(57)【要約】【課題】容易に光学的に十分な鏡面を有する反射鏡を形成することによって、反射型ダイオードの実用化を図る。【解決手段】発光素子と、該発光素子に電力を供給するリード部と、前記発光素子の発光面に対向して設けられた第１の反射鏡と、該第１の反射鏡と対向して前記発光素子の背面側に備えた第２の反射鏡と、該第２の反射鏡に対向して備えた第３の反射鏡とから成り、前記発光素子からの出射光が前記第１の反射鏡、第２の反射鏡、第３の反射鏡でそれぞれ反射し、集光されて出射するようにして反射型発光ダイオードを構成する。【選択図】  図１
2006093643.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子と、該発光素子に電力を供給するリード部と、前記発光素子の発光面に対向して設けられた第１の反射鏡と、該第１の反射鏡と対向して前記発光素子の背面側に備えた第２の反射鏡と、該第２の反射鏡に対向して備えた第３の反射鏡とから成り、前記発光素子からの出射光が前記第１の反射鏡、第２の反射鏡、第３の反射鏡でそれぞれ反射し、集光されて出射することを特徴とする反射型発光ダイオード。
【請求項２】
前記発光素子からの光を反射する前記第１の反射鏡は、凹面形状に加工した金属体、あるいは前記凹面形状の反射面にアルミニウム、金等の金属膜あるいは非金属膜の誘電体多層膜からなる反射層を形成されてなることを特徴とする請求項１に記載の反射型発光ダイオード。
【請求項３】
前記第２の反射鏡、前記第３の反射鏡は、前記発光素子の発光面の中心位置を焦点とする光軸対称曲面形状であることを特徴とする請求項１に記載の反射型発光ダイオード。
【請求項４】
前記第２の反射鏡、前記第３の反射鏡は、光軸対称曲面形状の反射面にアルミニウム、金等の金属膜あるいは非金属膜の誘電体多層膜からなる反射層を形成されてなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の反射型発光ダイオード。
【請求項５】
集光されて出射した光が光ファイバーに入射するように配置されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の反射型発光ダイオード。
【請求項６】
前記発光素子からの光を反射する前記第１の反射鏡との隙間に光透過性材料を充填し、接合してなる請求項１〜５のいずれかに記載の反射型発光ダイオード。
【請求項７】
前記第１の反射鏡に、貫通孔を形成するとともに、該貫通孔の出口側に受光体が配置されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の反射型発光ダイオード。
【請求項８】
前記受光体は、前記貫通孔の出口側に出射光を３原色に分解するＸ−キューブ色分離光学系を配置するとともに、分解された分解光を受光する第１〜３の受光素子をそれぞれ配置したことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の反射型発光ダイオード。
【請求項９】
前記Ｘ−キューブ色分離光学系は、通過する赤色波長域光が前記第１の受光素子へ、青色波長域光が第２の受光素子へ、緑色波長域光は第３の受光素子へ入射するよう構成するとともに、前記第１の受光素子へ反射する第１のダイクロイック膜と、青色波長域光を第２の受光素子へ反射する第２のダイクロイック膜とを備えて構成したことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の反射型発光ダイオード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子から発光された光を金属製の凹面形状の第１の反射鏡で反射することによって第２の反射鏡及び第３の反射鏡で反射効率を向上するとともに、前記第２の反射鏡及び第３の反射鏡で反射した後、一点に集光することによって光ファイバーに入射するように構成された反射型発光ダイオードに関する。
【背景技術】
【０００２】
リードに発光素子が取り付けられ、これらが樹脂封止されるとともに、発光素子の発光面側に反射鏡形状、発光素子の背面側に放射面形状が形成され、反射鏡形状の樹脂面に銀等の金属蒸着を施すことによって反射鏡が形成されてなる反射型発光ダイオードが知られている。
【０００３】
しかし、かかる反射型発光ダイオードの一例として、図６に従来良く使用されている反射型発光ダイオード５１の例を示す。図６は従来の反射型発光ダイオード５１の全体構成を示す縦断面図である。
【０００４】
この例による反射型発光ダイオード５１においては、１対のリード５３ａ、リード５３ｂのうち片方のリード５３ａに発光素子５２を取り付けし、もう一方のリード５３ｂと発光素子５２とをワイヤ５４でボンディングして電気的接続を行ったリード部が、透明エポキシ樹脂５６で封止されるとともに、発光素子５２の背面側に放射面形状５６ａ、発光素子５２の発光面側に反射鏡形状５６ｂが取り付けされている。この反射鏡形状５６ｂの上に銀を蒸着することによって、第１の反射鏡５５が形成されている。
【０００５】
しかし、かかる構造の反射型発光ダイオード５１は、集光度を上げてもレンズ型発光ダイオードのように外部放射効率が低下することがなく、配光特性に依存しない高い外部放射特性を得ることができるので、特に集光外部放射に適する。また、トランスファーモールドによって上下の光学面を同時に容易に製造できるため、量産にも適している。
【０００６】
しかしながら、かかる反射型発光ダイオード５１は、封止樹脂と蒸着金属との熱膨張率が大きく異なるため温度変化に弱く、第１の反射鏡５５の金属材料が封止樹脂５６から剥離することによって第１の反射鏡５５に皺が発生し、第１の反射鏡５５としての機能を失ってしまう。このため、温度変化の大きい基板実装用のリフロー炉等に対応できないという問題点があった。
【０００７】
また、図６に示されるように、金属蒸着時にリード５３ａ、リード５３ｂがショートするのを防ぐためのマスキングのスペースをとるためと、リード５３ａ、リード５３ｂを垂直に曲げる際の端部の補強のために、１〜１．５ｍｍのリード引き出し部５７ａ、リード引き出し部５７ｂを設けなければならず、このため反射型発光ダイオード５１のパッケージ寸法は２〜３ｍｍ余分に必要となり、小型化に限界があるという難点もあった。
【０００８】
そこで、発光素子がマウントされたリードと、凹状に加工された金属板からなる反射鏡とを光透過性材料で封止した反射型発光ダイオードが案出されている。かかる反射型発光ダイオードにおいては、理論上、発光素子が発した略全光量を反射鏡で外部に放射できるため、高い外部放射効率が実現できる。また、かかる構造の反射型発光ダイオードは、製造が容易であり、温度変化に強く、小型化も容易であるという利点がある。
【０００９】
このような構成で、従来による反射型発光ダイオードは、発光素子が発した略全光量を反射鏡で外部に放射できるとして作用されている。
【特許文献１】特開平１０−１４４９６６号公報
【特許文献２】特開２００２−１２４７０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、かかる構造の反射型発光ダイオードを実用化するためには、反射鏡の材料として一般に市販されている金属板を用いるのが望ましいが、市販の金属板を光学反射鏡としてそのまま用いるには問題があった。即ち、市販の金属板には圧延時のロール痕であるキズが一方向についており、反射面粗度が小さいグレードのものでもこのキズの反射面粗度は発光ダイオードの発光波長程度以上ある。このため、反射鏡のマクロ形状はプレス加工で形成できても、反射面粗度が粗いため反射点で光が散乱し、十分な外部放射効率が得られないということで、集光レンズを増加することにより、全体的に大きくなり、位置合わせに時間がかかるとともに、作成に手間がかかり量産化ができないという問題があった。
【００１１】
また、反射系とは違って、集光レンズの屈折系なので色収差を消すことができないという問題があった。
【００１２】
上記の金属板に銀メッキを施しても、反射面粗度には変化が認められず、またニッケルや銅による下地メッキによれば反射面粗度はある程度は改善されるが（微細な凹凸は埋めることができるものの、それより大きな凹凸は残存する。）、十分な光学的鏡面を得ることはできなかった。また、光透過性材料内の光が光透過性材料の界面から外部放射される際には、界面屈折があるため、反射鏡上で散乱した光の散乱度はさらに高まることになる。  
そこで、本発明は、光学的に十分な鏡面を有する反射鏡を形成することによって、反射型発光ダイオードの実用化を図ることを課題とするものである。
【００１３】
さらに、本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、その技術的課題は、二つの反射鏡（第２の反射鏡、第３の反射鏡を呼ぶ）をもつことで高反射効率が得られるよういにすることによって、反射鏡の設計自由度を増すことができる反射型発光ダイオードを提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するために、本発明は、発光素子と、該発光素子に電力を供給するリード部と、前記発光素子の発光面に対向して設けられた第１の反射鏡と、該第１の反射鏡と対向して前記発光素子の背面側に備えた第２の反射鏡と、該第２の反射鏡に対向して備えた第３の反射鏡とから成り、前記発光素子からの出射光が前記第１の反射鏡、第２の反射鏡、第３の反射鏡でそれぞれ反射し、集光されて出射するようにして反射型発光ダイオードを構成したことを特徴とする。
【００１５】
前記発光素子からの光を反射する前記第１の反射鏡は、凹面形状に加工した金属体、あるいは前記凹面形状の反射面にアルミニウム、金等の金属膜あるいは非金属膜の誘電体多層膜からなる反射層を形成されてなることを特徴とする。
【００１６】
前記第２の反射鏡、前記第３の反射鏡は、前記発光素子の発光面の中心位置を焦点とする光軸対称曲面形状であることを特徴とする。
【００１７】
前記第２の反射鏡、前記第３の反射鏡は、光軸対称曲面形状の反射面にアルミニウム、金等の金属膜あるいは非金属膜の誘電体多層膜からなる反射層を形成されてなることを特徴とする。
【００１８】
集光されて出射した光が光ファイバーに入射するように配置されていることを特徴とする。
【００１９】
前記発光素子からの光を反射する前記第１の反射鏡との隙間に光透過性材料を充填し、接合してなることを特徴とする。
【００２０】
前記第１の反射鏡に、貫通孔を形成するとともに、該貫通孔の出口側に受光体が配置されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の反射型発光ダイオード。
【００２１】
前記受光体は、前記貫通孔の出口側に出射光を３原色に分解するＸ−キューブ色分離光学系を配置するとともに、分解された分解光を受光する第１〜３の受光素子をそれぞれ配置したことを特徴とする。
【００２２】
前記Ｘ−キューブ色分離光学系は、通過する赤色波長域光が前記第１の受光素子へ、青色波長域光が第２の受光素子へ、緑色波長域光は第３の受光素子へ入射するよう構成するとともに、前記第１の受光素子へ反射する第１のダイクロイック膜と、青色波長域光を第２の受光素子へ反射する第２のダイクロイック膜とを備えて構成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
上記の通り、本発明によれば、発光素子の発光面から発せられた光の反射は反射形状の部材によって形成された第１の反射鏡によって行われるので、光透過性材料封止の際に光学的に必要なのは発光素子の背面側の第２の反射鏡及び第３の反射鏡だけである。したがって、この第２の反射鏡及び第３の反射鏡が十分な鏡面を有する反射鏡を形成することによって、反射型発光ダイオードの実用化を図ることができる。
【００２４】
さらに、本発明は、第２の反射鏡及び第３の反射鏡を用いたことによって高反射効率が得ることができるので、反射鏡の設計自由度を増すことができることによって、実用的で量産化が可能な任意の形状の第２の反射鏡及び第３の反射鏡を有する反射型発光ダイオードを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００２６】
図１は、本発明の反射型発光ダイオード１の実施の形態を示す図である。この例では反射型発光ダイオード１は、発光素子２に電力を供給する１対のリード３ａ、リード３ｂのうち、片方のリード３ａに発光素子２を取り付けし、もう一方のリード３ｂと発光素子２とをワイヤ４でボンディングして電気的接続を行ったリード部に、反射体の金属ブロック７により加工して形成した反射形状を加工し、第１の反射鏡５を形成し、これらを光透過性材料６で封止するとともに発光素子２の背面側の第２の反射鏡８、第３の反射鏡１０の形状をしたものである。
【００２７】
第１の反射鏡５は、反射体の金属ブロック７により凹面形状を加工して前記凹面形状の反射面にアルミニウム、金等の金属膜あるいは非金属膜の誘電体多層膜からなる反射層を施したもので、光軸３１の周りに回転させば光軸対称曲面形状の光軸回転放物面に形成されており、光透過性材料６で封止した際光軸回転放物面の焦点に発光素子２が位置するようになっている。したがって、発光素子２が発する光は第１の反射鏡５で全て光軸回転放物面の光軸３１に平行な反射光となって、発光素子２の背面側の第２の反射鏡８へ入射し、第２の反射鏡８から反射される。
【００２８】
第２の反射鏡８の形状が凹面形状に加工したレンズであり、該第２の反射鏡８の反射面９にアルミニウム、金等の金属膜あるいは非金属膜の誘電体多層膜からなる反射層を施したもので、光軸３１の周りに回転させば光軸対称曲面形状の光軸回転放物面に形成されており、前記反射光がさらに第３の反射鏡１０へ反射光として入射しさらに反射される。
【００２９】
第３の反射鏡１０の形状は焦点１２に集光とする凸レンズ形状であり、前記第３の反射鏡１０の形状は光軸３１の周りに回転させば光軸対称曲面形状の光軸回転双曲面となっている。該第３の反射鏡１０の反射面１１にアルミニウム、金等の金属膜あるいは非金属膜の誘電体多層膜からなる反射層を施したものである。したがって、発光素子２から発せられ、反射鏡５で反射された光は平行光となって第２の反射鏡８に到達し、反射し、且つ第３の反射鏡１０に到達し、前記第３の反射鏡１０によって焦点１２に集光される。このようにして、集光特性を有する反射型発光ダイオードが作成される。
【００３０】
こうして形成された第２の反射鏡８、第３の反射鏡１０の形状が凹面形状にレンズと凸面形状にレンズを加工して、光軸３１の周りに回転させば光軸対称曲面形状の光軸回転放物面と光軸回転双曲面と形成しておりの反射鏡として、この反射面にアルミニウム、金等の金属膜あるいは非金属膜の誘電体多層膜からなる反射層を施して、本発明の本実施の形態の反射鏡５が完成する。なお、処理方法は、湿式処理でも良いし、スパッタリング、蒸着等の乾式処理でも良い。
【００３１】
したがって、第１の反射鏡５と第２の反射鏡８、第３の反射鏡１０の反射面は光学的にほぼ十分なレベルの反射面粗度に仕上げられており、反射される光の散乱が大幅に低減される。しかも、第１の反射鏡５、第２の反射鏡８は光軸回転放物面形状と第３の反射鏡１０は光軸回転双曲面形状に形成されておる。また、第１の反射鏡５の焦点に発光素子２が位置していることから、発光素子２から発せられた光は全て第１の反射鏡５で光軸回転放物面の軸に平行な方向に反射される。その方向には、第２の反射鏡８、第３の反射鏡１０の反射面９、反射面１１があるが、この第２の反射鏡８、第３の反射鏡１０の反射面９、反射面１１の反射面粗度は封止時の金型面の鏡面をそのまま転写したものになっているので、この第２の反射鏡８、第３の反射鏡１０の反射面９、反射面１１でも光の散乱は起きることなく第１の反射鏡５で反射された光はそのままの方向で第２の反射鏡８、第３の反射鏡１０の反射面９、反射面１１から反射される。  
これによって、第２の反射鏡８、第３の反射鏡１０をもつことで高反射効率が得ることによって、反射鏡の設計自由度の高いものとできる。この結果、高い光度を実現でき、反射型ダイオードの実用化を図ることができる。
【００３２】
また、本発明の本実施の形態においては、金属ブロック７により凹面形状を加工して形成した第１の反射鏡５を用いたことにより、温度変化に耐性を有し、樹脂面に金属蒸着した反射鏡等におけるような温度変化による皺の発生等によって第１の反射鏡５としての機能を失うということがない。このため反射面実装用のリフロー炉対応が可能となり、反射面実装部品として何ら制限なく用いることができるので、多量に実装される発光ダイオードとして適したものとなる。
【００３３】
さらに、第１の反射鏡５と第２の反射鏡８、第３の反射鏡１０から反射される反射光は、前記第１の反射鏡５と第２の反射鏡８、第３の反射鏡１０の反射面に全反射膜が形成されている。前記全反射膜はアルミニウム、金等の金属膜と非金属膜の誘電体多層膜で形成したり、あるいは前記全反射膜がＡｌ、Ａｕ、ＳｉＯ、ＭｇＦ２から選択する１種類以上を用いることが好ましい。
【００３４】
全反射膜は、紫外、可視そして赤外領域の広い範囲で高い反射率を持ち、信頼性の高い膜を用いている。また、前記全反射膜の反射率を高めるために、多層膜の誘電体膜しており、該全反射膜の厚みが１ｎｍ以上１００ｎｍ以下の範囲が好ましく、波長範囲が３８０ｎｍ以上８５０ｎｍ以下で全反射率が９９．９％以上とすることが好ましい。この範囲にすることにより、全反射膜の膜面の強度が強く、クリーニングが耐えられることにより、強い反射光を反射することができる。
【００３５】
図２は図１の第２の反射鏡８、第３の反射鏡１０の反射部分の拡大図である。図２において、第２の反射鏡８、第３の反射鏡１０と、平行光１００が第２の反射鏡８、第３の反射鏡１０と交わる点９ａ、点１１ａと前記平行光１００が光軸３１上との交点を点２１、点12と、第２の反射鏡８、第３の反射鏡１０と光軸３１との交点を点１８、点１９とし、反射面９、反射面１１を次のごとくで定義する。
【００３６】
距離Ｓ１：第２の反射鏡８と光軸３１と交わる点を点１９から平行光１００が光軸３１上との交わる点を点２１
距離Ｓ２：第３の反射鏡１０と光軸３１との交点を点１８から平行光１００が光軸３１上と交わる点２１
距離Ｓ３：第２の反射鏡８と光軸３１との交点を点１２から第３の反射鏡１０と光軸３１との交点を点１８
間隔Ｄ：第２の反射鏡８、第３の反射鏡１０と光軸３１との交点を点１９、点18との間隔
曲率半径Ｒ１：第２の反射鏡８
曲率半径Ｒ2：第３の反射鏡１０
発光素子２が発する光は第１の反射鏡５で全て光軸回転放物面の光軸３１に平行な反射光１００となって、発光素子２の背面側の第２の反射鏡８へ入射し、前記反射光１００が前記第２の反射鏡８の反射面９に交わる点９ａへ入射し、該反射光１００が反射し、さらに第３の反射鏡１０へ向って、該反射光１００が該第３の反射鏡１０と交わる点１１ａへ入射し、さらに反射される。反射した反射光１００が第３の反射鏡１０の焦点位置１２に集光する。
【００３７】
光軸３１に平行光１００が第２の反射鏡8で反射されて光軸３１と交わる点２１の、点１９からの距離Ｓ１を数１で表される。
【数１】
2006093643.tif 000003
【００３８】
この第２の反射鏡８だけによる焦光点１２の、第３の反射鏡１０の光軸３１との交点の点１８からの距離Ｓ２ は、第２の反射鏡８で反射される光線が最初の入射光の向きと反対になっているので、第２の反射鏡８、第３の反射鏡１０との間隔Ｄの符号をマイナスにすると数２のようになる。
【数２】
2006093643.tif 000004
【００３９】
そして、第３の反射鏡１０に入射する光線は最初の入射光の向きと反対に進むことで数３に上記のＳ2の値を入れると数４になる。
【数３】
2006093643.tif 000005
【数４】
2006093643.tif 000006
【００４０】
このように、曲率半径Ｒ１、Ｒ2および間隔Ｄ与えられると、数１〜４から、発光素子２が発する反射光１００が、図３の光ファイバー１５のコア１６の中心部に入射するためには、第３の反射鏡１０と光軸３１との交点18からの間隔がＳ２となるように配置するのが良いこと分かる。
【００４１】
図３は図１に示すように、反射型発光ダイオード３０の実施の形態を示す図である。図２において、図１と同一な構成については同一の参照番号を付してあり、図１と異なる点は、第３の反射鏡１０の形状によって反射光が集光とする焦点１２の位置に光ファイバー１５が配置されている。前記第３の反射鏡１０の形状で集光されて光ファイバー１５のコア１７に入射する。光ファイバ−１５は光軸上に配置してある。また、光ファイバー１５の端面部１６に対空気反射防止膜（Ａｌ２Ｏ３／ＳｉＯ２）の透過率が９９．９％以上とすることが好ましく、高結合効率が得ることができる。これによって、発光素子と対向して設けられた反射鏡の設計自由度をさらに増すことができる。
【００４２】
図４（ａ）は図３に示すように、反射型発光ダイオード４０の実施の形態を示す側面図、（ｂ）は反射型発光ダイオードの断面図である。図４（ａ）は図３と同一な構成については同一の参照番号を付してあり、図３と異なる点は、反射体の金属ブロック７の略中央部には、凹面形状の反射面から外面に貫通を加工し、発光素子２から出射された光線の一部を出射光２３として外部へ光取り出すための出口２４（貫通孔の出口を出口と呼ぶこととする。）が形成されており、出口２４に対向させて受光体２５（例えば、受光素子そのもの）が配置されている。
【００４３】
また、出口２４の位置は反射体の金属ブロック７の中央部に限るものではなく、発光素子２と光ファイバー１５との光結合に寄与しない位置、例えば、発光素子２から出射された光線のうち本来であれば第１の反射鏡５で反射した後、発光素子２自身やリード３ａ、リード３ｂに遮断されて外部へ出射されない光線の光路となる位置に設けてあればよい。つまり、光ファイバー１５との光結合に無効な凹面形状の反射面上の位置に出口２４を配置しているので、光ファイバー１５との光結合効率を低下させることなく、出射光２３を出口２４から光取り出し、受光体２５へ入射させることができる。この場合、受光体２５の受光波長範囲が４７０ｎｍ以上６４０以下である。
【００４４】
図４（ｂ）は（ａ）の断面図（Ａ−Ａ’）である。反射体の金属ブロック７が形成され、金属ブロック７の内側に第１の反射鏡５を形成し、さらに第１の反射鏡５の中央部にその一部の領域をくり抜いた出口２４が発光素子２の光軸と同じ光軸を有し、出口２４が形成している。
【００４５】
図５は図４に示すように、反射型発光ダイオード４５の実施の形態を示す図である。図５は図４と同一な構成については同一の参照番号を付してあり、図４と異なる点は、第１の反射鏡５の中央部に出口２４からの出射光２３を３原色に分解するＸ−キューブ２９（Ｘ−キューブ色分離光学系をＸ−キューブと呼ぶこととする）を含む受光体２５が配置されている点である。
【００４６】
出射光２３は、３原色に分離するＸ−キューブ２９へ入射し、第１のダイクロイック膜３２で赤色波長域光３４に分離し、赤色波長域光３４が赤色波長域光用の第１の受光素子２６へ反射して入射させることができる。出射光２３は、Ｘ−キューブ２９の第２のダイクロイック膜３３で青色波長域光３５に分離し、青色波長域光３５が青色波長域光用の第２の受光素子２７へ反射して入射させることができる。第１のダイクロイック膜３２、第２のダイクロイック膜３３で反射せず透過した緑色波長域光３６は、Ｘ−キューブ２９を透過して出射として緑色波長域光用の第３の受光素子２８へ入射させることができる。
【００４７】
なお、第１のダイクロイック膜３２側は、赤色波長域光（赤色波長６５０ｎｍ付近）用に不図示の  高屈折率層にＴｉＯ２（ｎ＝２．２７〜２．３０）膜、低屈折率層にＳｉＯ２（ｎ＝１．４６５〜１．４６８）膜を積層してなり積層数が４２層程度となっている。また、第２のダイクロイック膜３３は、青色波長域光（青色波長５２５ｎｍ付近）に高屈折率層にＴｉＯ２（ｎ＝２．３４〜２．４４）膜、低屈折率層にＳｉＯ２（ｎ＝１．４７０〜１．４７６）膜を積層してなり積層数が３５層程度になっている。ＴｉＯ２膜及びＳｉＯ２膜は、その個々の物理的膜厚がそれぞれ３０ｎｍ、２０ｎｍ（物理的膜厚比が３：２）で、赤色波長の物理的膜厚は１．１２μｍ及び青色波長の物理的膜厚は０．９５μｍである。高屈折率の薄膜層の材料としてはＺｒＯ２ （ｎ＝２．２０）など、低屈折率材料としてはＭｇＦ２ （ｎ＝１．３９）、ＣａＦ２ （ｎ＝１．３０）などを用いることもできる。さらに、例えば以下に挙げる種々の材料を、本発明の複屈折層を構成する高屈折率、低屈折率の薄膜層に利用することもできる。なお、（ ）内に示す数値は屈折率の概略値を表す。ＣｅＯ２ （２．４５）、ＳｎＯ２ （２．３０）、Ｔａ２ Ｏ５ （２．１２）、Ｉｎ２ Ｏ３ （２．００）、ＺｒＴｉＯ４ （２．０１）、ＨｆＯ２ （１．９１）、Ａｌ２ Ｏ３ （１．５９〜１．７０）、ＭｇＯ（１．７）、ＡＬＦ３、ダイヤモンド薄膜、ＬａＴｉＯｘ 、酸化サマリウムなど。また、高屈折率薄膜層用材料と低屈折率薄膜層用材料の組み合わせとしては、ＴｉＯ２ ／ＳｉＯ２ が好ましいが、Ｔａ２ Ｏ５ ／Ａｌ２ Ｏ３ 、ＨｆＯ２ ／ＳｉＯ２ 、ＭｇＯ／ＭｇＦ２ 、ＺｒＴｉＯ４ ／Ａｌ２ Ｏ３ 、ＣｅＯ２ ／ＣａＦ２ 、ＺｒＯ２ ／ＳｉＯ２ 、ＺｒＯ２ ／Ａｌ２ Ｏ３ 等も挙げられる。また、第１の受光素子２６、第２の受光素子２７と第３の受光素子２８のそれぞれの受光波長が６５０ｎｍ、５２５ｎｍと４７０ｎｍ付近とする構成となっている。
【００４８】
このようにして、光結合効率が大幅に増加するとともに反射鏡の設計自由度をさらに増すことができる反射型発光ダイオードとなる。
【実施例】
【００４９】
本発明実施例として図３の反射型発光ダイオード３０を作成した。
【００５０】
反射発光ダイオード３０は、光ファイバー１５、２個の光軸回転放物面形状が第１の反射鏡５と二つの反射鏡８と１個の光軸回転双曲面形状が二つの反射鏡１０、発光素子２を組み付けて構成した。
【００５１】
発光素子２が発する光が反射体の金属ブロック７により凹面形状を加工した光軸回転放物面であり。光軸回転放物面の面にアルミニウムの反射薄膜からなる反射層を真空蒸着し、保護膜としてＭｇＦ２をオーバーコートし、光を全反射する第１の反射鏡５を形成した。可視光域から近赤外線の波長については反射率がほぼ一定で使い易くしかも保護膜としてＭｇＦ２層を備えているため反射率は可視光線域から近赤線の範囲で約９９．５％であった。
【００５２】
次に、第２の反射鏡８、第３の反射鏡１０が光軸回転放物面と光軸回転双曲面の材料は一般的な光学系ガラスであるＢＫ７で形成した。その反射面に第１の反射鏡５と同じの反射薄膜からなる反射層を真空蒸着で形成した。また、反射薄膜の多層積層膜厚みが６５ｎｍで形成し、波長範囲が３５０ｎｍ以上７００ｎｍ以下で全反射率が９９．５％以上である。
【００５３】
一方、光ファイバー１５の端面１６に対空気反射防止膜（Ａｌ２Ｏ３／ＳｉＯ２）の透過率が９９．９％以上を施した。なお、これら反射防止膜は、波長は可視光域から近赤外線で最適化した。
【００５４】
一方、比較例として図７の反射型発光ダイオード５１ａを作製した。図７において、図６と同一な構成については同一の参照番号を付してあり、図６と異なる点は、凸レンズ５８と光ファイバー５９の形状によって反射光が集光する位置に光ファイバー５９のコア６０に入射するように端面６１を配置した。また、光ファイバー５９の端面６１が、本実施例、図３の光ファイバー１５の端面１６に対空気反射防止膜を形成したのと同一で、反射型発光ダイオードを完成させた。
【００５５】
本発明実施例と比較例の反射型発光ダイオード３０、５１ａのサンプルをそれぞれ１１個作製し、それらについて光学特性（結合効率）を測定した。光学特性の測定条件は、光波長λｏを６７０ｎｍ、ＬＥＤの光出力強度を０ｄＢｍまたは１ｍＷで行った。
【００５６】
測定系には、Ａｇｉｌｅｎｔ社のＡｇｉｌｅｎｔ８６１４２Ｂ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｓｐｅｃｔｒｕｍ  Ａｎａｌｉｚｅｒとして、固定レーザー光源モジュール（ＬＥＤ）として光パワー・センサ・モジュール（光波長λｏを６７０ｎｍ）を使用して測定を行った。
【００５７】
以上の測定条件で本発明の実施例、比較例の反射型発光ダイオードの光学特性評価結果を表１に示す。
【表１】
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【００５８】
これにより、本発明の実施例の１１個の結合効率の平均は、０．１０ｄＢであった。また、比較例の１１個の結合効率の平均は、０．２８ｄＢであった。したがって、本発明実施例は、比較例よりも十分に良好な光学特性を有し、それらの値も安定していることが確認できた。
【００５９】
比較例では、光を反射しやすいように反射鏡の材料として一般に市販の金属板を光学反射鏡としてそのまま用いたことに問題があった。即ち、市販の金属板には圧延時のロール痕であるキズが一方向についており、反射面粗度が小さいグレードのものでもこのキズの反射面粗度は発光ダイオードの発光波長程度以上であった。このため、反射鏡のマクロ形状はプレス加工で形成できても、反射面粗度が粗いため反射点で光が散乱し、十分な結合効率を向上させることができなかった。上記の金属板に銀メッキを施したが、反射面粗度には変化が認められず、十分な光学的鏡面を得ることができなかった。また、光透過性材料内の光が光透過性材料の界面から外部放射される際には、界面屈折があるため、反射鏡上で散乱した光の散乱度がさらに高まった。
【００６０】
以上の結果から明らかな様に、第１の反射鏡５は金属ブロック７により凹面形状を加工したことと、第２の反射鏡8、第３の反射鏡１０が第１の反射鏡５からの全ての反射光を反射し、光ファイバー１５のコア１７内に入射する際、安定したと光結合特性を一層向上させることができた。また、金属ブロック７により凹面形状を加工して形成した第１の反射鏡５を用いたことにより、温度変化に耐性を有し、樹脂面に金属蒸着した反射鏡等におけるような温度変化による皺の発生等によって反射鏡としての機能を失うということがなかった。
【００６１】
さらに、光結合特性のばらつきが小さく信頼性が高く、反射系は、屈折系に比して色収差が無いことによって光学特性に優れた反射発光ダイオードを実現した。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の反射型発光ダイオードを示す図である。
【図２】図１の第２の反射鏡、第３の反射鏡の反射部分の拡大図である。
【図３】本発明の反射型発光ダイオードの他の実施形態を示す図である。
【図４】（ａ）、（ｂ）は、本発明の反射型発光ダイオードの他の実施形態を示す図である。
【図５】本発明の反射型発光ダイオードの他の実施形態を示す図である。
【図６】従来の反射型発光ダイオードを示す図である。
【図７】従来の比較例の反射型発光ダイオードを示す図である。
【符号の説明】
【００６３】
１、３０、４０、４５、５１、５１ａ：反射型発光ダイオード
２、５２：発光素子
３ａ、３ｂ、５３ａ，５３ｂ：リード
４、５４：ワイヤ
５：第１の反射鏡
６：光透過性材料
７：金属ブロック
８：第２の反射鏡
１０：第３の反射鏡
９、１１：反射面
９ａ、１１ａ：交わる点
１２：焦点
１８、１９、２１：交点
１５、５９：光ファイバー
１６、６１：光ファイバー端面
１７、６０：コア
２３：出射光
２４：出口
２５：受光体
２６：第１の受光素子
２７：第２の受光素子
２８：第３の受光素子
２９：Ｘ−キューブ色分離光学系
３１：光軸
３２：第１のダイクロイック膜
３３：第２のダイクロイック膜
３４：赤色波長域光
３５：青色波長域光
３６：緑色波長域光
５５：反射鏡
５６：透明エポキシ樹脂
５６ａ：放射面形状
５６ｂ：反射鏡形状
５７ａ，５７ｂ：リード引き出し部
５８：レンズ
１００：平行光
【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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【図６】
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【図７】
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