により冷却面と加熱面との間に一定の温度差を生成する冷却装置であり、なお、冷却面の温度は、加熱面の温度よりも低い。熱電冷却装置を用いて本発明の熱交換器を実現しようとすれば、熱電冷却装置の冷却面は、パイプ１３０の外表面に接する。このように、パイプ１３０内におけるガスの温度は、より低くなり、ボックス１２０内における波長転換層１１０の放熱により有利である。
本実施例においては、熱交換器１４０の役割はパイプ１３０内のガスの温度を下げるためであるが、実際の運用の中で、熱交換器１４０とパイプ１３０は、同一のものにされても良い。具体的に、例を挙げると、パイプ１３０は、銅パイプが用いられ、銅パイプの長さを適宜に延長させる。銅パイプは、優れた熱伝導係数を有するため、温度が高いガスは、一定の長さの銅パイプを通った後、その熱が銅パイプにより銅パイプの外部のガスに発散されることにより、温度は下がる。このように、放熱の効果を奏することもできる。当然ながら、他の金属パイプがパイプ１３０として用いられても良く、例えば、アルミニウムパイプ、ステンレスパイプ等が挙げられる。放熱の効果に対する要求がそれほど高くない一部の場合には、このような方案を採用することができる。熱交換器１４０が省略されるため、当該方案は、コストが低い。
なお、ガスは、ボックス１２０の外部において風出口１２３から流れ出し、熱交換器１４０により作用されてから風入口１２４からボックス１２０の内部に入るようにできれば、パイプ１３０は、物理的に１本のパイプに限定されない。例えば、パイプ１３０は、２本のパイプにより構成され、この２本のパイプは、一端がそれぞれ１つの冷却装置（例えば、半導体冷却器）に接続され、他端がそれぞれ風出口１２３及び風入口１２４に接続される。
そのため、容易に理解できるのは、パイプ１３０が単に円柱形状をなすパイプに限定されず、他の任意の形状であっても良い。例えば、直方体が挙げられ、ボックス１２０の内部から流れ出した熱いガスのため、放熱又は冷却する１つの密閉空間を提供できれば良い。
ガス対流装置１５０は、ボックス１２０とパイプ１３０とにより囲まれた密閉空間内に設置され、ボックス１２０内のガスとパイプ１３０内のガスを交換させるように駆動する。本実施例においては、ガス対流装置１５０は、パイプ１３０内に設置され、具体的には、軸流ファンである。軸流ファンの動作原理は、ファン羽根の揚力が用いられることにより、ガスを当該軸流ファンの軸方向に沿って流れさせる。そのため、ボックス１２０内のガスは、ボックス１２０とパイプ１３０との圧力差によりボックス１２０の風出口１２３からパイプ１３０内に入り、熱交換器１４０により温度を低下させた後、ガス対流装置１５０によりボックス１２０の風入口１２４からボックス１２０内に入る。このように循環的に、パイプ１３０内の冷たいガスとボックス１２０内の熱いガスとを絶えず交換することにより、ボックス１２０内の温度を低下させる。
また、容易に理解できるのは、ガス流動の速度を向上させるために、パイプ１３０内に２つ又は複数のガス対流装置１５０が設置されても良く、例えば、パイプ１３０内における、風出口１２３と風入口１２４にそれぞれ接する箇所に、それぞれ１つのガス対流装置１５０が設置されても良い。又は、軸流ファン１５０は、ボックス１２０内に設置されても良い。軸流ファン１５０は、ボックス１２０内のガスとパイプ１３０内のガスを交換させるように駆動するため、軸流ファン１５０の動作原理から、ボックス１２０内に設置されている場合、軸流ファン１５０をボックス１２０の風入口１２４又は風出口１２３と対向させる必要がある。
また、ガス対流装置は、駆動線を有するため、ボックス１２０又はパイプ１３０は、ちょうど当該駆動線を延出させるための開口（図示せず）を更に有しても良い。密閉性を確保するために、駆動線にゴムリングをかけ、当該開口を密封することが好ましい。
ボックス１２０内の熱いガスとパイプ１３０内の冷たいガスを十分に対流させるために、風出口１２３と風入口１２４は、ボックス１２０におけるできるだけ離れた２箇所に設置されることが好ましい。また、波長変換層１１０における熱が生じる箇所をより良く放熱させるために、風入口１２３は、励起光により波長変換層１１０に形成された光スポットから相対的に近い位置に設置することが好ましい。ここで、「相対的に近い」とは、ボックス１２０におけるすべての点と励起光により波長変換層１１０に形成された光スポットの位置との間の距離からなる１つの集合のうち、出光口１２３と光スポットとの間の距離が当該集合における距離が小から大への順番の上位５０％以内にあることを指す。波長変換層１１０における、励起光を受け取る面により生じた熱が最も多いため、風入口１２４は、波長変換層１１０が所在する平面における励起光が入射される側に設置されることが好ましい。対流されるガスを波長変換層１１０を通過させるために、対応的に、風出口は、波長変換層１１０が所在する平面における励起光が入射される側に背向する側に設置されることが好ましい。
従来技術に比べ、本実施例においては、ボックス及びボックスにおける風出口と風入口を接続するパイプにより波長変換層を密封することにより、埃により波長変換材料の発光効率に影響を与えることを防止することができる。また、熱交換器によりパイプ内のガスの温度を下げるとともに、ガス対流装置によりボックス内のガスとパイプ内のガスを交換させるように駆動することで、密閉環境において、波長変換材料の動作温度を低くすることができ、これにより、熱により波長変換材料の発光効率に影響を与えることを防止する。よって、従来技術のカラーホイールの埃防止及び放熱問題を同時に解決することができる。
図１Ｂは、本発明の実施例における波長変換装置の１つの実施例の構造概念図である。本実施例においては、波長変換装置１００は、光出射方向が光入射方向と逆である反射型が用いられても良いため、第１領域１２１と第２領域１２２は、同一の領域にされ、波長変換層１１０は、第１領域１２１（第２領域１２２）と基板１１１との間に位置し、且つ、基板１１１は、波長変換層１１０により生成された被励起光を反射する。波長変換層により吸収されなかった励起光も波長変換層１１０に反射させるために、基板１１１は、反射鏡であることが好ましい。対応的に、第１領域１２１及び第２領域１２２は、普通の光透過性シート又は励起光及び被励起光を透過出射させるフィルタにより形成される。透過出射型が用いられる波長変換装置に比べ、反射型が用いられる波長変換装置は、被励起光の損失を低減することができ、より多い被励起光を収集することができる。説明の便宜上、以下、すべて反射型が用いられる波長変換装置を例として説明する。実際の運用の中で、以下の実施例は透過出射型が用いられる波長変換装置に応用されることもできる。
ボックス内のガスは、一部の埃の微粒子又は他の不純物の微粒子を持っており、これらの微粒子が波長変換層の上に落ち、一部の励起光を吸収することによって、光の損失を生じるとともに、波長変換層が黒く焼かれることを招く。また、ボックス内のガスは、風出口１２３を通過してパイプ１３０に入る時に一部の埃を持っており、そのため、パイプ１３０内には、これらの微粒子が再びボックス１２０内に入ることを阻止するために、ガスの中の微粒子を濾過し、微粒子を吸着することが可能な多孔質フィルタースクリーンであるフィルタースクリーン（図示せず）が設置されることが好ましい。このように循環的に、ボックス１２０内のガスを浄化することができる。また、フィルタースクリーンはボックスの風出口１２３に設置されることが好ましい。パイプ１３０内に設置される場合に比べ、風出口１２３に設置されるほうが、加工がより便利になり、且つ、埃がガス対流装置１５０に入ることによってガス対流装置１５０が損傷されることを防止することができる。当然ながら、ボックスの風入口１２４においても、１つのフィルタースクリーンが設置されても良い。
本実施例においては、波長変換層１１０により出射された被励起光は、ランバーシアン分布であり、発散拡散角度が大きいため、被励起光が収集された後、コリメートされるために、波長変換層１１０における被励起光が出射される側には、収集レンズ１１及びコリメータレンズ１２が順に設置されることが好ましい。収集レンズ１１は、通常体積が小さいため、ボックス１２０内に設置されてもよく、前記被励起光を収集するために、波長変換層１１０と第１領域１２１（第２領域１２２）との間に位置する。コリメータレンズ１２は、通常体積が大きいため、ボックス１２０の外部において、第１領域１２１（第２領域１２２）の付近に設置されてもよい。当然ながら、この２つのレンズは、いずれもボックス内又はボックスの外部に設置されても良い。
（実施例２）
図２Ａ、図２Ｂに示すように、図２Ａは、本発明の実施例における波長変換装置のもう１つの実施例の構造概念図であり、図２Ｂは、図２Ａに示された実施例における波長変換装置の右側面図である。波長変換装置２００は、波長変換層２１０と、基板２１１と、ボックス２２０と、パイプ２３０と、熱交換器２４０と、ガス対流装置２５０とを備える。ボックス２２０は、第１領域２２１と、第２領域２２２と、風出口２２３と、風入口２２４とを備える。
本実施例が、図１Ａに示された実施例との相違点は次の通りである。本実施例においては、ガス対流装置２５０は、ボックス２２０内において、基板２１１における、波長変換層２１０に背向する側に位置する。対応的に、ボックス２２０の風出口２２３及び/又は風入口２２４は、基板２１１が所在する平面における、波長変換層２１０に背向する側に位置する。よって、ガス対流装置２５０は、基板２１１の、波長変換層２１０に背向する側における熱いガスとパイプ２３０内における冷たいガスを交換させることによって、放熱の効果を奏する。
具体的には、例を挙げると、本実施例においては、ガス対流装置２５０は、図１Ａ及び図１Ｂに示された軸流ファン１５０の代わりに、貫流型ファンが用いられることにより、ボックス２２０内のガスとパイプ２３０内のガスを交換させるように駆動する。貫流型ファンは、ガスの出入りがいずれも当該ファンの軸線に垂直である。
本実施例においては、ファン２５０は、基板２１１における、波長変換層２１０に背向する側に位置し、且つ、ファン２５０の羽根が所在する平面は、基板２１１に平行である。風出口２２３と風入口２２４は、それぞれボックス２２０の同じ断面に位置し、且つ、当該断面はファン２５０の羽根と同じ平面に位置する。なお、容易に理解できるのは、ここで、「同じ平面」とは、厳密的に言える１つの平面ではなく、マクロの角度から言える１つの平面である。ファン２５０が動作する際、ファンの羽根がその駆動部材（図示せず）の駆動により回転し、ファン２５０の羽根の周りに回転する気流が生じ、当該気流は、風出口２２３から流れ出し、パイプ２３０を通過した後、風入口２２４からボックス２２０内に入ることにより、ボックス２２０内のガスとパイプ２３０内のガスを交換させることができる。ファン２５０の羽根は、半径が大きいほど、特に、ボックスの端からだいぶん近い場合、ガスの対流効果がより優れる。よって、ファン２５０の羽根の直径は、ボックス２２０の口径よりやや小さいことが好ましい。
ファン２５０が回転する際、気流の回転方向は、当該ファン２５０が回転する方向の切線に沿っている。そのため、パイプ２３０は、ボックスの風出口２２３と風入口２２４にそれぞれ接するとき、流動するガスがパイプ２３０内により入りやすくするように、ボックス２２０と相接し、且つ、風出口２２３と風入口２２４におけるガスの流動方向に沿うことが好ましい。
本実施例においては、気流が、主に基板２１１における、波長変換層２１０に背向する側において流れるため、波長変換層２１０における励起光を受け取る側である波長変換層２１０における、基板２１１に背向する側に対する放熱効果はそれほど良くないが、放熱させることもできる。本実施例の波長変換装置は、構造が簡単であるというメリットを有し、波長変換層の放熱効果に対する要求がそれほど高くない場合に用いられることができる。
本実施例においては、ガス対流装置は、他の貫流型ファンが用いられても良く、例えば、クロスフローファンが挙げられる。図３Ａに示すように、図３Ａは、本発明の実施例における波長変換装置のもう１つの実施例の構造概念図である。図３Ｂに示すように、図３Ｂは、図３Ａに示された実施例におけるクロスフローファンの構造概念図である。クロスフローファン３５０は、羽根車３５１と、風出口３５２とを備える。クロスフローファンの動作原理は、気流が羽根車３５１の回転により羽根車３５１の中に運び込まれ、そして、風出口３５２から排出される。
本実施例においては、クロスフローファン３５０が、ボックス２２０内の風出口２２４に設置され、且つ、クロスフローファン３５０の風出口３５２がボックス３２０の風出口２２４に対向する。クロスフローファン３５０が動作する際、その羽根車３５１の回転により、ボックス２２０内のガスは、羽根車３５１の中に運び込まれ、そして、その風出口３５２から噴出され、ボックス３２０の風出口２２４を通過してパイプ２３０内に入り、放熱される。クロスフローファン３５０の働きにより、ボックス２２０内とパイプ２３０内との圧力差が生じ、パイプ２３０内の冷たいガスは、当該圧力差によりボックス２２０内に入り、波長変換層２１０を放熱させる。
パイプ２３０内の冷たいガスが、波長変換層２１０へ吹いてくるようにすることにより、波長変換層２１０がより良く放熱されるために、ボックス２２０の風入口２２４は、ボックス２２０における、波長変換層２１０に面する側に位置することが好ましい。
図２Ａに示された貫流型ファンに比べ、本実施例に用いられたクロスフローファンは、騒音が低いというメリットを有し、且つ、ボックス内の圧力が低い場合及びボックスの寸法が小さい場合、よりよい効率を提供することができる。本実施例において、ガス対流装置は、波長変換層２１０における、励起光が入射される側における熱いガスとパイプ２２０内の冷たいガスを直接的に交換させるように駆動するために、波長変換層２１０と第１領域２２１（第２領域２２２）との間に位置しても良い。波長変換層２１０における、励起光を受け取る側に生じた熱が最も多く、ガス対流装置は、波長変換層の、熱が最も多く生じる側における熱いガスを直接的に放熱させるため、図２Ａに示された波長変換装置に比べ、本実施例のほうが、放熱効果がよりよい。
具体的に、例を挙げると、図４Ａに示すように、図４Ａは、本発明の実施例における波長変換装置のもう１つの実施例の構造概念図である。本実施例においては、ガス対流装置４５０として半径流ファンが用いられ、即ち、図２Ａに示された貫流型ファン１５０の代わりに、遠心ファンが用いられることにより、ボックス２２０内のガスとパイプ２３０内のガスを交換させるように駆動する。遠心ファンの動作原理は、ガスがファンの軸方向から吸い込まれた後、遠心力により円周方向から放出される。
図４Ｂに示すように、図４Ｂは、図４Ａに示された実施例における遠心ファンの構造概念図である。本実施例において、遠心ファン４５０は、ピボット軸４５１と、ピボット軸４５１に設置される複数の羽根４５２と、当該複数の羽根４５２を取り囲むように設置される外部筐体４５３とを備える。外部筐体４５３は、笛形状をなしており、複数の羽根を取り囲むように設置され、円柱形状をなす筐体４５３ａと当該円柱の表面の一箇所に設置され、当該箇所の切線方向に沿う、直方体をなす筐体４５３ｂにより一体的に形成されてなり、当該直方体の筐体４５３ｂにおける、当該円柱形状の筐体４５３ａに背向する面には、開口４５３ｃである遠心ファン４５０のファン口４５３ｃが設置されている。
遠心ファン４５０は、ボックス２２０内に設置され、その複数の羽根４５２が所在する平面は、波長変換層２１０に平行し、並列している。遠心ファン４５０は、波長変換層２１０における、励起光が入射される側に位置し、そのファン口４５３ｃが波長変換層２１０における、励起光により照射される位置の上方に対向する。波長変換層２１０をより良く放熱するために、遠心ファン４５０のファン口４５３ｃは、波長変換層２１０における光スポットが所在する位置に対向することが好ましい。これは、遠心ファン４５０のファン口４５３ｃの開口方向を設定し、または、１つのノズルを用いて遠心ファン４５０のファン口４５３ｃと接続し、ノズルの方向を、波長変換層２１０における光スポットが所在する位置に向けるように調整することにより実現することができる。ピボット軸４５１における、波長変換層２１０に背向する側の径方向の開口は、風入口２２４に対向し、且つ、遠心ファン４５０は、励起光及び被励起光の伝送経路を避けるように設置される。本実施例において、風入口２２４は、ボックス２２０における、第１領域２２１（第２領域２２２）が所在する面に位置し、第１領域２２１（第２領域２２２）を避けるように設置される。
遠心ファン４５０が動作する際、遠心ファン４５０の遠心作用により、パイプ２３０内の冷たいガスが風入口２２４からピボット軸４５１に吸い込まれ、複数のファン羽根４５２の回転により円周方向から放出される。そのため、遠心ファン４５０のピボット軸４５１の径方向の開口は、風入口２２４から相対的に近いことが好ましい。外部筐体４５３の設置により、ピボット軸４５１内のガスが外部筐体４５３の筐体４５３ｂにおけるファン口４５３ｃから高圧ガスになり、波長変換層２１０における、光スポットが所在する位置に噴出され、これにより、波長変換層２１０が励起される時に生じた熱が放出され、波長変換層２１０を放熱する目的を達成する。
実際の運用の中で、風入口２２４は、ボックス２２０における、第１領域２２１（第２領域２２２）が所在する面に設置されず、ボックス２２０における他の面に設置されても良い。このように、遠心ファン４５０は、一本のベンド管により風入口２２４とそのピボット軸４５１の径方向の開口が、接続される。
当然ながら、筐体４５３ｂにおけるファン口４５３ｃは、波長変換層における、光スポットが所在する位置に向けず、他の位置に向けても良く、ボックス２２０内へ噴出すれば、波長変換層２１０を放熱する効果を得ることができる。
図４Ｃに示すように、図４Ｃは、本発明の実施例における波長変換装置のもう１つの実施例の構造概念図である。以下、図４Ｂ及び図４Ｃを参照しながら説明する。本実施例においては、遠心ファン４５０は、基板２１１における、波長変換層２１０に背向する側に位置しても良い。風入口２２４は、遠心ファン４５０のピボット軸４５１における波長変換層２１０に背向する側に位置する径方向の開口に対向する必要があるため、風入口２２４は、当該径方向の開口が面するボックス２２０の面２２０ａに設置される。遠心ファン４５０は、面２２０ａと基板２１１との間に位置し、その複数のファン羽根４５２が所在する平面は、基板２１１に平行である。
波長変換層２１０に対する放熱効果を向上させるために、遠心ファン４５０は、ベンド管（図示せず）を有しても良い。ベンド管は、第１端及び第２端を有し、第１端が遠心ファン４５０の外部筐体４５３における直方体である筐体４５３ｂのファン口４５３ｃに接続され、第２端が励起光の入射により波長変換層２１０に形成された光スポットの付近に位置し、且つ波長変換層２１０における光スポットが所在する位置に対向する。このように、遠心ファン４５０のファン口４５３ｃにより噴出された冷たいガスは、ベンド管により波長変換層へ流れ、その光スポットが所在する位置へ噴出される。これにより、波長変換層における励起される時に熱が生じた位置を放熱する。
遠心ファンは、波長変換層における励起光が入射される側（即ち、出射側）に背向する側に設置されるため、遠心ファンが波長変換層の出射光の一部の光を散乱して反射することによる光の損失を防止するとともに、ベンド管により波長変換層における熱が最も多く生じる側を放熱することができる。
本実施例においては、波長変換装置の構造をより簡単にするために、波長変換層は、ガス対流装置の内部に位置しても良い。図５Ａに示すように、図５Ａは、本発明の実施例における波長変換装置のもう１つの実施例の構造概念図である。本実施例においては、もう一つの半径流ファンがガス対流装置５５０として用いられ、即ち、図４Ａの遠心ファン４５０の代わりに、遠心フィンが用いられることにより、ボックス２２０内のガスとパイプ２３０内のガスを交換させるように駆動する。図５Ｂに示すように、図５Ｂは、図５Ａに示された波長変換装置における遠心フィンの構造概念図である。遠心フィン５５０は、ピボット軸５５１と、ピボット軸５５１に設置される複数のファン羽根５５２とを備える。遠心フィンと遠心ファンとの相違点は、遠心フィンは複数のファン羽根を取り囲むように設置される外部筐体を有しない。
波長変換層２１０と基板２１１は、いずれも遠心フィン５５０のピボット軸５５１内に設置され、ピボット軸５５１の方向に垂直である。
遠心フィン５５０が動作する際、遠心フィン５５０の遠心作用によりパイプ２３０内とボックス２２０内との圧力差が生じるため、パイプ２３０内の冷たいガスは、風入口２３４からボックス２２０に吸い込まれ、遠心フィン５５０のピボット軸５５１内に入り、ピボット軸５５１内に位置する基板２１１に噴出され、これにより、基板における風入口２３４に背向する側に位置する波長変換層を放熱する。波長変換層２１０が生じる熱は、遠心フィン５５０のファン羽根５５２により当該遠心フィンから放出され、ボックス２２０とパイプ２３０との圧力差によりパイプ２３０に入り、放熱される。
本実施例においては、遠心フィンは、遠心ファンに比べ、外部筐体が省略されているため、よりコンパクトであり、放熱による騒音がより小さい。
本実施例においては、遠心フィン５５０は、基板２１１の中心領域に設置されても良く、このとき、波長変換層２１０は、環状であり、遠心フィン５５０の外周を取り囲むように設置される。図５Ｃに示すように、図５Ｃは、本発明の実施例における波長変換装置の基板、波長変換層及び遠心フィンの構造概念図である。
遠心フィン５５０が動作する際、遠心フィン５５０の遠心作用により、パイプ２３０内の冷たいガスが風入口５２４から遠心フィン５５０のピボット軸５５１に吸い込まれ、複数のファン羽根５５２の回転により円周方向から放出される。この場合、外部筐体が設置されていないため、ガスは、遠心フィンから放出される時に１つの開口から放出されず、遠心フィンの周りの切線方向から放出される。このように、遠心フィンから放出された冷たいガスは、波長変換層における具体的な位置を放熱するのではなく、波長変換層における複数の位置を同時に放熱する。
本実施例においては、遠心フィン４５０は、遠心ファン３５０の設置位置と同様に、基板２１１における波長変換層２１０に背向する側に設置され、または、基板における波長変換層２１０が設置される側に設置されても良いが、励起光の伝送経路を避ける必要がある。これにより、波長変換層２１０が遠心フィン４５０の回りを取り囲むように設置される場合に比べ、波長変換装置の半径を小さくすることができる。なお、上述した実施例におけるガス対流装置は、他の位置に設置されても良く、例えば、パイプ内に設置されても良く、上述した位置に限られるものではない。
（実施例３）
図６に示すように、図６は、本発明の実施例における波長変換装置のもう１つの実施例の構造概念図である。図６に示すように、波長変換装置６００は、波長変換層６１０と、基板６１１と、ボックス６２０と、パイプ６３０と、熱交換器６４０と、ガス対流装置６５０と、駆動装置６６０とを備える。ボックス６２０は、第１領域６２１と、第２領域６２２と、風出口６２３と、風入口６２４とを備える。
本実施例が上述した実施例との相違点は、次の通りである。
本実施例においては、波長変換装置６００は、基板６１１に固定接続され、波長変換層６１０が周期的に回転するように駆動するための駆動装置６６０（例えば、モーター）を更に備える。駆動装置６６０における、基板６１１に背向する面は、ボックス６２０の内壁に固定接続されている。このとき、励起光を異なる被励起光に変換するために、基板６１１は、円盤状であり、円周方向に沿って少なくとも２つの領域が設置され、各領域には、異なる波長変換層６１０が設置されることが好ましい。駆動装置６６０は、基板６１１を動かすことにより、波長変換層６１０を回転させる場合、基板６１１の各領域における波長変換層６１０が順に励起光の照射経路に設置され、これにより、波長変換層６１０により異なる被励起光が順に出射される。上述した少なくとも２つの領域は、波長変換層が設置される少なくとも１つの領域と、波長変換層が設置されていない少なくとも１つの透明領域であっても良い。当然ながら、基板６１１は、円周方向に沿って１つの領域のみを有しても良い。
なお、駆動装置は、駆動線を有するため、ボックス６２０は、ちょうど当該駆動線を延出させるための開口（図示せず）を更に有しても良い。密閉性を確保するために、駆動線にゴムリングをかけ、当該開口を密封することが好ましい。他の実施例においては、駆動線を有しない駆動装置がカスタマイズされても良く、このとき、駆動装置の各駆動端が１つのＰＣＢの１つの面に溶接されてもよく、ボックスに１つの開口が設置され、当該ＰＣＢにより当該開口が覆われ、ボックスの外部に複数の導線が設置され、当該導線は、ＰＣＢと駆動端との各溶接点に電気的に接続され、これにより、駆動装置の駆動線をボックスの外部に移動することができる。
本実施例においては、波長変換装置における異なる箇所は、周期的に励起光の伝送経路に位置し、励起されるため、それぞれの位置については、励起されるタイミングがいずれも励起光の伝送経路まで回転された瞬間であり、これにより、その温度が大幅に低下し、効率が大幅に向上する。
本実施例においては、ファン羽根と基板６１１がいずれも駆動装置の駆動により同期して動くように、上述した実施例に記載のガス対流装置のファン羽根と駆動装置６６０は互いに固定されても良く、または、ガス対流装置のファン羽根は直接的に駆動装置に固定されても良い。例えば、図７Ａに示すように、図７Ａは、本発明の実施例における波長変換装置のもう１つの実施例の構造概念図である。図７Ａに示すように、波長変換装置７００は、波長変換層７１０と、基板７１１と、ボックス７２０と、パイプ７３０と、熱交換器７４０と、ガス対流装置７５０と、駆動装置７６０とを備える。ボックス７２０は、第１領域７２１と、第２領域７２２と、風出口７２３と、風入口７２４とを備える。
本実施例が図２Ａに示された実施例との相違点は、次の通りである。
波長変換層７１０は、環状であり、基板７１１における、第１領域７２１（第２領域７２２）に面する側に設置され、且つ、貫流型ファン７５０のファン羽根は、基板７１１における、波長変換層７１０に背向する側に直接的に固定される。駆動装置７６０（例えば、モーター）は、基板７１１における、波長変換層７１０が設置されている側の中心領域に固定接続され、基板７１１、波長変換層７１０及び貫流型ファン７５０のファン羽根が同期回転するように駆動するために用いられる。
本実施例においては、駆動装置の駆動部材は、同時にガス対流装置の駆動部材として動作することにより、波長変換装置は、構造がより簡単になり、ガス対流装置の駆動部材が省略されるため、コストを低減することができる。
図７Ａに示された波長変換装置は、貫流型ファン７５０が遠心フィンであっても良い。図７Ｂに示すように、図７Ｂは、本発明の実施例における波長変換装置のもう１つの実施例の構造概念図である。
本実施例が図４Ａに示された実施例との相違点は、次の通りである。
図７Ｃに示すように、図７Ｃは、図７Ｂに示された波長変換装置の局所構造概念図である。本実施例においては、遠心フィン８５０は、基板７１１における、波長変換層７１０に背向する側に固定されている。駆動装置７６０は、基板７１１における、波長変換層７１０が設置されている側の中心領域に設置され、基板７１１が回転するように駆動するために用いられる。波長変換層７１０と遠心フィン７５０は、いずれも基板７１１と固定されるため、当該三者は、駆動装置の駆動により同期回転する。
図７Ａに示された実施例に比べ、本実施例における遠心フィンは、図７Ａに示された実施例における貫流型ファンによる放熱効果がより優れる。上述した各実施例は、いずれも駆動装置により円盤形状の波長変換層が周期回転するように駆動されることを例として説明を行ったが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。他の実施例においては、駆動装置により筒状の波長変換層が周期回転するように駆動されても良く、または、駆動装置により波長変換層が周期的に往復移動するように駆動されても良く、このとき、波長変換層は、駆動装置の駆動により周期的に平行移動される帯形状の構造であっても良い。この場合、駆動装置は、ガス対流装置が動作するように駆動するために用いられても良く、これは、駆動装置及びガス対流装置の実際の動作原理に基づいて設計されても良く、周知の技術のため、ここで繰り返し述べない。
本明細書における各実施例を累進の形式で説明し、各実施例については、主に他の実施例との違いを説明したが、各実施例における同様又は類似の部分について、互いに参照すればよい。
本発明の実施例は、上述した励起光を生成する励起光源と、上述した各実施例の構造及び機能を有することが可能な波長変換装置とを備える発光装置を更に提供する。
上述したのは、本発明の実施形態であり、本発明の特許範囲を限定するものではなく、本発明の明細書及び図面の内容を用いて実現した等価構成又は等価変換フロー、又は他の関連する技術分野における直接又は間接応用は、全て同様に本発明の特許保護範囲内に含まれる。
本発明は、照明及び表示技術分野に関し、特に、波長変換装置及び関連する発光装置に関する。
従来技術における照明システムまたは投影システムにおける発光装置は、励起光で波長変換層の波長変換材料を励起することにより、被励起光を生成することがよく用いられている。しかしながら、各波長変換材料の顆粒の、励起されるプロセスにおける波長変換効率は、１００％ではありえず、損失されたエネルギーが熱量に転換してしまうことによって、波長変換材料の顆粒における熱の累積及び温度の急上昇が生じ、波長変換材料の発光効率及び使用寿命に直接的に影響を与えてしまう。
よく用いられている方法は、励起光により波長変換層に形成された光スポットが所定の経路に従って当該波長変換層に働くように、駆動装置により波長変換層が移動するように当該波長変換層を駆動する。このように、単位面積当たりにおける波長変換材料がずっと励起光に照射されることなく、単位面積当たりの波長変換材料における熱の累積は減少する。
照明システム及び投射システムにおける、出射光の光パワーに対する要求が高まっていることに伴い、励起光の光パワーも高まっている。励起光の光パワーの密度が高いほど、波長変換材料の発光効率が低くなるが、励起光の光パワーが一定の程度に達すると、波長変換材料は、クエンチャー現象が発生し、即ち、波長変換材料の発光効率は、急激に低下してしまう。
従って、波長変換材料の光変換効率を確保するために、従来技術における波長変換材料層は、いずれも開放する環境で動作する。
本願の発明者は、従来技術に対する研究及び実践の過程の中で、以下のようなことが分かった。波長変換層の動作環境が開放するため、埃は、波長変換層及び波長変換層の付近に位置する光学素子（例えば、レンズ）の上に落ちてしまうが、埃は、優れた光エネルギー吸収体であるため、埃の付着により、波長変換層及び光学素子により吸収された光エネルギーが大きくなる。埃が多いほど、波長変換層及び光学素子により吸収された光エネルギーは、大きくなる。そのため、付着した埃が多く、且つ励起光の光パワーの密度が高い場合、波長変換層及び光学素子は、吸収された光エネルギーが大きいため、その表面が黒く焼かれてしまい、波長変換層の発光効率に影響を与え、光学素子の使用寿命を短くさせる。故に、従来技術において、波長変換層の埃防止及び放熱問題は、両立できず、矛盾している。
本発明が主に解決しようとする技術課題は、波長変換層の埃防止及び放熱問題を同時に両立可能な波長変換装置及び関連する発光装置を提供することである。
本発明の実施例は、励起光を吸収して被励起光を生成するための波長変換層と、前記励起光を波長変換層に透過出射させる第１領域及び前記被励起光を透過出射させる第２領域を有し、１つの風出口及び１つの風入口を更に含むボックスと、前記ボックスの外部に設置され、前記風入口と前記風出口を接続し、前記ボックスと共に前記波長変換層を前記ボックス内に密封するためのパイプと、前記パイプ内のガスの温度を下げるための熱交換器と、前記ボックスと前記パイプとにより囲まれた密閉空間内に設置され、前記ボックス内のガスと前記パイプ内のガスを交換させるように駆動するためのガス対流装置とを備える波長変換装置を提供する。
本発明の実施例は、前記波長変換装置を備える発光装置を更に提供する。
従来技術に比べ、本発明は、下記のような有益な効果を有する。
本発明の実施例において、ボックス及びボックスにおける風出口と風入口を接続するパイプにより波長変換層を密封することにより、埃により波長変換材料の発光効率に影響を与えることを防止することができる。また、熱交換器によりパイプ内のガスの温度を下げ、ガス対流装置によりボックス内のガスとパイプ内のガスを交換させるように駆動することにより、熱により波長変換材料の発光効率に影響を与えることを防止するように、密封環境において、波長変換材料の動作温度を比較的低くすることができ、これにより、従来技術における波長変換層の埃防止及び放熱問題を同時に解決することができる。
本発明の実施例における透過出射型の波長変換装置の構造概念図である。 本発明の実施例における反射型の波長変換装置の構造概念図である。 本発明の実施例における波長変換装置のもう１つの実施例の構造概念図である。 図２Ａに示された実施例における波長変換装置の右側面図である。 本発明の実施例における波長変換装置のもう１つの実施例の構造概念図である。 図３Ａに示された実施例におけるクロスフローファンの構造概念図である。 本発明の実施例における波長変換装置のもう１つの実施例の構造概念図である。 図４Ａに示された実施例における遠心ファンの構造概念図である。 本発明の実施例における波長変換装置のもう１つの実施例の構造概念図である。 本発明の実施例における波長変換装置のもう１つの実施例の構造概念図である。 図５Ａに示された実施例における遠心フィンの構造概念図である。 本発明の実施例における波長変換装置の基板、波長変換層及び遠心フィンの構造概念図である。 本発明の実施例における波長変換装置のもう１つの実施例の構造概念図である。 本発明の実施例における波長変換装置のもう１つの実施例の構造概念図である。 本発明の実施例における波長変換装置のもう１つの実施例の構造概念図である。 図７Ｂに示された波長変換装置の局所構造概念図である。
以下、図面と実施形態を参照しながら、本発明の実施例を詳しく説明する。
（実施例１）
図１を参照し、図１は、本発明の実施例における波長変換装置の１つの実施例の構造概念図である。図１に示すように、波長変換装置１００は、波長変換層１１０と、ボックス１２０と、パイプ１３０と、熱交換器１４０と、ガス対流装置１５０とを備える。
波長変換層１１０は、励起光を吸収して被励起光を生成するために用いられる。波長変換層１１０は、波長変換材料を含む。最もよく用いられている波長変換材料は、蛍光体であり、例えば、イットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）蛍光体が挙げられ、当該蛍光体は、青色光を吸収し、励起されると、黄色い被励起光を発することができる。波長変換材料は、量子ドット、蛍光染料等の波長転換力を有する材料であっても良く、蛍光体に限られるものではない。多くの場合には、波長変換材料は、通常粉末状又は顆粒状であるため、波長変換材料層は直接的に形成されにくく、この時、粘着剤を用いて各波長変換材料の顆粒をまとめて固定することにより特定の形状に形成される必要があり、例えば、シート層状が挙げられる。
本実施例においては、波長変換装置１００は、波長変換層１１０と積層設置され、波長変換層１１０を載置するための基板１１１を更に備える。実際には、波長変換材料を硬質材料（例えば、透明ガラス）に滲入することにより、波長変換層が形成されても良く、このとき、波長変換装置１００には、別途波長変換層を載置する基板を設置する必要はない。
ボックス１２０は、波長変換層１１０を密封するために用いられる。ボックス１２０は、規則又は不規則の任意の形状をなしても良く、例えば、波長変換層１１０が環状に設置された場合、ボックス１２０は、波長変換層１１０の形状とマッチングする環状であっても良い。本実施例においては、基板１１１は、円盤状をなしており、ボックス１２０は、基板１１１とマッチングする円形である。
ボックス１２０は、励起光を波長変換層１１０に透過出射させる第１領域１２１及び波長変換層１１０により生成された被励起光を透過出射させる第２領域１２２を有し、当該２つの領域は、いずれも透気しない。本実施例においては、波長変換装置１００は、透過出射型が用いられ、すなわち、入射光の方向は出射光の方向と一致するため、基板１１１は、励起光を透過出射させる。ボックス１２０の第１領域１２１及び第２領域１２２は、いずれも普通の光透過性シートにより形成されても良い。被励起光のみが必要な応用の場合には、波長変換装置の出射光の純度を向上させるために、第１領域は、励起光のみを透過出射させるフィルタにより形成され、第２領域は、被励起光を透過出射させて励起光を反射するフィルタにより形成されることが好ましい。被励起光及び励起光が必要な応用の場合には、第２領域１２２は、励起光及び被励起光のみを透過出射させるフィルタにより形成されることが好ましい。
本実施例においては、基板１１１は、第１領域１２１と波長変換層１１０との間に位置し、波長変換層１１０は、基板１１１と第２領域１２２との間に位置し、基板１１１は、波長変換層１１０により波長変換装置の出射光の方向と逆方向から出射される被励起光を反射することにより、該被励起光が前記光出射方向において出射するように、励起光を透過出射させて被励起光を反射するフィルタにより形成される。これにより、波長変換装置１００の光出射効率を向上させることができる。
ボックス１２０は、１つの風出口１２３及び１つの風入口１２４を更に含む。波長変換装置１００は、ボックス１２０の外部に設置され、風出口１２３と風入口１２４を接続し、ボックス１２０と共に波長変換層１１０をボックス１２０内に密封するためのパイプ１３０を更に含む。容易に理解できるのは、風出口１２３及び風入口１２４は、パイプが励起光及び被励起光を遮断することにより、光が損失されることを防止するために、ボックス１２０における第１領域１２１及び第２領域１２２以外の任意の領域に位置しても良い。
熱交換器１４０は、パイプ１３０の外部に設置され、パイプ１３０内のガスの温度を下げるために用いられる。実際の運用の中で、熱交換器１４０は、パイプ１３０の内部に設置されても良く、同様に、パイプ１３０内のガスの温度を下げる効果を奏することできる。但し、前者においては、熱交換器１４０はパイプ１３０内に設置される必要がないため、パイプ１３０の直径が相対的に小さくても良く、コストを削減することができる。または、パイプ１３０は、直径が変化可能であるように設置されても良く、熱交換器１４０が設置される箇所において、直径は当該熱交換器１４０を収納可能であるように設定されてもよいが、他の位置において、直径は小さく設定されても良い。
また、実際の応用の中で、熱交換器１４０は複数の形態を有してもよく、本実施例においては、具体的に、熱交換器１４０は放熱フィンである。放熱フィン１４０は、パイプ１３０の外表面に固定接続されても良く、接続方法は、溶接、粘着又は他の方法であっても良い。放熱フィンにおける、パイプ１３０の外表面に接する面は、放熱面であり、放熱フィンは、熱伝導性の良い金属材料で加工形成されるため、放熱面により伝導された熱は、放熱フィンの内部において急速に伝導して放熱フィンの他の表面に広がり、また、熱は、これらの表面とガスとの接触により外部に伝導される。放熱フィン１４０の形状及び寸法を設計することにより、放熱フィンは、パイプ１３０の外表面の温度を下げることにより、パイプ１３０内部のガスの温度を下げることができる。
また、熱交換器１４０は、他の複数の形態が用いられることができ、例えば、熱パイプが挙げられ、熱パイプによる放熱技術は、以下の通りである。熱パイプ内における液体の揮発により、熱パイプの第１端に対して放熱するために、熱パイプの第１端の熱を急速に第２端に伝導させる。熱パイプの放熱技術を用いて本発明の熱交換器を実現しようとすれば、熱パイプの第１端に接続される平面は、放熱面である。冷却装置も熱交換器１４０として用いられてもよく、例えば、熱電冷却装置が挙げられる。熱電冷却装置は、固体の熱電現象を用いて正負の２つの電極間に印加された電位差により冷却面と加熱面との間に一定の温度差を生成する冷却装置であり、なお、冷却面の温度は、加熱面の温度よりも低い。熱電冷却装置を用いて本発明の熱交換器を実現しようとすれば、熱電冷却装置の冷却面は、パイプ１３０の外表面に接する。このように、パイプ１３０内におけるガスの温度は、より低くなり、ボックス１２０内における波長転換層１１０の放熱により有利である。
本実施例においては、熱交換器１４０の役割はパイプ１３０内のガスの温度を下げるためであるが、実際の運用の中で、熱交換器１４０とパイプ１３０は、同一のものにされても良い。具体的に、例を挙げると、パイプ１３０は、銅パイプが用いられ、銅パイプの長さを適宜に延長させる。銅パイプは、優れた熱伝導係数を有するため、温度が高いガスは、一定の長さの銅パイプを通った後、その熱が銅パイプにより銅パイプの外部のガスに発散されることにより、温度は下がる。このように、放熱の効果を奏することもできる。当然ながら、他の金属パイプがパイプ１３０として用いられても良く、例えば、アルミニウムパイプ、ステンレスパイプ等が挙げられる。放熱の効果に対する要求がそれほど高くない一部の場合には、このような方案を採用することができる。熱交換器１４０が省略されるため、当該方案は、コストが低い。
なお、ガスは、ボックス１２０の外部において風出口１２３から流れ出し、熱交換器１４０により作用されてから風入口１２４からボックス１２０の内部に入るようにできれば、パイプ１３０は、物理的に１本のパイプに限定されない。例えば、パイプ１３０は、２本のパイプにより構成され、この２本のパイプは、一端がそれぞれ１つの冷却装置（例えば、半導体冷却器）に接続され、他端がそれぞれ風出口１２３及び風入口１２４に接続される。
そのため、容易に理解できるのは、パイプ１３０が単に円柱形状をなすパイプに限定されず、他の任意の形状であっても良い。例えば、直方体が挙げられ、ボックス１２０の内部から流れ出した熱いガスのため、放熱又は冷却する１つの密閉空間を提供できれば良い。
ガス対流装置１５０は、ボックス１２０とパイプ１３０とにより囲まれた密閉空間内に設置され、ボックス１２０内のガスとパイプ１３０内のガスを交換させるように駆動する。本実施例においては、ガス対流装置１５０は、パイプ１３０内に設置され、具体的には、軸流ファンである。軸流ファンの動作原理は、ファン羽根の揚力が用いられることにより、ガスを当該軸流ファンの軸方向に沿って流れさせる。そのため、ボックス１２０内のガスは、ボックス１２０とパイプ１３０との圧力差によりボックス１２０の風出口１２３からパイプ１３０内に入り、熱交換器１４０により温度を低下させた後、ガス対流装置１５０によりボックス１２０の風入口１２４からボックス１２０内に入る。このように循環的に、パイプ１３０内の冷たいガスとボックス１２０内の熱いガスとを絶えず交換することにより、ボックス１２０内の温度を低下させる。
また、容易に理解できるのは、ガス流動の速度を向上させるために、パイプ１３０内に２つ又は複数のガス対流装置１５０が設置されても良く、例えば、パイプ１３０内における、風出口１２３と風入口１２４にそれぞれ接する箇所に、それぞれ１つのガス対流装置１５０が設置されても良い。又は、軸流ファン１５０は、ボックス１２０内に設置されても良い。軸流ファン１５０は、ボックス１２０内のガスとパイプ１３０内のガスを交換させるように駆動するため、軸流ファン１５０の動作原理から、ボックス１２０内に設置されている場合、軸流ファン１５０をボックス１２０の風入口１２４又は風出口１２３と対向させる必要がある。
また、ガス対流装置は、駆動線を有するため、ボックス１２０又はパイプ１３０は、ちょうど当該駆動線を延出させるための開口（図示せず）を更に有しても良い。密閉性を確保するために、駆動線にゴムリングをかけ、当該開口を密封することが好ましい。
ボックス１２０内の熱いガスとパイプ１３０内の冷たいガスを十分に対流させるために、風出口１２３と風入口１２４は、ボックス１２０におけるできるだけ離れた２箇所に設置されることが好ましい。また、波長変換層１１０における熱が生じる箇所をより良く放熱させるために、風入口１２４は、励起光により波長変換層１１０に形成された光スポットから相対的に近い位置に設置することが好ましい。ここで、「相対的に近い」とは、ボックス１２０におけるすべての点と励起光により波長変換層１１０に形成された光スポットの位置との間の距離からなる１つの集合のうち、風入口１２４と光スポットとの間の距離が当該集合における距離が小から大への順番の上位５０％以内にあることを指す。波長変換層１１０における、励起光を受け取る面により生じた熱が最も多いため、風入口１２４は、波長変換層１１０が所在する平面における励起光が入射される側に設置されることが好ましい。対流されるガスを波長変換層１１０を通過させるために、対応的に、風出口は、波長変換層１１０が所在する平面における励起光が入射される側に背向する側に設置されることが好ましい。
従来技術に比べ、本実施例においては、ボックス及びボックスにおける風出口と風入口を接続するパイプにより波長変換層を密封することにより、埃により波長変換材料の発光効率に影響を与えることを防止することができる。また、熱交換器によりパイプ内のガスの温度を下げるとともに、ガス対流装置によりボックス内のガスとパイプ内のガスを交換させるように駆動することで、密閉環境において、波長変換材料の動作温度を低くすることができ、これにより、熱により波長変換材料の発光効率に影響を与えることを防止する。よって、従来技術の波長変換層の埃防止及び放熱問題を同時に解決することができる。
図１Ｂは、本発明の実施例における波長変換装置の１つの実施例の構造概念図である。本実施例においては、波長変換装置１００は、光出射方向が光入射方向と逆である反射型が用いられても良いため、第１領域１２１と第２領域１２２は、同一の領域にされ、波長変換層１１０は、第１領域１２１（第２領域１２２）と基板１１１との間に位置し、且つ、基板１１１は、波長変換層１１０により生成された被励起光を反射する。波長変換層により吸収されなかった励起光も波長変換層１１０に反射させるために、基板１１１は、反射鏡であることが好ましい。対応的に、第１領域１２１及び第２領域１２２は、普通の光透過性シート又は励起光及び被励起光を透過出射させるフィルタにより形成される。透過出射型が用いられる波長変換装置に比べ、反射型が用いられる波長変換装置は、被励起光の損失を低減することができ、より多い被励起光を収集することができる。説明の便宜上、以下、すべて反射型が用いられる波長変換装置を例として説明する。実際の運用の中で、以下の実施例は透過出射型が用いられる波長変換装置に応用されることもできる。
ボックス内のガスは、一部の埃の微粒子又は他の不純物の微粒子を持っており、これらの微粒子が波長変換層の上に落ち、一部の励起光を吸収することによって、光の損失を生じるとともに、波長変換層が黒く焼かれることを招く。また、ボックス内のガスは、風出口１２３を通過してパイプ１３０に入る時に一部の埃を持っており、そのため、パイプ１３０内には、これらの微粒子が再びボックス１２０内に入ることを阻止するために、ガスの中の微粒子を濾過し、微粒子を吸着することが可能な多孔質フィルタースクリーンであるフィルタースクリーン（図示せず）が設置されることが好ましい。このように循環的に、ボックス１２０内のガスを浄化することができる。また、フィルタースクリーンはボックスの風出口１２３に設置されることが好ましい。パイプ１３０内に設置される場合に比べ、風出口１２３に設置されるほうが、加工がより便利になり、且つ、埃がガス対流装置１５０に入ることによってガス対流装置１５０が損傷されることを防止することができる。当然ながら、ボックスの風入口１２４においても、１つのフィルタースクリーンが設置されても良い。
本実施例においては、波長変換層１１０により出射された被励起光は、ランバーシアン分布であり、発散拡散角度が大きいため、被励起光が収集された後、コリメートされるために、波長変換層１１０における被励起光が出射される側には、収集レンズ１１及びコリメータレンズ１２が順に設置されることが好ましい。収集レンズ１１は、通常体積が小さいため、ボックス１２０内に設置されてもよく、前記被励起光を収集するために、波長変換層１１０と第１領域１２１（第２領域１２２）との間に位置する。コリメータレンズ１２は、通常体積が大きいため、ボックス１２０の外部において、第１領域１２１（第２領域１２２）の付近に設置されてもよい。当然ながら、この２つのレンズは、いずれもボックス内又はボックスの外部に設置されても良い。
（実施例２）
図２Ａ、図２Ｂに示すように、図２Ａは、本発明の実施例における波長変換装置のもう１つの実施例の構造概念図であり、図２Ｂは、図２Ａに示された実施例における波長変換装置の右側面図である。波長変換装置２００は、波長変換層２１０と、基板２１１と、ボックス２２０と、パイプ２３０と、熱交換器２４０と、ガス対流装置２５０とを備える。ボックス２２０は、第１領域２２１と、第２領域２２２と、風出口２２３と、風入口２２４とを備える。
本実施例が、図１Ａに示された実施例との相違点は次の通りである。本実施例においては、ガス対流装置２５０は、ボックス２２０内において、基板２１１における、波長変換層２１０に背向する側に位置する。対応的に、ボックス２２０の風出口２２３及び/又は風入口２２４は、基板２１１が所在する平面における、波長変換層２１０に背向する側に位置する。よって、ガス対流装置２５０は、基板２１１の、波長変換層２１０に背向する側における熱いガスとパイプ２３０内における冷たいガスを交換させることによって、放熱の効果を奏する。
具体的には、例を挙げると、本実施例においては、ガス対流装置２５０は、図１Ａ及び図１Ｂに示された軸流ファン１５０の代わりに、貫流型ファンが用いられることにより、ボックス２２０内のガスとパイプ２３０内のガスを交換させるように駆動する。貫流型ファンは、ガスの出入りがいずれも当該ファンの軸線に垂直である。
本実施例においては、ファン２５０は、基板２１１における、波長変換層２１０に背向する側に位置し、且つ、ファン２５０の羽根が所在する平面は、基板２１１に平行である。風出口２２３と風入口２２４は、それぞれボックス２２０の同じ断面に位置し、且つ、当該断面はファン２５０の羽根と同じ平面に位置する。なお、容易に理解できるのは、ここで、「同じ平面」とは、厳密的に言える１つの平面ではなく、マクロの角度から言える１つの平面である。ファン２５０が動作する際、ファンの羽根がその駆動部材（図示せず）の駆動により回転し、ファン２５０の羽根の周りに回転する気流が生じ、当該気流は、風出口２２３から流れ出し、パイプ２３０を通過した後、風入口２２４からボックス２２０内に入ることにより、ボックス２２０内のガスとパイプ２３０内のガスを交換させることができる。ファン２５０の羽根は、半径が大きいほど、特に、ボックスの端からだいぶん近い場合、ガスの対流効果がより優れる。よって、ファン２５０の羽根の直径は、ボックス２２０の口径よりやや小さいことが好ましい。
ファン２５０が回転する際、気流の回転方向は、当該ファン２５０が回転する方向の切線に沿っている。そのため、パイプ２３０は、ボックスの風出口２２３と風入口２２４にそれぞれ接するとき、流動するガスがパイプ２３０内により入りやすくするように、ボックス２２０と相接し、且つ、風出口２２３と風入口２２４におけるガスの流動方向に沿うことが好ましい。
本実施例においては、気流が、主に基板２１１における、波長変換層２１０に背向する側において流れるため、波長変換層２１０における励起光を受け取る側である波長変換層２１０における、基板２１１に背向する側に対する放熱効果はそれほど良くないが、放熱させることもできる。本実施例の波長変換装置は、構造が簡単であるというメリットを有し、波長変換層の放熱効果に対する要求がそれほど高くない場合に用いられることができる。
本実施例においては、ガス対流装置は、他の貫流型ファンが用いられても良く、例えば、クロスフローファンが挙げられる。図３Ａに示すように、図３Ａは、本発明の実施例における波長変換装置のもう１つの実施例の構造概念図である。図３Ｂに示すように、図３Ｂは、図３Ａに示された実施例におけるクロスフローファンの構造概念図である。クロスフローファン３５０は、羽根車３５１と、風出口３５２とを備える。クロスフローファンの動作原理は、気流が羽根車３５１の回転により羽根車３５１の中に運び込まれ、そして、風出口３５２から排出される。
本実施例においては、クロスフローファン３５０が、ボックス２２０内の風出口２２３に設置され、且つ、クロスフローファン３５０の風出口３５２がボックス２２０の風出口２２３に対向する。クロスフローファン３５０が動作する際、その羽根車３５１の回転により、ボックス２２０内のガスは、羽根車３５１の中に運び込まれ、そして、その風出口３５２から噴出され、ボックス２２０の風出口２２３を通過してパイプ２３０内に入り、放熱される。クロスフローファン３５０の働きにより、ボックス２２０内とパイプ２３０内との圧力差が生じ、パイプ２３０内の冷たいガスは、当該圧力差によりボックス２２０内に入り、波長変換層２１０を放熱させる。
パイプ２３０内の冷たいガスが、波長変換層２１０へ吹いてくるようにすることにより、波長変換層２１０がより良く放熱されるために、ボックス２２０の風入口２２４は、ボックス２２０における、波長変換層２１０に面する側に位置することが好ましい。
図２Ａに示された貫流型ファンに比べ、本実施例に用いられたクロスフローファンは、騒音が低いというメリットを有し、且つ、ボックス内の圧力が低い場合及びボックスの寸法が小さい場合、よりよい効率を提供することができる。本実施例において、ガス対流装置は、波長変換層２１０における、励起光が入射される側における熱いガスとパイプ２３０内の冷たいガスを直接的に交換させるように駆動するために、波長変換層２１０と第１領域２２１（第２領域２２２）との間に位置しても良い。波長変換層２１０における、励起光を受け取る側に生じた熱が最も多く、ガス対流装置は、波長変換層の、熱が最も多く生じる側における熱いガスを直接的に放熱させるため、図２Ａに示された波長変換装置に比べ、本実施例のほうが、放熱効果がよりよい。
具体的に、例を挙げると、図４Ａに示すように、図４Ａは、本発明の実施例における波長変換装置のもう１つの実施例の構造概念図である。本実施例においては、ガス対流装置４５０として半径流ファンが用いられ、即ち、図２Ａに示された貫流型ファン１５０の代わりに、遠心ファンが用いられることにより、ボックス２２０内のガスとパイプ２３０内のガスを交換させるように駆動する。遠心ファンの動作原理は、ガスがファンの軸方向から吸い込まれた後、遠心力により円周方向から放出される。
図４Ｂに示すように、図４Ｂは、図４Ａに示された実施例における遠心ファンの構造概念図である。本実施例において、遠心ファン４５０は、ピボット軸４５１と、ピボット軸４５１に設置される複数の羽根４５２と、当該複数の羽根４５２を取り囲むように設置される外部筐体４５３とを備える。外部筐体４５３は、笛形状をなしており、複数の羽根を取り囲むように設置され、円柱形状をなす筐体４５３ａと当該円柱の表面の一箇所に設置され、当該箇所の切線方向に沿う、直方体をなす筐体４５３ｂにより一体的に形成されてなり、当該直方体の筐体４５３ｂにおける、当該円柱形状の筐体４５３ａに背向する面には、開口４５３ｃである遠心ファン４５０のファン口４５３ｃが設置されている。
遠心ファン４５０は、ボックス２２０内に設置され、その複数の羽根４５２が所在する平面は、波長変換層２１０に平行し、並列している。遠心ファン４５０は、波長変換層２１０における、励起光が入射される側に位置し、そのファン口４５３ｃが波長変換層２１０における、励起光により照射される位置の上方に対向する。波長変換層２１０をより良く放熱するために、遠心ファン４５０のファン口４５３ｃは、波長変換層２１０における光スポットが所在する位置に対向することが好ましい。これは、遠心ファン４５０のファン口４５３ｃの開口方向を設定し、または、１つのノズルを用いて遠心ファン４５０のファン口４５３ｃと接続し、ノズルの方向を、波長変換層２１０における光スポットが所在する位置に向けるように調整することにより実現することができる。ピボット軸４５１における、波長変換層２１０に背向する側の径方向の開口は、風入口２２４に対向し、且つ、遠心ファン４５０は、励起光及び被励起光の伝送経路を避けるように設置される。本実施例において、風入口２２４は、ボックス２２０における、第１領域２２１（第２領域２２２）が所在する面に位置し、第１領域２２１（第２領域２２２）を避けるように設置される。
遠心ファン４５０が動作する際、遠心ファン４５０の遠心作用により、パイプ２３０内の冷たいガスが風入口２２４からピボット軸４５１に吸い込まれ、複数のファン羽根４５２の回転により円周方向から放出される。そのため、遠心ファン４５０のピボット軸４５１の径方向の開口は、風入口２２４から相対的に近いことが好ましい。外部筐体４５３の設置により、ピボット軸４５１内のガスが外部筐体４５３の筐体４５３ｂにおけるファン口４５３ｃから高圧ガスになり、波長変換層２１０における、光スポットが所在する位置に噴出され、これにより、波長変換層２１０が励起される時に生じた熱が放出され、波長変換層２１０を放熱する目的を達成する。
実際の運用の中で、風入口２２４は、ボックス２２０における、第１領域２２１（第２領域２２２）が所在する面に設置されず、ボックス２２０における他の面に設置されても良い。このように、遠心ファン４５０は、一本のベンド管により風入口２２４とそのピボット軸４５１の径方向の開口が、接続される。
当然ながら、筐体４５３ｂにおけるファン口４５３ｃは、波長変換層における、光スポットが所在する位置に向けず、他の位置に向けても良く、ボックス２２０内へ噴出すれば、波長変換層２１０を放熱する効果を得ることができる。
図４Ｃに示すように、図４Ｃは、本発明の実施例における波長変換装置のもう１つの実施例の構造概念図である。以下、図４Ｂ及び図４Ｃを参照しながら説明する。本実施例においては、遠心ファン４５０は、基板２１１における、波長変換層２１０に背向する側に位置しても良い。風入口２２４は、遠心ファン４５０のピボット軸４５１における波長変換層２１０に背向する側に位置する径方向の開口に対向する必要があるため、風入口２２４は、当該径方向の開口が面するボックス２２０の面２２０ａに設置される。遠心ファン４５０は、面２２０ａと基板２１１との間に位置し、その複数のファン羽根４５２が所在する平面は、基板２１１に平行である。
波長変換層２１０に対する放熱効果を向上させるために、遠心ファン４５０は、ベンド管（図示せず）を有しても良い。ベンド管は、第１端及び第２端を有し、第１端が遠心ファン４５０の外部筐体４５３における直方体である筐体４５３ｂのファン口４５３ｃに接続され、第２端が励起光の入射により波長変換層２１０に形成された光スポットの付近に位置し、且つ波長変換層２１０における光スポットが所在する位置に対向する。このように、遠心ファン４５０のファン口４５３ｃにより噴出された冷たいガスは、ベンド管により波長変換層へ流れ、その光スポットが所在する位置へ噴出される。これにより、波長変換層における励起される時に熱が生じた位置を放熱する。
遠心ファンは、波長変換層における励起光が入射される側（即ち、出射側）に背向する側に設置されるため、遠心ファンが波長変換層の出射光の一部の光を散乱して反射することによる光の損失を防止するとともに、ベンド管により波長変換層における熱が最も多く生じる側を放熱することができる。
本実施例においては、波長変換装置の構造をより簡単にするために、波長変換層は、ガス対流装置の内部に位置しても良い。図５Ａに示すように、図５Ａは、本発明の実施例における波長変換装置のもう１つの実施例の構造概念図である。本実施例においては、もう一つの半径流ファンがガス対流装置５５０として用いられ、即ち、図４Ａの遠心ファン４５０の代わりに、遠心フィンが用いられることにより、ボックス２２０内のガスとパイプ２３０内のガスを交換させるように駆動する。図５Ｂに示すように、図５Ｂは、図５Ａに示された波長変換装置における遠心フィンの構造概念図である。遠心フィン５５０は、ピボット軸５５１と、ピボット軸５５１に設置される複数のファン羽根５５２とを備える。遠心フィンと遠心ファンとの相違点は、遠心フィンは複数のファン羽根を取り囲むように設置される外部筐体を有しない。
波長変換層２１０と基板２１１は、いずれも遠心フィン５５０のピボット軸５５１内に設置され、ピボット軸５５１の方向に垂直である。
遠心フィン５５０が動作する際、遠心フィン５５０の遠心作用によりパイプ２３０内とボックス２２０内との圧力差が生じるため、パイプ２３０内の冷たいガスは、風入口２２４からボックス２２０に吸い込まれ、遠心フィン５５０のピボット軸５５１内に入り、ピボット軸５５１内に位置する基板２１１に噴出され、これにより、基板における風入口２２４に背向する側に位置する波長変換層を放熱する。波長変換層２１０が生じる熱は、遠心フィン５５０のファン羽根５５２により当該遠心フィンから放出され、ボックス２２０とパイプ２３０との圧力差によりパイプ２３０に入り、放熱される。
本実施例においては、遠心フィンは、遠心ファンに比べ、外部筐体が省略されているため、よりコンパクトであり、放熱による騒音がより小さい。
本実施例においては、遠心フィン５５０は、基板２１１の中心領域に設置されても良く、このとき、波長変換層２１０は、環状であり、遠心フィン５５０の外周を取り囲むように設置される。図５Ｃに示すように、図５Ｃは、本発明の実施例における波長変換装置の基板、波長変換層及び遠心フィンの構造概念図である。
遠心フィン５５０が動作する際、遠心フィン５５０の遠心作用により、パイプ２３０内の冷たいガスが風入口２２４から遠心フィン５５０のピボット軸５５１に吸い込まれ、複数のファン羽根５５２の回転により円周方向から放出される。この場合、外部筐体が設置されていないため、ガスは、遠心フィンから放出される時に１つの開口から放出されず、遠心フィンの周りの切線方向から放出される。このように、遠心フィンから放出された冷たいガスは、波長変換層における具体的な位置を放熱するのではなく、波長変換層における複数の位置を同時に放熱する。
本実施例においては、遠心フィン５５０は、遠心ファン４５０の設置位置と同様に、基板２１１における波長変換層２１０に背向する側に設置され、または、基板における波長変換層２１０が設置される側に設置されても良いが、励起光の伝送経路を避ける必要がある。これにより、波長変換層２１０が遠心フィン５５０の回りを取り囲むように設置される場合に比べ、波長変換装置の半径を小さくすることができる。なお、上述した実施例におけるガス対流装置は、他の位置に設置されても良く、例えば、パイプ内に設置されても良く、上述した位置に限られるものではない。
（実施例３）
図６に示すように、図６は、本発明の実施例における波長変換装置のもう１つの実施例の構造概念図である。図６に示すように、波長変換装置６００は、波長変換層６１０と、基板６１１と、ボックス６２０と、パイプ６３０と、熱交換器６４０と、ガス対流装置６５０と、駆動装置６６０とを備える。ボックス６２０は、第１領域６２１と、第２領域６２２と、風出口６２３と、風入口６２４とを備える。
本実施例が上述した実施例との相違点は、次の通りである。
本実施例においては、波長変換装置６００は、基板６１１に固定接続され、波長変換層６１０が周期的に回転するように駆動するための駆動装置６６０（例えば、モーター）を更に備える。駆動装置６６０における、基板６１１に背向する面は、ボックス６２０の内壁に固定接続されている。このとき、励起光を異なる被励起光に変換するために、基板６１１は、円盤状であり、円周方向に沿って少なくとも２つの領域が設置され、各領域には、異なる波長変換層６１０が設置されることが好ましい。駆動装置６６０は、基板６１１を動かすことにより、波長変換層６１０を回転させる場合、基板６１１の各領域における波長変換層６１０が順に励起光の照射経路に設置され、これにより、波長変換層６１０により異なる被励起光が順に出射される。上述した少なくとも２つの領域は、波長変換層が設置される少なくとも１つの領域と、波長変換層が設置されていない少なくとも１つの透明領域であっても良い。当然ながら、基板６１１は、円周方向に沿って１つの領域のみを有しても良い。
なお、駆動装置は、駆動線を有するため、ボックス６２０は、ちょうど当該駆動線を延出させるための開口（図示せず）を更に有しても良い。密閉性を確保するために、駆動線にゴムリングをかけ、当該開口を密封することが好ましい。他の実施例においては、駆動線を有しない駆動装置がカスタマイズされても良く、このとき、駆動装置の各駆動端が１つのＰＣＢの１つの面に溶接されてもよく、ボックスに１つの開口が設置され、当該ＰＣＢにより当該開口が覆われ、ボックスの外部に複数の導線が設置され、当該導線は、ＰＣＢと駆動端との各溶接点に電気的に接続され、これにより、駆動装置の駆動線をボックスの外部に移動することができる。
本実施例においては、波長変換層における異なる箇所は、周期的に励起光の伝送経路に位置し、励起されるため、それぞれの位置については、励起されるタイミングがいずれも励起光の伝送経路まで回転された瞬間であり、これにより、その温度が大幅に低下し、効率が大幅に向上する。
本実施例においては、ファン羽根と基板６１１がいずれも駆動装置の駆動により同期して動くように、上述した実施例に記載のガス対流装置のファン羽根と駆動装置６６０は互いに固定されても良く、または、ガス対流装置のファン羽根は直接的に駆動装置に固定されても良い。例えば、図７Ａに示すように、図７Ａは、本発明の実施例における波長変換装置のもう１つの実施例の構造概念図である。図７Ａに示すように、波長変換装置７００は、波長変換層７１０と、基板７１１と、ボックス７２０と、パイプ７３０と、熱交換器７４０と、ガス対流装置７５０と、駆動装置７６０とを備える。ボックス７２０は、第１領域７２１と、第２領域７２２と、風出口７２３と、風入口７２４とを備える。
本実施例が図２Ａに示された実施例との相違点は、次の通りである。
波長変換層７１０は、環状であり、基板７１１における、第１領域７２１（第２領域７２２）に面する側に設置され、且つ、貫流型ファン７５０のファン羽根は、基板７１１における、波長変換層７１０に背向する側に直接的に固定される。駆動装置７６０（例えば、モーター）は、基板７１１における、波長変換層７１０が設置されている側の中心領域に固定接続され、基板７１１、波長変換層７１０及び貫流型ファン７５０のファン羽根が同期回転するように駆動するために用いられる。
本実施例においては、駆動装置の駆動部材は、同時にガス対流装置の駆動部材として動作することにより、波長変換装置は、構造がより簡単になり、ガス対流装置の駆動部材が省略されるため、コストを低減することができる。
図７Ａに示された波長変換装置は、貫流型ファン７５０が遠心フィンであっても良い。図７Ｂに示すように、図７Ｂは、本発明の実施例における波長変換装置のもう１つの実施例の構造概念図である。
本実施例が図４Ａに示された実施例との相違点は、次の通りである。
図７Ｃに示すように、図７Ｃは、図７Ｂに示された波長変換装置の局所構造概念図である。本実施例においては、遠心フィン８５０は、基板７１１における、波長変換層７１０に背向する側に固定されている。駆動装置７６０は、基板７１１における、波長変換層７１０が設置されている側の中心領域に設置され、基板７１１が回転するように駆動するために用いられる。波長変換層７１０と遠心フィン８５０は、いずれも基板７１１と固定されるため、当該三者は、駆動装置の駆動により同期回転する。
図７Ａに示された実施例に比べ、本実施例における遠心フィンは、図７Ａに示された実施例における貫流型ファンによる放熱効果がより優れる。上述した各実施例は、いずれも駆動装置により円盤形状の波長変換層が周期回転するように駆動されることを例として説明を行ったが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。他の実施例においては、駆動装置により筒状の波長変換層が周期回転するように駆動されても良く、または、駆動装置により波長変換層が周期的に往復移動するように駆動されても良く、このとき、波長変換層は、駆動装置の駆動により周期的に平行移動される帯形状の構造であっても良い。この場合、駆動装置は、ガス対流装置が動作するように駆動するために用いられても良く、これは、駆動装置及びガス対流装置の実際の動作原理に基づいて設計されても良く、周知の技術のため、ここで繰り返し述べない。
本明細書における各実施例を累進の形式で説明し、各実施例については、主に他の実施例との違いを説明したが、各実施例における同様又は類似の部分について、互いに参照すればよい。
本発明の実施例は、上述した励起光を生成する励起光源と、上述した各実施例の構造及び機能を有することが可能な波長変換装置とを備える発光装置を更に提供する。
上述したのは、本発明の実施形態であり、本発明の特許範囲を限定するものではなく、本発明の明細書及び図面の内容を用いて実現した等価構成又は等価変換フロー、又は他の関連する技術分野における直接又は間接応用は、全て同様に本発明の特許保護範囲内に含まれる。

Claims (13)

  1. 励起光を吸収して被励起光を生成するための波長変換層と、
    前記励起光を波長変換層に透過出射させる第１領域及び前記被励起光を透過出射させる第２領域を有し、１つの風出口及び１つの風入口を更に含むボックスと、
    前記ボックスの外部に設置され、前記風入口と前記風出口を接続し、前記ボックスと共に前記波長変換層を前記ボックス内に密封するためのパイプと、
    前記パイプ内のガスの温度を下げるための熱交換器と、
    前記ボックスと前記パイプとにより囲まれた密閉空間内に設置され、前記ボックス内のガスと前記パイプ内のガスを交換させるように駆動するためのガス対流装置と
    を備えることを特徴とする波長変換装置。
  2. 前記パイプ内、前記ボックスの風出口又は風入口に設置されるフィルタースクリーンを更に備えることを特徴とする請求項１に記載の波長変換装置。
  3. 前記熱交換器及び前記パイプは、金属管を含む同じ部材であることを特徴とする請求項１に記載の波長変換装置。
  4. 前記風出口及び風入口が、前記波長変換層が所在する平面の両側に位置することにより、前記波長変換層は、前記風出口と風入口との間に位置することを特徴とする請求項１に記載の波長変換装置。
  5. 前記ガス対流装置は、前記波長変換層における、前記被励起光が出射される側に背向する側に位置することを特徴とする請求項１に記載の波長変換装置。
  6. 前記ガス対流装置は、前記パイプ内又は前記ボックス内に位置する半径流ファンを備えることを特徴とする請求項１に記載の波長変換装置。
  7. 前記半径流ファンは、前記ボックス内に位置し、そのピボット軸の１つの径方向の開口が前記風入口に対応する遠心ファンを備えることを特徴とする請求項６に記載の波長変換装置。
  8. 前記半径流ファンは、前記ボックス内に位置し、そのピボット軸の１つの径方向の開口が前記風入口に対応する遠心フィンを備えることを特徴とする請求項６に記載の波長変換装置。
  9. 前記波長変換装置は、前記励起光により当該波長変換層に形成された光スポットが所定の経路に従って当該波長変換層に働くように、当該波長変換層を駆動するための駆動装置を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の波長変換装置。
  10. 前記ガス対流装置は、前記駆動装置による駆動により、前記波長変換層と同期して動くように、前記駆動装置と互いに固定される複数のファン羽根を備えることを特徴とする請求項９に記載の波長変換装置。
  11. 前記波長変換装置は、前記波長変換層が設置されている基板を更に備え、前記ファン羽根は、前記基板における、前記波長変換層に背向する側に設置されることを特徴とする請求項１０に記載の波長変換装置。
  12. 前記風入口は、励起光により波長変換層に形成された光スポットから相対的に近い位置に設置され、当該「相対的に近い」とは、前記ボックスにおけるすべての点と励起光により前記波長変換層に形成された光スポットの位置との間の距離からなる１つの集合のうち、該出光口と当該光スポットとの間の距離が当該集合における距離が小から大への順番の上位５０％以内にあることを指すことを特徴とする請求項１に記載の波長変換装置。
  13. 請求項１ないし１２の何れか１つに記載の波長変換装置と、
    前記励起光を生成するためのレーザ光源と
    を備えることを特徴とする発光装置。
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