WO2017098706A1 - 光変換装置およびこれを備えた投射型表示装置 - Google Patents
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- G02B27/106—Beam splitting or combining systems for splitting or combining a plurality of identical beams or images, e.g. image replication
Definitions
- the present disclosure relates to a light conversion device and a projection display device including the light conversion device.
- a projection display device uses a laser diode as a light source, excites a phosphor with light emitted from the laser diode, and uses light emitted from the phosphor.
- a laser diode as a light source
- excites a phosphor with light emitted from the laser diode and uses light emitted from the phosphor.
- a phosphor layer is formed on a disk substrate, and is attached to a motor and rotated, so that the portion that emits fluorescence is always moved to suppress an increase in temperature.
- dust adheres to the excitation light there is a risk that the efficiency of image sticking to the phosphor surface will be reduced.
- Patent Document 1 it is common to place a phosphor in a sealed space to prevent dust, and at the same time, a cooling fan is included in the same space for cooling.
- the excitation light also increases, and the cooling performance is insufficient.
- the motor temperature rises by arranging the motor in the sealed space, and there arises a problem that the original performance cannot be exhibited.
- the conventional optical conversion device has the following problems.
- an optical lens for exciting the phosphor if an optical lens for exciting the phosphor is arranged close to the phosphor layer, it cannot be sufficiently blown near the phosphor layer, and is generated in the phosphor. The heat may not be cooled sufficiently.
- the light conversion device includes a disk-shaped phosphor wheel, a circulation fan, a motor, a case unit, a heat absorber, a heat exhauster, and an optical lens.
- the phosphor wheel has an annular phosphor layer formed on the first surface.
- the circulation fan blows air to the phosphor layer of the phosphor wheel.
- the motor rotates the phosphor wheel.
- the case portion houses the phosphor wheel, the circulation fan, and the motor, and a circulation path for the air flow generated by the circulation fan is formed inside.
- the heat absorber has a substantially cylindrical shape, and an air flow formed by a circulation fan is supplied from the center of the substantially cylindrical shape, and an air flow that has absorbed heat generated near the phosphor layer of the phosphor wheel is absorbed. While cooling, it has a fin structure in which a plurality of fins arranged on a substantially cylindrical end face in a plan view are arranged along a radial direction of the substantially cylindrical shape.
- the heat exhauster is thermally connected to the heat absorber and exhausts the heat of the air flow to the outside of the case portion.
- the optical lens is attached to an opening formed in the case portion, and allows excitation light that excites the phosphor of the phosphor layer to pass through and collects emitted light emitted from the phosphor of the phosphor layer. .
- the light conversion device is effective for improving the cooling efficiency of the phosphor layer and improving the conversion efficiency.
- FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a projection display device according to Embodiment 1 of the present disclosure.
- FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of a main part of the light conversion device included in the projection display device of FIG.
- FIG. 3 is an external perspective view of the light conversion device of FIG.
- FIG. 4A is a perspective view showing a configuration of a heat absorber disposed inside the light conversion device of FIG. 2 and a heat exhauster thermally connected to the heat absorber.
- FIG. 4B is a plan view of FIG. 4A.
- FIG. 5 is a cross-sectional view showing an internal configuration of the light conversion device of FIG. 6A is a perspective view showing a guide formed on the inner surface of the case portion of the light conversion device of FIG. 2.
- FIG. 6B is a plan view of FIG. 6A.
- FIG. 7A is a perspective view showing the first surface side of the phosphor wheel of the phosphor wheel device included in the light conversion device of FIG. 2.
- FIG. 7B is a perspective view showing a second surface side of the phosphor wheel of FIG. 7A.
- FIG. 8A is a side view showing the flow direction of the air flow generated by rotating the phosphor wheel shown in FIG. 7A and the like.
- FIG. 8B is a plan view of FIG. 8A.
- FIG. 9 is a side view showing a lens disposed close to the phosphor layer portion of the phosphor wheel shown in FIG. 7A and the like.
- FIG. 9 is a side view showing a lens disposed close to the phosphor layer portion of the phosphor wheel shown in FIG. 7A and the like.
- FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating an internal configuration of a light conversion device according to another embodiment of the present disclosure.
- FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating an internal configuration of a light conversion device according to still another embodiment of the present disclosure.
- FIG. 12A is a perspective view illustrating a light conversion device according to still another embodiment of the present disclosure.
- 12B is a perspective view of the light conversion device in FIG. 12A as viewed from the opposite side.
- FIG. 13 is a side view illustrating an internal configuration of a light conversion device according to still another embodiment of the present disclosure.
- FIG. 14 is a cross-sectional view illustrating an internal configuration of a light conversion device according to still another embodiment of the present disclosure.
- FIG. 15 is a plan view illustrating a configuration of a heat absorber included in a light conversion device according to still another embodiment of the present disclosure.
- a projector (projection display device) 100 is a DLP (Digital) equipped with one spatial light modulation element (for example, DMD (digital mirror device) (display element) 7) that modulates light according to a video signal.
- DLP Digital
- DMD digital mirror device
- Light processing (video processing) type image display device which includes a blue LD (laser diode) (light source) 2a, 2b, various optical components, and a phosphor wheel device 10 that emits fluorescence excited by laser light. 20 is provided.
- the projector 100 employs a three-chip DLP system in which three DMDs 7 corresponding to the R, G, and B three primary colors are mounted, but FIG. 1 shows only one DMD 7 for convenience of explanation. It shall be.
- the projector 100 includes two blue LDs 2a and 2b as light sources, separation mirrors 3a, mirrors 3b and 3c, dichroic mirrors 3d, mirrors 3e, 3f, and 3g, and lenses as optical components. 4a to 4h, a rod integrator 5, a TIR (total reflection) prism 6a, a color prism 6b, a DMD 7, a projection lens 8, and a light conversion device 20.
- TIR total reflection
- the blue LDs 2a and 2b are light sources of the projector 100 and are configured to include a plurality (m ⁇ n) of LDs in the vertical and horizontal directions, and are arranged in directions orthogonal to each other. Thereby, the light emitted from the blue LDs 2a and 2b travels in directions orthogonal to each other.
- the separation mirror 3a is provided near the intersection where the laser beams emitted from the two blue LDs 2a and 2b intersect, and separates the laser beams emitted from the respective blue LDs 2a and 2b in two directions.
- the mirrors 3b and 3c respectively change the traveling direction of the laser light traveling in two directions separated by the separation mirror 3a by 90 degrees.
- the dichroic mirror 3d is configured using a special optical material, and reflects light of a specific wavelength and transmits light of other wavelengths.
- the blue laser light emitted from the blue LDs 2a and 2b is transmitted, and red light and green light converted from the blue laser light are reflected by the phosphor wheel device 10 described later.
- the mirrors 3e, 3f, and 3g guide light of the R, G, and B3 primary colors transmitted or reflected by the dichroic mirror 3d to the projection lens 8 arranged on the most downstream side.
- Lenses 4a to 4g condense or collimate blue laser light emitted from blue LDs 2a and 2b as light sources and red light and green light obtained by converting blue laser light in phosphor wheel device 10.
- the rod integrator 5 makes the illuminance of incident light uniform.
- the light incident on the rod integrator 5 repeats total reflection on the inner peripheral surface of the rod integrator 5 and is emitted as a uniform illuminance distribution on the exit surface.
- the rod integrator 5 is provided at a position where the light reflected by the mirror 3e is incident.
- the TIR (total reflection) prism 6a converts the traveling direction of incident light using total reflection.
- the color prism 6b separates incident light into R, G, and B3 primary colors.
- the light is reflected by three DMDs 7 corresponding to the respective colors arranged on the downstream side.
- Three DMDs 7 are provided so as to correspond to each of R, G, and B3 primary colors.
- the DMD 7 modulates the incident light with the video signal, and emits the modulated light to the projection lens 8 via the color prism 6b.
- the projection lens 8 is disposed on the most downstream side of the optical component mounted on the projector 100, and projects the light incident through the TIR prism 6a, DMD7, and color prism 6b in an enlarged manner on a screen (not shown). .
- the light conversion device 20 is a device that converts blue light emitted from blue LDs 2a and 2b, which will be described later, into red light and green light using a phosphor, and includes a phosphor wheel device 10.
- the configuration of the light conversion device 20 including the phosphor wheel device 10 will be described in detail later.
- the laser beams emitted from the two blue LDs 2a and 2b are distributed in two directions by the separation mirror 3a arranged near the intersection of the two laser beams.
- the first blue laser light passes through the dichroic mirror 3d via the lens 4c, the mirror 3c, and the lens 4d. Thereafter, after passing through the lens 4 e, it is reflected by the mirror 3 e in the direction of 90 degrees and enters the rod integrator 5.
- the second blue laser light passes through the lens 4a, the mirror 3b, and the lens 4b, passes through the dichroic mirror 3d, and is irradiated on the phosphor layer 13a of the phosphor wheel 13 of the phosphor wheel device 10. At this time, the second laser light is converted into red light and green light by exciting the red phosphor and the green phosphor of the phosphor layer 13a, respectively.
- the converted red light and green light are reflected by the dichroic mirror 3d in the direction of 90 degrees and enter the rod integrator 5.
- the laser beams of the R, G, and B3 primary colors are mixed in the rod integrator 5 and enter the boundary layer of the TIR prism 6a via the lens 4f and the mirrors 3f and 3g. Since the TIR prism 6a has a total reflection angle, the R, G, and B3 primary color laser beams are reflected and proceed to the color prism 6b.
- the light separated into R, G, and B3 primary colors is incident on three DMDs 7 respectively.
- the light rays that form an image and are reflected by the DMD 7 are combined by the color prism 6b, pass through the boundary layer of the TIR prism 6a, enter the projection lens 8, and an image is projected onto the projection screen.
- the blue laser light emitted from the blue LDs 2a and 2b serving as the excitation light sources is obtained by using the red phosphor and the green phosphor included in the phosphor layer 13a provided on the surface of the phosphor wheel 13. Excites to produce red and green light. At this time, not all of the energy of the blue laser light is converted into fluorescent light emission, but a part of it is converted into thermal energy, which raises the temperatures of the red phosphor and the green phosphor.
- the phosphor wheel 13 is rotationally driven by the motor 14 to suppress the temperature rise of the phosphor.
- the excitation light also becomes stronger, and simply rotating the phosphor wheel 13 does not provide sufficient cooling performance for the phosphor portion. It is necessary to positively cool the phosphor.
- a circulation fan 13b that sends cooling air to the phosphor layer 13a is provided.
- the light conversion device 20 of the present embodiment includes a phosphor wheel device 10, a heat absorber 21, a heat exhaust device 22, an optical lens 23, and a heat pipe 24 which will be described later.
- the phosphor wheel device 10 is converted into red light and green light by irradiating the phosphor with incident blue laser light in the light conversion device 20.
- the detailed configuration of the phosphor wheel device 10 will be described in detail later.
- the heat absorber 21 is disposed inside the case portion 11 of the phosphor wheel device 10 as shown in FIG.
- the heat absorber 21 has a fin structure through which an air flow formed in the light conversion device 20 passes, and absorbs heat from the air flow including heat generated in the phosphor layer 13a of the phosphor wheel 13. To do.
- the heat absorber 21 is being fixed to the outer cylinder part 11b and bottom part 11d contained in the case part 11 of the fluorescent substance wheel apparatus 10 using a screw
- the heat absorber 21 is thermally connected to the heat exhauster 22 via the heat pipe 24.
- the heat absorber 21 has a plurality of fins 21 a and a fixed wall (wall portion) 21 b.
- the plurality of fins 21a are made of a metal having a high thermal conductivity, and are arranged in a spiral shape in a plan view as shown in FIG. 4B. Thereby, the air flow that has entered the gap between the phosphor wheel 13 and the lid portion 11a through the opening 13c of the phosphor wheel 13 can be guided radially outward.
- the phosphor layer 13a is provided on the surface (first surface) facing the lid portion 11a of the phosphor wheel 13, the phosphor is effectively blown near the phosphor layer 13a. It is possible to efficiently cool the heat generated in. And when an airflow passes between the several fins 21a, the temperature of an airflow can be reduced because the heat contained in an airflow moves to the fin 21a side.
- the fixed wall 21b is a part of the inner peripheral surface of the heat absorber 21 fixedly disposed on the outer peripheral side of the circulation fan 13b, and an air flow generated by the circulation fan 13b when the phosphor wheel 13 rotates is radiated from the rotation center. Limit the flow in the direction.
- the air flow generated by the circulation fan 13b can be efficiently guided to the side where the phosphor layer 13a is formed through the opening 13c of the phosphor wheel 13.
- the heat exhauster 22 is disposed outside the case portion 11 of the phosphor wheel device 10. As shown in FIG. 3 and the like, the heat exhauster 22 is thermally connected to the heat absorber 21 via the heat pipe 24, and the heat of the air flow absorbed in the heat absorber 21 is converted into the case portion 11. Exhaust heat to the outside.
- the heat exhauster 22 has a fin structure including a plurality of fins 22a arranged on the outer peripheral surface.
- the plurality of fins 22a are made of a metal having a high thermal conductivity, and as shown in FIGS. 4A and 4B, a plurality of fins 22a are arranged along the direction orthogonal to the longitudinal direction of the heat pipe 24. Exhaust heat from outside air.
- the optical lens 23 is attached to an opening formed in the lid portion 11a of the case portion 11 via an optical lens holding component 23a. As shown in FIG. 1, the optical lens 23 passes excitation light that excites the phosphor of the phosphor layer 13a of the phosphor wheel 13, and emits light emitted from the phosphor of the phosphor layer 13a. The light is condensed and guided toward the dichroic mirror 3d.
- the heat pipe 24 thermally connects the heat absorber 21 and the heat exhauster 22 as shown in FIGS. 4A and 4B.
- a hollow space is formed inside the heat pipe 24.
- a small amount of water is sealed in the hollow space, and when heat is received on the heat absorber 21 side, it is vaporized and moves to the heat exhauster 22 side as water vapor.
- the steam that has moved to the heat exhauster 22 side is cooled and liquefied in the heat exhauster 22 to become water.
- the water moves in the hollow space by a capillary phenomenon and moves again to the heat absorber 21 side.
- the phosphor wheel device 10 of the present embodiment is a device for converting blue light (excitation light) emitted from the blue LDs 2a and 2b into red light and green light. As shown in FIG. 11, a phosphor wheel 13, a motor 14, and a pressure fan 15 are provided.
- the case portion 11 forms a sealed space for accommodating the phosphor wheel 13, the circulation fan 13 b, the motor 14, the heat absorber 21, and the like in a cylindrical internal space (see FIG. 3). And the case part 11 forms the circulation path of the airflow produced by the circulation fan 13b inside. Further, as shown in FIG. 5, the case portion 11 is arranged in a substantially concentric double manner so that both ends in the axis X direction communicate with each other, and an air flow circulation path is formed therebetween. And it has the inner cylinder part 11c.
- At least a part of the portion of the case portion 11 that is in contact with the outside air is made of metal. Therefore, even when the inside of the case part 11 is warmed by the heat which generate
- case part 11 formed with a metal it is preferable that it is the cover part 11a by the side of the fluorescent substance wheel 13, for example.
- the lid portion 11 a disposed in the vicinity of the phosphor layer 13 a of the phosphor wheel 13 absorbs the heat generated by the heat generated in the phosphor portion of the phosphor layer 13 a. Pass the neighborhood before entering the vessel 21.
- the heat of the lid portion 11a can be effectively released to the outside.
- the heat of the airflow can be released to the outside more effectively than the other members (the outer cylinder part 11b, the inner cylinder part 11c, and the bottom part 11d) constituting the case part 11.
- the lid portion 11 a is a substantially square plate-like member, and is attached so as to cover the surface of the phosphor wheel 13 on the phosphor layer 13 a side in the case portion 11. Moreover, the opening part 11aa (refer FIG. 2) in which the optical lens 23 mentioned above is loaded is formed in the cover part 11a.
- the opening 11aa is a through-hole formed at a position facing the phosphor layer 13a of the phosphor wheel 13 in the lid 11a, and the blue laser light and the excitation light (red, red) via the optical lens holding component 23a.
- An optical lens 23 through which green) passes is attached.
- the spiral guide 11ab is provided as an unevenness formed on the surface of the lid 11a facing the phosphor layer 13a of the phosphor wheel 13.
- the unevenness of the spiral guide 11ab has a spiral shape formed coaxially with the center of rotation of the phosphor wheel 13, as shown in FIG. 6B.
- the air flow generated by the circulation fan 13b attached to the second surface of the phosphor wheel 13 can be guided to the outside in the radial direction and efficiently blown near the phosphor layer 13a of the phosphor wheel 13. it can.
- the outer cylinder part 11b is a substantially cylindrical member which forms the side surface of the case part 11, as shown in FIG. 3 and FIG. 6A. And as for the outer cylinder part 11b, the open part is provided in the side by which the heat absorber 21 accommodated in the inside of the case part 11 is connected with the heat exhauster 22 provided in the exterior of the case part 11. As shown in FIG. The open part is closed by a lid, and the inside of the case part 11 is sealed.
- the inner cylinder portion 11c is a cylindrical member arranged concentrically with the outer cylinder portion 11b, and is arranged on the inner peripheral side of the outer cylinder portion 11b. And the inner cylinder part 11c is arrange
- the inner cylinder portion 11c is formed to have a smaller dimension in the axis X direction than the outer cylinder portion 11b.
- the air flow generated by the circulation fan 13b along with the rotation of the phosphor wheel 13 passes through the communicating portion on the phosphor wheel 13 side from the inner peripheral side of the inner cylinder portion 11c, and is caused by the spiral guide 11ab of the lid portion 11a.
- the light is guided to the outside in the radial direction while passing through the vicinity of the phosphor layer 13a of the phosphor wheel 13.
- the air flow passes through the heat absorber 21 and is cooled while moving downward in the direction of the axis X.
- the air flow cooled by passing through the heat absorber 21 is returned again to the inner peripheral surface side of the inner cylinder portion 11c from the communicating portion on the opposite side to the phosphor wheel 13.
- the bottom portion 11 d is attached so as to cover the surface on the opposite side in the axis X direction with respect to the lid portion 11 a in the case portion 11.
- the airflow raising guide 11 e is a guide member for reversing and raising the air flow that has passed through the heat absorber 21 and is cooled, and is formed on the surface of the bottom 11 d on the inner space side of the case portion 11. Is provided.
- the airflow raising guide 11e has a substantially conical shape centered on the axis X, and raises the airflow flowing from the outer peripheral side to the inner peripheral side by the wind force of the circulation fan 13b and the pressure fan 15. To guide.
- the phosphor wheel 13 is a disk-shaped rotating member that is rotationally driven by a motor 14, and includes a phosphor layer 13a, a circulation fan 13b, and an opening 13c.
- the phosphor layer 13 a is formed by applying a phosphor in a ring shape on the surface facing the optical lens 23.
- the phosphor layer 13a converts the blue laser light emitted from the blue LDs 2a and 2b into red light and green light.
- the circulation fan 13 b forms an air flow for discharging heat generated when the phosphor of the phosphor layer 13 a of the phosphor wheel 13 is excited in the case portion 11. And the circulation fan 13b is provided in the 2nd surface on the opposite side to the 1st surface in which the fluorescent substance layer 13a in the fluorescent substance wheel 13 was formed, as shown to FIG. 7B.
- an opening 13c is formed at a position corresponding to the circulation fan 13b in the phosphor wheel 13. For this reason, the airflow produced by the circulation fan 13b is sent to the phosphor layer 13a side of the phosphor wheel 13 through the opening 13c.
- the air flow generated by the circulation fan 13b is heated in the vicinity of the phosphor layer 13a of the phosphor wheel 13 in the sealed space formed in the case portion 11, and then the outer cylinder portion 11b and the inner cylinder portion 11c. It passes through the heat absorber 21 arranged in the space between.
- the heated air is cooled by exchanging heat with a small amount of water in the heat pipe 24 connected to the heat absorber 21. Thereafter, the cooled air moves on the inner peripheral side of the inner cylinder portion 11c, and is sent toward the phosphor layer 13a side of the phosphor wheel 13 through the opening 13c.
- the phosphor of the phosphor layer 13a of the phosphor wheel 13 can be effectively cooled.
- a plurality of openings 13 c are provided on the inner peripheral side of the annular phosphor layer 13 a provided on the first surface of the phosphor wheel 13.
- the openings 13c have a substantially sector shape, and a plurality of openings 13c are arranged along the circumferential direction around the axis X.
- the opening 13c is provided at a position corresponding to the position where the circulation fan 13b is attached.
- the air flow generated by the circulation fan 13b passes through the opening 13c and is guided to the first surface side where the phosphor layer 13a is formed. Move outward in the direction.
- the motor 14 is connected to the rotating shaft of the phosphor wheel 13, and rotationally drives the phosphor wheel 13 and the circulation fan 13b. And the motor 14 is arrange
- the motor 14 can be effectively cooled by the cooling air.
- the pressurizing fan 15 is disposed in the circulation path of the air flow formed in the case portion 11, and blows air along the direction of the air flow in the circulation path. That is, as shown in FIG. 5, the pressurizing fan 15 is disposed so as to blow along the direction in which the air flow generated by the circulation fan 13 b flows.
- the pressurizing fan 15 is disposed in the case portion 11 at a position between the phosphor wheel 13 and the airflow raising guide 11e.
- the cooling effect can be further enhanced by increasing the flow velocity of the air flow in the vicinity of the phosphor layer 13a of the phosphor wheel 13 where heat is generated in the case portion 11 and in the vicinity of the motor 14, and the like.
- the circulation fan 13 b provided on the second surface side of the phosphor wheel 13 mounted on the phosphor wheel device 10 is integrated with the rotation of the phosphor wheel 13. By rotating in a state, an air flow is generated in the case portion 11.
- the air flow generated by the circulation fan 13 b is formed upward in the drawing and passes through the opening 13 c of the phosphor wheel 13.
- the air flow formed by the circulation fan 13b has a flow that moves radially outward due to centrifugal force or the like, but the diameter of the air flow is fixed by the fixed wall 21b of the heat absorber 21 that is disposed close to the radially outer side of the circulation fan 13b. Flow to the outside in the direction is suppressed. Thereby, the flow of the air to the radial direction outer side of the circulation fan 13b can be suppressed, and an air flow can be efficiently guide
- the airflow that has passed through the opening 13c of the phosphor wheel 13 is moved outward in the radial direction around the rotation axis by the spiral guide 11ab formed on the inner surface of the lid portion 11a of the case portion 11 and centrifugal force. Sent.
- the air flow moving along the phosphor layer 13a of the phosphor wheel 13 is heated by the heat of the phosphor when passing near the surface of the phosphor layer 13a.
- the air flow heated by the phosphor moves downward in FIG. 5 by the inner surface of the lid 11a and passes through the gaps of the fins 21a of the heat absorber 21.
- the heat absorber 21 absorbs heat from the heated air flow and cools it.
- the air flow cooled in the heat absorber 21 moves along the surface of the bottom portion 11d from the lower end portion in the axis X direction of the heat absorber 21, and is guided to the phosphor wheel 13 side by the air flow raising guide 11e. .
- the air flow whose flow velocity has been increased by the pressure fan 15 flows in the vicinity of the motor 14 to cool the motor 14, and then moves again to the circulation fan 13b.
- the heat generated by the phosphor of the phosphor layer 13a of the phosphor wheel 13 can be effectively cooled by the air flow generated by the circulation fan 13b.
- a fan is generally provided at a position where air is blown directly from the front surface of the phosphor layer 13a.
- a space for providing the optical lens 23 disposed close to the phosphor layer 13a of the phosphor wheel 13 cannot be secured due to the arrangement of the fans, or the apparatus is There is a risk of increasing the size.
- the circulation fan 13 b for forming an air flow for cooling the phosphor layer 13 a of the phosphor wheel 13 is provided.
- the phosphor wheel 13 is provided on the surface opposite to the phosphor layer 13a.
- an opening 13c is provided at a position corresponding to the circulation fan 13b of the phosphor wheel 13.
- a space for providing the optical lens 23 is secured on the phosphor layer 13a side of the phosphor wheel 13, and the phosphor is provided by the circulation fan 13b provided on the second surface opposite to the phosphor layer 13a.
- An air flow passing near the layer 13a can also be formed.
- the circulation fan 13b and the optical lens 23 can coexist and the heat generated in the phosphor of the phosphor layer 13a can be effectively cooled without increasing the size of the apparatus.
- a phosphor wheel device 110 and a light conversion device 120 that do not have a pressure fan in the case portion 11 may be used.
- air including heat generated in the phosphor layer 13a is cooled in the heat absorber 21 by the air flow generated by the circulation fan 13b provided on the surface of the phosphor wheel 13 opposite to the phosphor layer 13a. do it.
- the wind force generated by the circulation fan 13b may be weak.
- a phosphor wheel device 210 and a light conversion device 220 that do not have the airflow raising guide 11e may be used.
- a pressure fan 15 that blows air in the same direction as the air flow generated by the circulation fan 13b may be provided as in the above embodiment.
- the outer wall fin 311a is provided on the outer surface of the case portion 311 containing the phosphor wheel device 310 and the light conversion device 320, and heat generated in the phosphor layer of the phosphor wheel is generated. The heat may be radiated through the outer wall fins 311a.
- the heat dissipation function from the outer wall fins 311 a of the case portion 311 can also be provided, so that heat generated in the phosphor layer portion can be more efficiently transmitted to the outside. Can be discharged.
- a phosphor wheel device 410 having an annular rotating wall 413a on the surface of the phosphor wheel 413 on the side where the circulation fan 13b is provided, instead of the fixed wall 21b. Also good.
- the rotating wall 413a that rotates together with the phosphor wheel 413 can suppress the air flow generated by the circulation fan 13b from flowing outward in the radial direction. Can be efficiently led to the phosphor layer 13a side through the opening 13c.
- a light conversion device 520 having a configuration in which a heat absorber 521 and a heat exhauster 522 are directly connected and does not have a heat pipe may be used.
- the heat absorber 521 and the heat exhauster 522 are thermally connected through the partition wall of the case portion 11, the heat generated in the phosphor layer 13a of the phosphor wheel 13 is transferred to the circulation fan 13b.
- the heat absorber 521 and the heat exhauster 522 can be discharged outside while circulating in the case portion 11.
- a heat absorber 121 having a fin structure constituted by a plurality of fins 121a arranged radially may be used.
- the phosphor wheel device and the light conversion device of the present disclosure may be mounted on a one-chip DLP projector combining one DMD and a color wheel.
- the phosphor wheel device and the light conversion device of the present disclosure may be mounted on a liquid crystal projector using an LCD (Liquid Crystal Display) or LCOS (Liquid Crystal on Silicon).
- LCD Liquid Crystal Display
- LCOS Liquid Crystal on Silicon
- the projector 100 has been described as an example of the projection display device according to the present disclosure.
- the present disclosure is not limited to this.
- the configuration of the present disclosure may be applied to other projection display devices such as a rear projection television.
- a radial guide formed by a plurality of projections and depressions arranged radially instead of a spiral may be provided.
- the cooling air can be sent to the vicinity of the phosphor layer of the phosphor wheel by guiding the air flow formed by the circulation fan radially outward.
- the light conversion device of the present disclosure has an effect that the degree of freedom of arrangement of a light source optical system such as a lens can be ensured while efficiently improving the conversion efficiency by efficiently cooling the heat generated in the phosphor portion. Therefore, it can be widely applied as a light conversion device mounted on a projection display device or the like.
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Abstract
光変換装置(20)は、円板状の蛍光体ホイール、循環ファン、モータ、ケース部、吸熱器(21)、排熱器(22)、光学レンズを備えている。蛍光体ホイールは、円環状の蛍光体層が第1の面に形成されている。循環ファンは、蛍光体ホイールの蛍光体層側に送風する。モータは、蛍光体ホイールを回転駆動させる。循環ファンによって生じる空気流の循環経路が内部に形成される。吸熱器(21)は、略円筒形状の中心から循環ファンによって形成された空気流が供給され、蛍光体ホイールの蛍光体層の付近に生じた熱を吸収した空気流を冷却するとともに、平面視において略円筒形状の端部に配置された複数のフィンが略円筒形状の径方向外側に沿って配置されている。
Description
本開示は、光変換装置およびこれを備えた投射型表示装置に関する。
投射表示装置には、光源としてレーザダイオードを用い、これから発せられる光で蛍光体を励起し、蛍光体から蛍光発光した光を利用しているものが知られている。しかし、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、塵埃が励起光に付着すると蛍光体表面に焼きつき効率が低下するおそれがある。
このため、以下の特許文献1のように、蛍光体を密閉空間に配置して防塵し、同時に冷却ファンも同じ空間に内包して冷却するのが一般的である。
このとき、一般的な冷却ファンの他に、以下の特許文献2にように、円板基材と同軸で共通の動力源を用いたものも知られている。
しかしながら、投射表示装置の高輝度化とともに、励起光も大きくなり、冷却性能が不足してきている。また、密閉空間内にモータを配置することによってモータ温度が上昇し、本来の性能を発揮できない問題も生じてくる。
このため、以下の特許文献3のように、モータ部分を密閉空間外部に露出させる方法も取られている。
しかしながら、従来の光変換装置では、以下に示すような問題点を有している。すなわち、上記公報に開示された光変換装置では、蛍光体を励起させるための光学レンズを蛍光体層に近接配置すると、蛍光体層付近に十分に送風することができず、蛍光体において発生する熱を十分に冷却できないおそれがある。
本開示に係る光変換装置は、円板状の蛍光体ホイールと、循環ファンと、モータと、ケース部と、吸熱器と、排熱器と、光学レンズと、を備えている。蛍光体ホイールは、円環状の蛍光体層が第1の面に形成されている。循環ファンは、蛍光体ホイールの蛍光体層に送風する。モータは、蛍光体ホイールを回転駆動させる。ケース部は、蛍光体ホイール、循環ファン、およびモータを収納するとともに、循環ファンによって生じる空気流の循環経路が内部に形成される。吸熱器は、略円筒形状を有しており、略円筒形状の中心から循環ファンによって形成された空気流が供給され、蛍光体ホイールの蛍光体層の付近に生じた熱を吸収した空気流を冷却するとともに、平面視において略円筒形状の端面に配置された複数のフィンが略円筒形状の径方向に沿って配置されたフィン構造を有する。排熱器は、吸熱器と熱的に接続されており、空気流の熱をケース部の外へ排熱する。光学レンズは、ケース部に形成された開口部分に取り付けられており、蛍光体層の蛍光体を励起させる励起光を通過させるとともに、蛍光体層の蛍光体から発せられた発光光を集光する。
本開示に係る光変換装置は、蛍光体層に対する冷却効率を向上させ、変換効率の向上を図るのに有効である。
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。
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。
(実施形態1)
本開示の一実施形態に係る蛍光体ホイール装置、およびこれを備えた光変換装置、投射型表示装置について、図1~図9を用いて説明すれば以下の通りである。
本開示の一実施形態に係る蛍光体ホイール装置、およびこれを備えた光変換装置、投射型表示装置について、図1~図9を用いて説明すれば以下の通りである。
(プロジェクタ100)
本実施形態のプロジェクタ(投射型表示装置)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)(表示素子)7)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)(光源)2a,2b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。
本実施形態のプロジェクタ(投射型表示装置)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)(表示素子)7)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)(光源)2a,2b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。
なお、本実施形態のプロジェクタ100は、R・G・B3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だけを示しているものとする。
本実施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。
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。
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。
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。
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・B3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。
レンズ4a~4g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。
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。
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。
カラープリズム6bは、入射してきた光を、R・G・B3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。
DMD7は、R・G・B3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を介して投射レンズ8に対して出射する。
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。
光変換装置20は、後述する青色LD2a、2bから照射された青色光を、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。
<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。
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。
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。
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13aに照射される。このとき、第2のレーザ光は、蛍光体層13a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。
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。
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。
R・G・B3原色のレーザ光は、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・B3原色のレーザ光は反射されてカラープリズム6bへ進む。
カラープリズム6bでは、R・G・B3原色に分離された光が、それぞれ3個のDMD7に入射する。
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。
本実施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13a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。
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上に固定するための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。
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の光も強くなり、蛍光体ホイール13を回転させるだけでは、蛍光体の部分の冷却性能が十分ではないため、蛍光体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。
このため、本実施形態では、図5に示すように、蛍光体ホイール13の第1の面側に蛍光体層13aを設けるとともに、第1の面とは反対側の第2の面側に、蛍光体層13aに対して冷却風を送る循環ファン13bを設けている。
なお、蛍光体ホイール装置10およびこれを備えた光変換装置20の構成については、後段にて詳述する。
(光変換装置20の構成)
本実施形態の光変換装置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。
本実施形態の光変換装置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。
蛍光体ホイール装置10は、光変換装置20において、入射してき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。
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13a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に示すように、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、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。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、固定壁(壁部)21bを有している。
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、平面視において渦巻状に配置されている。これにより、蛍光体ホイール13の開口13cを介して蛍光体ホイール13と蓋部11aとの間の隙間へ進入して来た空気流を、径方向外側へ誘導することができる。
このとき、蛍光体ホイール13の蓋部11aとの対向面(第1の面)には、蛍光体層13aが設けられているため、蛍光体層13a付近に効果的に送風することで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。そして、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。
固定壁21bは、循環ファン13bの外周側に固定配置された吸熱器21の内周面の一部であって、蛍光体ホイール13の回転時に循環ファン13bによって生じた空気流が回転中心から放射方向に流れることを制限する。
これにより、循環ファン13bによって生じた空気流を、効率よく蛍光体ホイール13の開口13cを通して、蛍光体層13aが形成された側へと誘導することができる。
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。
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。
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13a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13aの蛍光体から発せられた発光光を集光して、ダイクロイックミラー3dの方向へ導く。
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。
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。
(蛍光体ホイール装置10の構成)
本実施形態の蛍光体ホイール装置10は、青色LD2a,2bから出射された青色光(励起光)を赤色光、緑色光に変換するための装置であって、図2に示すように、ケース部11、蛍光体ホイール13、モータ14、加圧ファン15を備えている。
本実施形態の蛍光体ホイール装置10は、青色LD2a,2bから出射された青色光(励起光)を赤色光、緑色光に変換するための装置であって、図2に示すように、ケース部11、蛍光体ホイール13、モータ14、加圧ファン15を備えている。
ケース部11は、図2に示すように、蛍光体ホイール13、循環ファン13b、モータ14、および吸熱器21等を収納する密閉空間を、円筒形状(図3参照)の内部空間に形成する。そして、ケース部11は、循環ファン13bによって生じる空気流の循環経路が内部に形成される。また、ケース部11は、図5に示すように、略同心円状に2重に配置され、軸X方向における両端同士が連通するとともに、その間に空気流の循環経路が形成される外筒部11bおよび内筒部11cを有している。
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13a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、ケース部11が熱伝導率の高い金属によって形成されているため、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の一部としては、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。
すなわち、蛍光体ホイール13の蛍光体層13aに近接配置された蓋部11aは、図5に示すように、蛍光体層13aの蛍光体の部分において発生した熱が伝達された空気流が、吸熱器21に入る前に近傍を通過する。
これにより、蛍光体ホイール13の蛍光体層13a付近を通過して加熱し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。
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、ケース部11における蛍光体ホイール13の蛍光体層13a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、上述した光学レンズ23が装填される開口部11aa(図2参照)が形成されている。
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13aに対向する位置に形成された貫通穴であって、光学レンズ保持部品23aを介して、青色レーザ光および励起光(赤色、緑色)が通過する光学レンズ23が取り付けられる。
渦巻きガイド11abは、図5に示すように、蓋部11aにおける蛍光体ホイール13の蛍光体層13aに対向する面に形成された凹凸として設けられている。
渦巻きガイド11abの凹凸は、図6Bに示すように、蛍光体ホイール13の回転中心と同軸状に形成された渦巻形状を有している。
これにより、蛍光体ホイール13の第2の面に取り付けられた循環ファン13bによって生じた空気流を、径方向外側へ誘導して効率よく蛍光体ホイール13の蛍光体層13a付近に送風することができる。
外筒部11bは、図3および図6A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。そして、外筒部11bは、ケース部11の内部に収納される吸熱器21がケース部11の外部に設けられる排熱器22と接続される側に、開放部分が設けられている。開放部分は、蓋によって閉じられて、ケース部11内が密閉される。
内筒部11cは、図5に示すように、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。そして、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、図5に示すように、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、図5に示す断面視において、外筒部11bと内筒部11cとの間には、軸X方向における両端において連通した状態が形成される。
よって、蛍光体ホイール13の回転に伴って循環ファン13b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側の連通部分を通過して蓋部11aの渦巻きガイド11abによって、蛍光体ホイール13の蛍光体層13aの付近を通過しながら径方向外側へ導かれる。そして、空気流は、図5に示すように、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から再び内筒部11cの内周面側へ戻される。
底部11dは、図5に示すように、ケース部11における蓋部11aに対して軸X方向における反対側の面を覆うように取り付けられている。
気流上昇ガイド11eは、図5に示すように、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におけるケース部11の内部空間側の面に設けられている。そして、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、外周側から内周側へ流れてきた空気流を、循環ファン13bおよび加圧ファン15の風力によって上昇させるように導く。
蛍光体ホイール13は、図7Aおよび図7Bに示すように、モータ14によって回転駆動される円板状の回転部材であって、蛍光体層13a、循環ファン13b、開口13cを備えている。
蛍光体層13aは、光学レンズ23に対向する面に、円環状に蛍光体が塗布されて形成されている。そして、蛍光体層13aは、青色LD2a,2bから出射された青色レーザ光を、赤色光と緑色光とに変換する。
これにより、蛍光体ホイール13から、赤色光と緑色光とを出射させることができる。
循環ファン13bは、図5に示すように、ケース部11内において、蛍光体ホイール13の蛍光体層13aの蛍光体を励起させた際に生じる熱を排出するための空気流を形成する。そして、循環ファン13bは、図7Bに示すように、蛍光体ホイール13における蛍光体層13aが形成された第1の面とは反対側の第2の面に設けられている。
ここで、蛍光体ホイール13が回転駆動されると、蛍光体ホイール13と一体化した循環ファン13bによって、図8Aに示すように、軸方向上向きに空気流が発生する。
本実施形態では、蛍光体ホイール13における循環ファン13bに対応する位置に、開口13cが形成されている。このため、循環ファン13bによって生じた空気流は、開口13cを介して蛍光体ホイール13の蛍光体層13a側へ送られる。
また、循環ファン13bによって生じた空気流は、ケース部11内に形成される密閉空間において、蛍光体ホイール13の蛍光体層13a付近で加熱された後、外筒部11bと内筒部11cとの間の空間に配置された吸熱器21を通過する。
このとき、加熱された空気が吸熱器21に接続されたヒートパイプ24内の少量の水との間で熱交換を行って冷却される。その後、冷却された空気が、内筒部11cの内周側において移動し、開口13cを介して、蛍光体ホイール13の蛍光体層13a側に向けて送出される。
これにより、蛍光体ホイール13の蛍光体層13aの蛍光体を、効果的に冷却することができる。
開口13cは、図7Aに示すように、蛍光体ホイール13の第1の面に設けられた円環状の蛍光体層13aの内周側に複数設けられている。そして、開口13cは、略扇形形状を有しており、軸Xを中心に周方向に沿って複数配置されている。開口13cは、上述した循環ファン13bが取り付けられた位置に対応する位置にそれぞれ設けられている。
これにより、循環ファン13bによって生じた空気流は、図7Bに示すように、開口13cを通過して、蛍光体層13aが形成された第1の面側へと導かれるとともに、遠心力によって周方向外側へ移動する。
モータ14は、図9に示すように、蛍光体ホイール13の回転軸と接続されており、蛍光体ホイール13および循環ファン13bを回転駆動させる。そして、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。
これにより、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。
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。すなわち、加圧ファン15は、図5に示すように、循環ファン13bによって生成される空気流の流れる方向に沿って、送風するように配置されている。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。
これにより、循環ファン13bによって生成される空気流の循環経路において、最も下流側に加圧ファン15を配置することで、循環ファン13bによって生成された空気流が最も弱くなる最下流側の位置において空気流を強めることができる。
この結果、ケース部11内において熱が発生する蛍光体ホイール13の蛍光体層13aの付近、モータ14の付近等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。
<循環ファン13bによって生じた空気流の循環>
本実施形態では、上述したように、蛍光体ホイール装置10に搭載された蛍光体ホイール13の第2の面側に設けられた循環ファン13bが、蛍光体ホイール13の回転に伴って一体化した状態で回転することで、ケース部11内において空気流を生じさせる。
本実施形態では、上述したように、蛍光体ホイール装置10に搭載された蛍光体ホイール13の第2の面側に設けられた循環ファン13bが、蛍光体ホイール13の回転に伴って一体化した状態で回転することで、ケース部11内において空気流を生じさせる。
すなわち、循環ファン13bによって生じた空気流は、図5に示すように、図中上向きに形成され、蛍光体ホイール13の開口13cを通過する。
なお、循環ファン13bによって形成された空気流は、遠心力等によって径方向外側へ移動する流れを持つが、循環ファン13bの径方向外側に近接配置された吸熱器21の固定壁21bによって、径方向外側への流れが抑制される。これにより、循環ファン13bの径方向外側への空気の流れを抑制して、空気流を効率よく開口13cへと導くことができる。
次に、蛍光体ホイール13の開口13cを通過した空気流は、ケース部11の蓋部11aの内側の面に形成された渦巻きガイド11abと遠心力によって、回転軸を中心とする径方向外側へと送られる。
このとき、蛍光体ホイール13の蛍光体層13aに沿って移動する空気流は、蛍光体層13aの表面付近を通過する際に、蛍光体の熱によって加熱される。
次に、蛍光体によって加熱された空気流は、蓋部11aの内側の面によって、図5中の下向きに移動して、吸熱器21のフィン21aの隙間を通過する。
このとき、吸熱器21では、加熱された空気流から熱を吸収して冷却する。
次に、吸熱器21において冷却された空気流は、吸熱器21の軸X方向における下端部から底部11dの面に沿って移動し、気流上昇ガイド11eによって蛍光体ホイール13側へと誘導される。
このとき、図5に示すように、気流上昇ガイド11eによって上昇した空気流は、加圧ファン15によって流速を上げて移動する。
次に、加圧ファン15によって流速が上がった空気流は、モータ14の付近を流れてモータ14を冷却した後、再び、循環ファン13bへと移動する。
これにより、循環ファン13bによって生じた空気流によって、蛍光体ホイール13の蛍光体層13aの蛍光体が発生させる熱を効果的に冷却することができる。
ここで、蛍光体ホイール13の蛍光体層13aにおいて発生する熱を効果的に冷却するためには、蛍光体層13aの正面から直接的に送風する位置にファンを設けるのが一般的である。しかし、このような構成では、ファンの配置によって、図9に示すように、蛍光体ホイール13の蛍光体層13aに対して近接配置される光学レンズ23を設けるスペースが確保できなくなる、あるいは装置が大型化してしまうおそれがある。
本実施形態の蛍光体ホイール装置10およびこれを備えた光変換装置20では、上述したように、蛍光体ホイール13の蛍光体層13aを冷却するための空気流を形成するための循環ファン13bを、蛍光体ホイール13における蛍光体層13aとは反対側の面に設けている。さらに、本実施形態では、循環ファン13bによって生じる空気流を、蛍光体層13a側に導くために、蛍光体ホイール13の循環ファン13bに対応する位置に開口13cを設けている。
これにより、蛍光体ホイール13の蛍光体層13a側には光学レンズ23を設けるスペースを確保するとともに、蛍光体層13aとは反対側の第2の面に設けられた循環ファン13bによって、蛍光体層13a付近を通過する空気流も形成することができる。
この結果、装置の大型化を招くことなく、循環ファン13bと光学レンズ23とを共存させるとともに、蛍光体層13aの蛍光体において生じる熱を効果的に冷却することができる。
[他の実施形態]
以上、本開示の一実施形態について説明したが、本開示は上記実施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。
以上、本開示の一実施形態について説明したが、本開示は上記実施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。
(A)
上記実施形態では、循環ファン13bによって生じる空気流をケース部11内において効率よく循環させるために、図5等に示すように、蛍光体ホイール13の下部空間に、加圧ファン15を設け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。
上記実施形態では、循環ファン13bによって生じる空気流をケース部11内において効率よく循環させるために、図5等に示すように、蛍光体ホイール13の下部空間に、加圧ファン15を設け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、図10に示すように、ケース部11内に加圧ファンを持たない蛍光体ホイール装置110、光変換装置120であってもよい。
この場合には、蛍光体ホイール13の蛍光体層13aとは反対側の面に設けられた循環ファン13bによって生じる空気流によって、蛍光体層13aにおいて発生した熱を含む空気を吸熱器21において冷却すればよい。
ただし、吸熱器21内を通過する空気流を効率よく循環させるためには、循環ファン13bによって生じる風力だけでは弱い場合がある。このため、例えば、圧力損失が大きいフィン構造を有する吸熱器の場合には、上記実施形態のように、循環ファン13bによって生じる空気流と同じ方向に送風する加圧ファン15を設けることがより好ましい。
(B)
上記実施形態では、図5等に示すように、ケース部11内における蛍光体ホイール13の下部空間であって底部11dの上面に、空気流を上昇させるための気流上昇ガイド11eを設け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。
上記実施形態では、図5等に示すように、ケース部11内における蛍光体ホイール13の下部空間であって底部11dの上面に、空気流を上昇させるための気流上昇ガイド11eを設け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、図11に示すように、気流上昇ガイド11eを持たない蛍光体ホイール装置210、光変換装置220であってもよい。
この場合には、吸熱器21を通過した空気流を上昇させるための力が、循環ファン13bによる風力だけに依存する構成となるため、十分に空気流を循環させることが困難になるおそれがある。
このため、上記実施形態のように、循環ファン13bによって生じる空気流と同じ方向に送風する加圧ファン15を設けてもよい。これにより、気流上昇ガイドを持たない構成であっても、ケース部11内において空気流を十分に循環させることができる。
(C)
上記実施形態では、図2等に示すように、蛍光体ホイール13の蛍光体層13aにおいて生じた熱を、空気を媒体として吸熱器21において吸熱した後、吸熱器21とヒートパイプ24を介して熱的に接続された排熱器22から外部へ排出する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。
上記実施形態では、図2等に示すように、蛍光体ホイール13の蛍光体層13aにおいて生じた熱を、空気を媒体として吸熱器21において吸熱した後、吸熱器21とヒートパイプ24を介して熱的に接続された排熱器22から外部へ排出する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、図12Aおよび図12Bに示すように、蛍光体ホイール装置310および光変換装置320を内包するケース部311の外面に、外壁フィン311aを設けて、蛍光体ホイールの蛍光体層において生じる熱を、外壁フィン311aを介して放熱してもよい。
この構成では、排熱器22における排熱機能に加えて、ケース部311の外壁フィン311aからの放熱機能も備えることができるため、さらに効率よく、蛍光体層の部分で生じる熱を外部へと排出することができる。
(D)
上記実施形態では、図5等に示すように、蛍光体ホイール13に設けられた循環ファン13bによって生じる空気流が、径方向外側へ送られることを抑制するために、吸熱器21の内周面を固定壁21bとして用い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。
上記実施形態では、図5等に示すように、蛍光体ホイール13に設けられた循環ファン13bによって生じる空気流が、径方向外側へ送られることを抑制するために、吸熱器21の内周面を固定壁21bとして用い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、図13に示すように、固定壁21bの代わりに、蛍光体ホイール413における循環ファン13bが設けられた側の面に、円環状の回転壁413aを設けた蛍光体ホイール装置410であってもよい。
この蛍光体ホイール装置410では、蛍光体ホイール413とともに一体化した状態で回転する回転壁413aによって、循環ファン13bによって生じる空気流が径方向外側へと流れることを抑制することができるため、空気流を効率よく、開口13cを介して蛍光体層13a側へと導くことができる。
(E)
上記実施形態では、蛍光体ホイール13の蛍光体層13aにおいて生じた熱を、ヒートパイプ24を介して熱的に接続された吸熱器21と排熱器22とによって外部へ排出する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。
上記実施形態では、蛍光体ホイール13の蛍光体層13aにおいて生じた熱を、ヒートパイプ24を介して熱的に接続された吸熱器21と排熱器22とによって外部へ排出する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、図14に示すように、吸熱器521と排熱器522とが直接接続されており、ヒートパイプを持たない構成の光変換装置520であってもよい。
この場合でも、吸熱器521と排熱器522とが、ケース部11の隔壁を貫いて熱的に接続されているため、蛍光体ホイール13の蛍光体層13aにおいて生じた熱を、循環ファン13bによってケース部11内を循環させながら吸熱器521および排熱器522において外部へ排出することができる。
(F)
上記実施形態では、図4Bに示すように、吸熱器21が渦巻状に配置された複数のフィン21aによって構成されるフィン構造を備えている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。
上記実施形態では、図4Bに示すように、吸熱器21が渦巻状に配置された複数のフィン21aによって構成されるフィン構造を備えている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、図15に示すように、放射状に配置された複数のフィン121aによって構成されるフィン構造を備えた吸熱器121を用いてもよい。
この場合でも、蛍光体ホイール13に取り付けられた循環ファン13bによって生じる空気流を吸熱器121のフィン構造内を通過させて、効率よく冷却することができる。
(G)
上記実施形態では、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装置10および光変換装置20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。
上記実施形態では、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装置10および光変換装置20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装置、光変換装置を搭載してもよい。
(H)
上記実施形態では、DLP方式のプロジェクタ100に、本開示の蛍光体ホイール装置10および光変換装置20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。
上記実施形態では、DLP方式のプロジェクタ100に、本開示の蛍光体ホイール装置10および光変換装置20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装置、光変換装置を搭載してもよい。
(I)
上記実施形態では、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。
上記実施形態では、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。
(J)
上記実施形態では、ケース部11を構成する蓋部11aの内側の面における吸熱器21に対向する位置に、図6Bに示すように、循環ファン13bによって形成された空気流を径方向外側へ誘導する渦巻きガイド11abが形成され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。
上記実施形態では、ケース部11を構成する蓋部11aの内側の面における吸熱器21に対向する位置に、図6Bに示すように、循環ファン13bによって形成された空気流を径方向外側へ誘導する渦巻きガイド11abが形成され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、循環ファン13bによって形成された空気流を径方向外側へ誘導するガイド部として、渦巻き状ではなく、放射状に配置された複数の凹凸によって形成された放射状ガイドを設けてもよい。
この場合でも、上記実施形態と同様に、循環ファンによって形成された空気流を、径方向外側へ誘導することで、蛍光体ホイールの蛍光体層付近に冷却風を送り込むことができる。
本開示の光変換装置は、蛍光体部分に生じる熱を効率よく冷却することで、変換効率の向上を可能としつつ、レンズ等の光源光学系の配置自由度を確保することができるという効果を奏することから、投射型表示装置等に搭載される光変換装置として広く適用可能である。
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
11ab 渦巻きガイド(ガイド部)
11b 外筒部
11c 内筒部
11d 底部
11e 気流上昇ガイド
13 蛍光体ホイール
13a 蛍光体層
13b 循環ファン
13c 開口
14 モータ
15 加圧ファン
20 光変換装置
21 吸熱器
21a フィン
21b 固定壁(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
100 プロジェクタ(投射型表示装置)
110 蛍光体ホイール装置
120 光変換装置
121 吸熱器
121a フィン
210 蛍光体ホイール装置
220 光変換装置
310 蛍光体ホイール装置
311 ケース部
311a 外壁フィン
320 光変換装置
410 蛍光体ホイール装置
413 蛍光体ホイール
413a 回転壁(壁部)
520 光変換装置
521 吸熱器
522 排熱器
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
11ab 渦巻きガイド(ガイド部)
11b 外筒部
11c 内筒部
11d 底部
11e 気流上昇ガイド
13 蛍光体ホイール
13a 蛍光体層
13b 循環ファン
13c 開口
14 モータ
15 加圧ファン
20 光変換装置
21 吸熱器
21a フィン
21b 固定壁(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
100 プロジェクタ(投射型表示装置)
110 蛍光体ホイール装置
120 光変換装置
121 吸熱器
121a フィン
210 蛍光体ホイール装置
220 光変換装置
310 蛍光体ホイール装置
311 ケース部
311a 外壁フィン
320 光変換装置
410 蛍光体ホイール装置
413 蛍光体ホイール
413a 回転壁(壁部)
520 光変換装置
521 吸熱器
522 排熱器
Claims (18)
- 円環状の蛍光体層が第1の面に形成された円板状の蛍光体ホイールと、
前記蛍光体ホイールの前記蛍光体層に送風する循環ファンと、
前記蛍光体ホイールを回転駆動させるモータと、
前記蛍光体ホイール、前記循環ファン、および前記モータを収納するとともに、前記循環ファンによって生じる空気流の循環経路が内部に形成されるケース部と、
略円筒形状を有しており、前記略円筒形状の中心から前記循環ファンによって形成された空気流が供給され、前記蛍光体ホイールの前記蛍光体層の付近に生じた熱を吸収した空気流を冷却するとともに、平面視において略円筒形状の端面に配置された複数のフィンが略円筒形状の径方向に沿って配置されたフィン構造を有する吸熱器と、
前記吸熱器と熱的に接続されており、前記空気流の熱を前記ケース部の外へ排熱する排熱器と、
前記ケース部に形成された開口部分に取り付けられており、前記蛍光体層の蛍光体を励起させる励起光を通過させるとともに、前記蛍光体層の蛍光体から発せられた発光光を集光する光学レンズと、
を備えている光変換装置。 - 前記ケース部は、前記吸熱器の前記フィン構造に対向する位置に、前記径方向に沿って形成されており、前記循環ファンによって形成された空気流を前記径方向外側へ誘導するガイド部を有している、
請求項1に記載の光変換装置。 - 前記蛍光体ホイールは、円環状の前記蛍光体層の内周側に周方向に沿って配置された複数の開口を有する、
請求項1または2に記載の光変換装置。 - 前記循環ファンは、前記蛍光体ホイールにおける前記蛍光体層が設けられた前記第1の面とは反対側の第2の面に取り付けられており、前記開口を介して前記蛍光体ホイールの前記蛍光体層側に送風する、
請求項3に記載の光変換装置。 - 前記ケース部は、略同心円状に2重に配置されその両端同士が連通するとともに、その間に前記循環経路が形成される内筒部および外筒部を、有している、
請求項1から4のいずれか1項に記載の光変換装置。 - 前記循環ファンは、前記外筒部と前記内筒部との間の空間に配置された前記吸熱器に高温空気を通過させて低温空気とした後、前記低温空気を前記内筒部の内側から前記蛍光体ホイールに向けて送出して前記蛍光体層を冷却する、
請求項5に記載の光変換装置。 - 前記モータは、前記吸熱器によって冷却された前記空気流の流路上に配置されている、
請求項1から6のいずれか1項に記載の光変換装置。 - 前記吸熱器は、渦巻状に配置された複数のフィンを含むフィン構造を有している、
請求項1から7のいずれか1項に記載の光変換装置。 - 前記吸熱器は、放射状に配置された複数のフィンを含むフィン構造を有している、
請求項1から7のいずれか1項に記載の光変換装置。 - 前記循環経路内に配置されており、前記循環経路における前記空気流の流れる方向に沿って送風する加圧ファンを、さらに備えている、
請求項1から9のいずれか1項に記載の光変換装置。 - 前記ケース部は、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、
請求項1から10のいずれか1項に記載の光変換装置。 - 前記ケース部は、外表面における少なくとも一部に形成されたフィン構造を有している、
請求項1から11のいずれか1項に記載の光変換装置。 - 前記吸熱器と前記排熱器とを接続するヒートパイプを、さらに備えている、
請求項1から12のいずれか1項に記載の光変換装置。 - 前記吸熱器および前記排熱器は、一体構造であって、前記ケース部の隔壁を貫いて熱的に接続されている、
請求項1から13のいずれか1項に記載の光変換装置。 - 前記循環ファンの外周側に設けられており、前記循環ファンからの気流が前記循環ファンの回転中心から放射方向に流れることを制限する円環状の壁部を、さらに備えている、
請求項1から14のいずれか1項に記載の光変換装置。 - 前記壁部は、前記循環ファンの外周側に固定配置されている、
請求項15に記載の光変換装置。 - 前記壁部は、前記蛍光体ホイールまたは前記循環ファンと連結されて一体的に回転する、
請求項15に記載の光変換装置。 - 請求項1から17のいずれか1項に記載の光変換装置と、
前記蛍光体層の蛍光体を励起させる光を照射する光源と、
前記光源から照射された光を用いて投射画像を形成する表示素子と、
前記光源、前記光変換装置、および前記表示素子を光学的に接続する光学部品と、
を備えた投射型表示装置。
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JP2018101089A (ja) * | 2016-12-21 | 2018-06-28 | キヤノン株式会社 | 光源装置および投射型表示装置 |
WO2018159536A1 (ja) * | 2017-02-28 | 2018-09-07 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | 蛍光体ホイールおよびこれを備えた蛍光体ホイール装置、光変換装置、投射型表示装置 |
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