(57)【要約】【課題】  筐体内に波長変換部を備えるホイールと当該ホイールに風を送る送風機を備えた構成において、送風機の変形や動作不良が生じることなくホイールを冷却することができる信頼性の高い構成を提供することを目的としている。【解決手段】  照射される光を他の波長の光に変換する波長変換部を備えたホイールと、ホイールを回転駆動するモータと、ホイールに風を送る送風機と、固体光源からの光を波長変換部へ集光する集光光学系と、ホイールと送風機とを少なくとも収容する筐体と、を有する蛍光体ユニットにおいて、筐体内に、集光光学系からホイールの波長変換部へと照射される光が通過する第一の空間と、送風機からホイールへと風を送る第二の空間と、に区分けする区分板を設ける。【選択図】  図１
2020166201.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
照射される光を他の波長の光に変換する波長変換部を備えたホイールと、
前記ホイールを回転駆動するモータと、
前記ホイールに風を送る送風機と、
固体光源からの光を前記波長変換部へ集光する集光光学系と、
前記ホイールと前記送風機とを少なくとも収容する筐体と、を有する蛍光体ユニットにおいて、
前記筐体内を、前記集光光学系から前記ホイールの前記波長変換部へと照射される光が通過する第一の空間と、前記送風機から前記ホイールへと風を送る第二の空間と、に区分けする区分板が設けられていることを特徴とする蛍光体ユニット。
【請求項２】
前記ホイールは、前記第一の空間と第二の空間とにまたがって回転するように設けられていることを特徴とする請求項１に記載の蛍光体ユニット。
【請求項３】
前記区分板の前記ホイールの側の端部は、前記モータの回転軸方向に関して、前記送風機の前記ホイールの側の端部よりも前記ホイールの側に位置することを特徴とする請求項１または２に記載の蛍光体ユニット。
【請求項４】
前記区分板の前記ホイールの側の端部は、前記モータの回転軸方向に関して、前記波長変換部上に前記集光光学系からの光が集光される集光位置と前記送風機のホイールの側の端部とを結んだ直線よりも前記ホイールの側に位置することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の蛍光体ユニット。
【請求項５】
前記区分板の前記ホイールの側の端部は、前記モータの回転軸方向に関して、前記ホイールから少なくとも１ｍｍ以上、離れるように位置していることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の蛍光体ユニット。
【請求項６】
前記区分板は、前記モータの軸受部材が少なくとも前記第二の空間の側に位置するように配置されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の蛍光体ユニット。
【請求項７】
前記区分板は、前記モータの回転軸方向に延伸して設けられていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の蛍光体ユニット。
【請求項８】
前記モータの回転軸方向に投影視した際に、前記ホイールと重なる位置に少なくとも前記送風機の一部が配置されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の蛍光体ユニット。
【請求項９】
前記第二の空間に受熱部が設けられていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の蛍光体ユニット。
【請求項１０】
前記筐体の外に設けられ、前記受熱部からの熱を前記筐体の外に排熱する排熱部と、
前記排熱部に風を送る他の送風機とをさらに有することを特徴とする請求項９に記載の蛍光体ユニット。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の蛍光体ユニットと、
前記固体光源と、
前記蛍光体ユニットからの光を変調する光変調手段と、
を備えることを特徴とする投射型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蛍光体ユニット及び投射型表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年の投射型表示装置においては、高耐久かつ高輝度を達成するための光源として、レーザダイオード（以下、ＬＤとも称する）等の半導体発光装置が用いられている。このようなＬＤ光源としては発光効率の観点から、青色ＬＤが用いられることが主流となっており、青色ＬＤからの光を黄色の蛍光体が含まれる蛍光体層に照射して蛍光変換させて黄色光を取り出し、青色光と混合して白色光を生成することが一般的である。この際に蛍光体層の表面に埃などの異物が付着すると蛍光体に到達する光量が低下して、波長変換効率が下がってしまうため、蛍光体層が配置される空間は外部との通気を遮断する構成が求められている。
【０００３】
一方、光源からの光が照射され蛍光体層が高温になると、波長変換効率が低下するだけでなく、蛍光体層に含まれるバインダー（樹脂材料）が劣化してしまうことが知られている為、光照射で生じた熱を放熱する必要がある。そのため、蛍光体層を回転可能なホイール基板上に設け、蛍光変換させる際にホイール基板を回転させることで蛍光体層が局所的に高温になることを防止している。つまり、上述の埃の付着と冷却とを両立するためには、外部と遮断されたケース内で蛍光体層を設けたホイール基板が回転するように設ける必要がある。
【０００４】
このような例として、特許文献１には、外部と遮断された収容器２の内部に蛍光体ホイール１２と送風機５を設け、冷却風を循環させて蛍光体ホイールを冷却する構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】ＷＯ２０１６／１２１０２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の方式では、収容器２の内部に設けられた送風機５に意図せずレンズ表面などから反射したレーザ光が照射されてしまう可能性がある。送風機５は一般的に樹脂等で設けられているため、レーザ光が照射されると送風機が変形したり動作不良を起こし蛍光体ホイールを冷却できなくなることが懸念される。
【０００７】
また、限られた空間内で蛍光体ホイールを冷却するためには、送風機の回転を高速にすることも考えられるが、これに伴いホイール回転起因の騒音や振動が生じることが懸念される。
【０００８】
そこで、本発明は、筐体内に波長変換部を備えるホイールと当該ホイールに風を送る送風機を備えた構成において、送風機の変形や動作不良が生じることなく効率的にホイールを冷却することができる信頼性の高い構成を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は、照射される光を他の波長の光に変換する波長変換部を備えたホイールと、前記ホイールを回転駆動するモータと、前記ホイールに冷却風を送る送風機と、固体光源からの光を前記波長変換部へ集光する集光光学系と、前記ホイールと前記送風機とを少なくとも収容する筐体と、を有する光源装置において、前記筐体内を、前記集光光学系から前記ホイールの前記波長変換部へと照射される光が通過する第一の空間と、前記送風機から前記ホイールへと冷却風を送る第二の空間と、に区分けする区分板が設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
このように、ホイールと送風機とを収容する筐体内に、区分板を設けることで、送風機に意図せずレーザ光が照射されることを低減して送風機の変形や動作不良を防止しつつ、効率的に蛍光体ホイールを冷却することができる信頼性の高い構成を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係る光源装置を搭載した投射型表示装置の図である。
【図２】図１に示す光源装置を拡大した拡大図である。
【図３】第一の実施形態に係る蛍光体ユニット１を説明する図である。
【図４】第一の実施形態に係る蛍光体ユニット１内の風の流れを説明する図である。
【図５】第二の実施形態に係る蛍光体ユニット１を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の好ましい実施形態について、以下図面を参照しながら説明する。
【００１３】
（第一の実施形態）
（投射型表示装置の全体構成）
図１は、本発明に係る光源装置を搭載した投射型表示装置（以下、プロジェクタと称する）の全体構成を示している。以下、図１の右方向をＹ軸、上方向をＸ軸、紙面方向をＺ軸として説明を行う。
【００１４】
プロジェクタ１０には、光源装置１００、当該光源装置１００の光を外部から入力される映像情報に基づき変調する光変調素子（不図示）等が設けられた光学系２００、光学系２００からの光を外部スクリーンに投射する投射レンズ３００が設けられている。また、プロジェクタ１０には、光変調素子（不図示）等の光学素子を冷却する為に外部空気を冷却対象まで導く為の冷却ダクト４００や光源装置１００等の電気素子に電力を供給および制御する基板ユニット５００が設けられている。そして、これらの構成は外装筐体６００によって内包されている。
【００１５】
本実施形態において用いることができる光変調素子は、反射型液晶表示素子や透過型液晶素子に代表される液晶素子のみならず、例えば、超微細ミラーをＣＭＯＳシリコン基板上に集積したデジタル光スイッチング素子も用いることができる。
【００１６】
（光源装置について）
図２は、図１に示す光源装置１００を拡大した拡大図である。図３（ａ）は、図２の光源装置１００内の蛍光体ユニット１をさらに詳細に説明する図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）に示す蛍光体ユニット１を、Ｘ軸側から見た図である。
【００１７】
光源装置１００の光学筐体１７内には、青色帯域の波長の光を出力する半導体発光素子など複数の固体光源１１が設けられている。具体的には、窒化ガリウム（ＧａＮ）などからなる青色レーザダイオードを用いることができる。さらに、光学筐体内には、固体光源１１からの光を反射し、波長変換された光を透過する特性を有するダイクロイックミラー１２と、蛍光体ユニット１（詳細は後述）と、蛍光体ユニット１からの光を後段の光学系２００へと導くレンズ４０等が設けられている。蛍光体ユニット１の蛍光体筐体１８内には、蛍光体ホイール１４と、蛍光体ホイール１４を回転駆動するモータ１５と、蛍光体ホイール１４を冷却するファン１６（送風機）と、集光光学系１３とが収容されている。さらに、蛍光体筐体１８内には空間を２つに分ける区分板１９等が設けられている。蛍光体ホイール１４は、図３（ｂ）に示すように円板１４２に蛍光体層１４１（波長変換部材）が円環状に配置されることで構成されている。
【００１８】
蛍光体筐体１８は、蛍光体層１４１に埃などの異物が付着して蛍光体に到達する光量が低下して蛍光変換効率が下がることを防止するために、外部との通気が遮断されるように設けられている。さらに、光源装置１００の光学筐体１７も、固体光源１１からのレーザ光が通過するため、安全性および光集塵による光学部品の汚染を防止するために、外部との通気が遮断されるように設けてもよい。
【００１９】
固体光源１１から出射された光は、ダイクロイックミラー１２で反射されたのち、複数のレンズからなる集光光学系１３によって、円板１４２上に設けられた蛍光体層１４１に集光されるように構成されている。つまり固体光源１１である青色ＬＤからの光は、黄色の蛍光体粒子が含有される蛍光体層１４１に照射され、一部の光が蛍光変換されて黄色光として出射される。蛍光体層１４１の蛍光体粒子は、入射される光を異なる波長の光に変換する。そして、変換されずに反射された青色光と蛍光変換された蛍光光とが混合され白色光として光学系２００へと出射される。
【００２０】
円板１４２は、熱伝導率の高い材料（例えばアルミニウム、銅）で設けられており、固体光源１１からの光が集光する位置で発生する熱が円板内に拡散されることで蛍光体層１４１の温度が下がるように構成されている。さらに、蛍光体ホイール１４は、モータ１５によって回転されるように設置されており、光照射中はモータ１５を回転駆動させることで、蛍光体層１４１上の集光位置が移動するように設けられている。すなわち蛍光体層１４１の時間当たりの熱量を分散させ、局所的な温度上昇が起こらないように設けられている。
【００２１】
（蛍光体ユニットについて）
次に図３（ａ）と図３（ｂ）を用いて、蛍光体ユニット１の内部について詳細に説明する。図３（ａ）は、図２の光源装置１００内の蛍光体ユニット１をさらに詳細に説明する図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）に示す蛍光体ユニット１を、Ｘ軸側から見た図である。
【００２２】
蛍光体ユニット１の蛍光体筐体１８内には、蛍光体ホイール１４と、蛍光体ホイール１４を回転駆動するモータ１５と、蛍光体ホイール１４を冷却するファン１６と、集光光学系１３とが設けられている。蛍光体筐体１８内は、集光光学系１３と蛍光体ホイール１４の一部が配置され集光光学系１３から蛍光体ホイール１４の蛍光体層１４１へと光が通過する第一の空間領域Ａが設けられている。さらに、蛍光体筐体１８内には、蛍光体ホイール１４の一部とファン１６と受熱部３０が配置され蛍光体ホイール１４へと冷却風が送風される第二の空間領域Ｂと、に区分けする区分板１９が設けられている。
【００２３】
このような蛍光体ユニット１に配置される部品の中で特に温度管理が必要な冷却対象物は、蛍光体層１４１とモータ１５である。蛍光体層１４１は蛍光体粒子を樹脂材料などからなるバインダーなどで固着させた層であるが、高温となると蛍光体粒子の波長変換効率が低下するだけでなく、樹脂材料などからなるバインダーも劣化してしまい、剥がれ等が発生する可能性が生じる。そのため、蛍光体層１４１は光照射による熱を効率的に放熱する構成が必要である。
【００２４】
モータ１５は、当該モータの軸受部材１５ａの温度が上昇すると潤滑油の揮発してしまう。つまり軸受部材１５ａが高温となると回転負荷が大きくなるほか、騒音の増大が生じたり、最悪の場合には焼き付いて回転不可となってしまうため、適正温度以下で使用することが必要である。そのため、モータ１５の軸受部材１５ａは、第二の空間領域Ｂに位置するような区分板１９の位置とし、効率的に冷却する配置とすることが好ましい。
【００２５】
第一の空間領域Ｂに設けられるファン１６は、モータ１５の回転軸方向（Ｘ軸方向）に投影視した際に、蛍光体ホイール１４と少なくとも一部が重なるように配置されている。さらに好ましくはファン１６から蛍光体層１４１に送風されるように配置されている。このようにファン１６を配置することで、蛍光体ホイール１４を十分に冷却しつつも蛍光体筐体１８が大型化することを防止することができる。
【００２６】
このようなファン１６には、局所的に風を吹き付けることに長けているシロッコファンを用いることが望ましく、シロッコファン１６の吹き出し口の少なくとも一部が蛍光体層１４１と対向するように配置されことが好ましい。さらにモータ１５の回転軸方向に投影視した際に、シロッコファン１６の吹き出し口の大部分が蛍光体ホイール１４と重なるように配置することが好ましい。これにより蛍光体ホイール１４の周囲の空気流速を大幅に速めることができ、蛍光体ホイール１４の熱を空気中に熱伝達させて冷却効率を高めることができる。
【００２７】
蛍光体ホイール１４の温度分布は、集光光学系１３からの光が照射される蛍光体層１４１の領域が最も高く、蛍光体層１４１から離れるにつれて円板１４２の温度は低下していくことが分かっている。すなわち温度等高線で表現した際には環状のピークを持っている状態で蛍光体ホイール１４は回転駆動されている。そのため、蛍光体層１４１の光照射位置に直接ファン１６の風を送風しなくとも、第二の空間領域Ｂにファン１６を配置しても同様の効果を得ることができる。
【００２８】
ところで、このようなプロジェクタ内で用いられるファン１６は樹脂材料で設けられた小型なものが一般的である。このようなファン１６は、前述のとおり蛍光体ホイール１４を冷却するために蛍光体筐体１８の中に配置されるが、共通空間内に配置してしまうとレーザ光が意図せずレンズ表面などで反射して迷光となりファン１６に照射される可能性がある。近年のプロジェクタの高輝度化を達成するためには高出力の光源が求められるため迷光となるレーザ光の光量も増えることが懸念される。このような高出力の迷光が樹脂材料のファン１６に照射され続けると、ファン１６が変形したり動作不良を起こす可能性が生じる。そのため、第一の空間領域Ａと第二の空間領域Ｂに区分けする区分板を設けることで、集光光学系で生じる迷光のファン１６への照射量を低減でき、ファン１６が変形や動作不良を起こすことなく蛍光体ホイール１４を冷却させることができる。
【００２９】
このような区分板１９の蛍光体ホイールの側の端部１９ａは、モータ１５の回転軸方向に関して、少なくとも図３（ａ）に示すファン１６の蛍光体ホイール１４側の端部１６ａと一致する位置Ｘ１よりも蛍光体ホイール１４側に位置することが好ましい。さらに、モータ１５の回転軸方向に関して、レーザ光が集光光学系１３を介して蛍光体ホイール１４の蛍光体層１４１に照射される位置（集光位置）とファン１６の端部とを結ぶ直線と交差する位置Ｘ２よりも蛍光体ホイール１４側に位置することが好ましい。これによりファン１６に照射されるレーザ光をより低減することができる。
【００３０】
なお、蛍光体ホイール１４は、図３（ａ）に示すように領域Ａと領域Ｂとにまたがって回転するように設けられている。そのため、区分板１９の端部１９ａは蛍光体ホイール１４に接しないように少なくとも１ｍｍ以上の離間する位置であることは必要である。
【００３１】
また、本実施形態中では区分板は、モータ１５の回転軸方向に延伸して設けられている例を示しているが、ホイールの面に対して斜めに配置されていてもよい。
【００３２】
次に図４を用いて、蛍光体筐体１８内に区分板１９を設けた際の風の流れとこれによる冷却について説明する。図４の例では、ファンの吸気面と吹出面とが９０°位相が異なるシロッコファン１６の例を用いて説明する。
【００３３】
図４は、図３（ａ）の蛍光体筐体１８内の第二の空間領域Ｂにおける風の流れを示したものである。シロッコファン１６から吹き出された風は、矢印Ｗ１およびＷ２で示すように蛍光体ホイール１４に向けて送風され、蛍光体ホイール１４面に吹き付けられることで蛍光体ホイール１４から熱を奪う。蛍光体ホイール１４の遠心方向に拡散した風（矢印Ｗ１）は、フィンと呼ばれる複数の金属板などからなる受熱部３０の間を通過し、受熱部３０によって熱が奪われたのちファン１６の吸気口に到達する。蛍光体ホイール１４の回転中心方向に拡散した風（矢印Ｗ２）は、モータ１５から熱を奪ったのち、区分板１９に沿って第二の空間領域Ｂを半周するように流れ、受熱部３０の間を通過して受熱部３０で熱が奪われた後シロッコファン１６の吸気口に到達する。すなわち、シロッコファン１６は、矢印Ｗ１およびＷ２で示すように当該シロッコファン１６を起点として第二の空間領域Ｂの内部を循環する空気の流れを作り出している。そして受熱部３０で吸熱された熱は、蛍光体筐体１８に伝熱され、蛍光体ユニット１の外部に運ばれて放熱される。
【００３４】
つまり第一の空間領域Ａで発生する熱は、蛍光体ホイール１４の回転により第二の空間領域Ｂにも運ばれ、第二の空間領域Ｂ内の空気をファン１６が受熱部３０を通過させながら循環させることで、効率よく蛍光体筐体１８の外部に排熱できる。これにより蛍光体筐体１８の内部の温度上昇を抑制することができ、蛍光変換効率の低下やモータ寿命低下を防止することができる。また、図４で示したように、ファンの吸気面と吹出面とが９０°位相が異なるシロッコファン１６を用いることにより、狭い空間内で効率的に空気を循環させることができ、冷却効率を向上させることができる。
【００３５】
シロッコファン１６の吸気口側の面から受熱部３０までの距離は、２５ｍｍ以下とすることで、吸気される風が受熱部３０であるフィンの間を通過しやすくなるため、熱交換効率を向上することができる。また、区分板１９を設けて風が循環される領域の体積を小さくすることで、空気循環効率が高まるため、区分板１９を設けずに蛍光体筐体１８内をファン１６で冷却する場合に比べて、外部への排熱効率が良くなるという効果もある。
【００３６】
なお、本実施形態においては、集光光学系１３が蛍光体筐体１８の内部に設けられている例を用いて説明したが、集光光学系１３は蛍光体筐体１８の外側に設けてもよい。また、本実施形態では、蛍光変換光を、固体光源からの光を入射する側に反射して取り出す例を用いて説明したが、蛍光体ホイール１４を透過し、入射する側と反対側に蛍光変換光を取り出す透過型構成においても本発明を適用することができる。その場合には蛍光体ホイール１４の円板１４２の蛍光体層１４１が設けられる部分を少なくとも透明材料とすることで蛍光変換光を下側に取り出すことができる。
【００３７】
（第二の実施形態）
第一の実施形態では、蛍光体ホイール１４で発生する熱を受熱部３０を介して蛍光体筐体１８に伝達して、外部へ放熱する構成について説明したが、本実施形態においてはその変形例として熱交換効率を向上した構成について説明する。本実施形態中では、第一の実施形態と異なる部分について説明を行い、同様の部分については説明を省略する。
【００３８】
図５（ａ）は、第二の実施形態に係る図２の光源装置１００内の蛍光体ユニット１を説明する図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）に示す蛍光体ユニット１を、Ｘ軸側から見た図である。
【００３９】
本実施形態では、蛍光体筐体１８からさらに効率よく放熱できるように、蛍光体筐体１８の外側にフィンと呼ばれる複数の金属板などからなる排熱部３１を有している。さらに、排熱部３１からの冷却効率を向上させるために、排熱部３１に送風する放熱ファン２０を設けることが好ましい。
【００４０】
蛍光体筐体１８の外側に設ける排熱部３１の位置は、蛍光体筐体１８に接していれば放熱に寄与させることができるが、蛍光体筐体１８の壁越しに受熱部３０と排熱部３１とが対向するように配置することで、より効率的に排熱させることができる。
【００４１】
また、蛍光体筐体１８内部に配置したファン１６に比べて、蛍光体筐体１８の外側に配置する放熱ファン２０は、駆動で生じる騒音がプロジェクタの外部へ漏れ出る可能性が高くなるため、騒音が小さい軸流ファンを用いることが望ましい。さらに、放熱ファン２０の回転数をファン１６に比べて低く抑えたり、排熱部３１として用いられるフィンの間隔を受熱部３０として用いられるフィンの間隔よりも広くすることで、排熱を達成しつつも騒音を低減することができる。
【００４２】
なお、本実施形態において受熱部３０と排熱部３１と蛍光体筐体１８はそれぞれ別部材として設けて接合させている例を用いて説明したが、蛍光体筐体１８と一体化された構造としてもよい。
【００４３】
本実施形態においても第一の空間領域Ａと第二の空間領域Ｂとに区分けする区分板１９を設けることで、集光光学系で生じる迷光のファン１６への照射量を低減でき、ファン１６が変形や動作不良を起こすことなく蛍光体ホイール１４を冷却することができる。
【符号の説明】
【００４４】
１３  集光光学系
１４  蛍光体ホイール
１５  蛍光体モータ
１８  蛍光体筐体
１９  区分板
１００  光源装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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