(57)【要約】【課題】  異なる波長の単色光を出射する複数のＬＥＤからの単色光を、効率良くミキシングしつつ且つ効率良く導光板に入射させることができる面光源装置を提供する。【解決手段】  本発明の面光源装置１は、波長の異なる単色光を出射する複数のＬＥＤチップ８と、このＬＥＤチップを覆って配置された透明封止樹脂１２とを有するＬＥＤチップ列６と、このＬＥＤチップ列から出射した光が入射する導光板２２と、ＬＥＤチップ列と導光板との間に、ＬＥＤチップ列の透明封止樹脂と導光板と光学的に密着するように設けられたシリコーンゴム層２０と、を備え、シリコーンゴム層を構成するシリコーンゴムの屈折率は、透明樹脂の屈折率に略等しいか、前記透明樹脂の屈折率よりも大きく、導光板の屈折率よりも小さいことを特徴としている。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長の異なる単色光を混合して使用する面光源装置であって、
波長の異なる単色光を出射する複数の発光素子と、該発光素子を覆って配置された透明樹脂層とを有する発光素子アレイと、
前記発光素子アレイから出射した光が入射する導光板と、
前記発光素子アレイと前記導光板との間に、前記発光素子アレイの透明樹脂層と前記導光板と光学的に密着するように設けられたシリコーンゴム層と、を備え、
前記シリコーンゴム層を構成するシリコーンゴムの屈折率は、前記透明樹脂の屈折率に略等しいか、前記透明樹脂の屈折率よりも大きく、前記導光板の屈折率よりも小さい、
ことを特徴とする面光源装置。
【請求項２】
前記シリコーンゴム層は、前記発光素子アレイと前記導光板によって加圧された状態で前記発光素子アレイと前記導光板と光学的に密着している、
請求項１に記載の面光源装置。
【請求項３】
前記シリコーンゴム層に拡散剤を分散するか、気泡を分散形成した、
請求項１または２に記載の面光源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、面光源装置に関し、詳細には、異なる波長の単色光を出射する複数の発光素子（例えば、発光ダイオード）からの単色光を混合し白色光として使用する面光源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶画面等のバックライトに発光ダイオード（ＬＥＤ）を使用する場合には、異なる波長の単色光（Ｒ、Ｇ、Ｂ）を発生させるＬＥＤをそれぞれ樹脂で封止してＬＥＤモジュールとし、異なる波長の単色光（Ｒ、Ｇ、Ｂ）を発生させるＬＥＤモジュールを組み合わせて配置することによって単色光から白色光を生成し、生成した白色光をＬＥＤモジュールから空気層を介して配置された導光板の表面から出射させ面光源としている。厳密には、ＬＥＤからの光は、数１０〜数１００ｎｍの波長分布を持ち、単色光ではないが、ここでは便宜上単色光と表現する。
【０００３】
ＬＥＤを封止する樹脂としてエポキシ樹脂やシリコーン樹脂が用いられる。このような樹脂（以下「封止樹脂」と呼ぶ）の屈折率は、１．４〜１．５５程度であり、空気の屈折率に比してかなり高い。このため、封止樹脂の内部のＬＥＤから発光される光は、封止樹脂から出射して封止樹脂の外側の空気層に入射する際、封止樹脂の表面である空気界面における入射角度が臨界角（封止樹脂の屈折率が１．４１の場合４５°）以上になると、空気界面で全反射してしまいＬＥＤ側に戻ってしまう。
【０００４】
そこで、例えば、ＬＥＤが載置される基板の実装面の反射率を高くすることによって、空気界面で全反射した光を実装面で再度、反射させ、ＬＥＤモジュールからの出射効率を向上させる方法が提案されている（特許文献１）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１６５１２４号公報
【０００６】
しかしながら、このような方法では、封止樹脂の表面で全反射した光は、基板の実装面で再度、反射するものの、封止樹脂内をかなり長い距離伝播することになるため、最終的にＬＥＤモジュールから出射するまでに減衰し、その結果、出射効率が低下してしまうという問題がある。
【０００７】
また、孔版やインクジェットによって、個々のＬＥＤチップにレンズを形成する構成も採用されるが、このような構成には、レンズによって各ＬＥＤからの出射光を平行光に近づけことになるため、出射効率は向上させることができる反面、異なる波長の単色光を出射する複数の発光素子からの光のミキシングが行われにくくなるという問題がある。さらに、位置あわせ工程等が必要となるため、製造コストが上昇するという問題もある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は上述した問題を解決するためになされたものであり、異なる波長の単色光を出射する複数のＬＥＤからの光を、効率良くミキシングしつつ且つ効率良く導光板に入射させることができる面光源装置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】
波長の異なる単色光を混合して使用する面光源装置であって、波長の異なる単色光を出射する複数の発光素子と、該発光素子を覆って配置された透明樹脂層とを有する発光素子アレイと、前記発光素子アレイから出射した光が入射する導光板と、前記発光素子アレイと前記導光板との間に、前記発光素子アレイの透明樹脂層と前記導光板と光学的に密着するように設けられたシリコーンゴム層と、を備え、前記シリコーンゴム層を構成するシリコーンゴムの屈折率は、前記透明樹脂の屈折率に略等しいか、前記透明樹脂の屈折率よりも大きく、前記導光板の屈折率よりも小さい、ことを特徴とする面光源装置が提供される。
【００１０】
このように構成された本発明においては、空気より屈折率が高い材料であるシリコーンゴムで構成されたシリコーンゴム層が発光素子アレイを覆う透明樹脂に光学的に密着して設けられているため、透明樹脂から出射する光に臨界角は大きくなる。即ち、透明樹脂から出射しようとする光が透明樹脂の表面で全反射しにくくなり、発光素子から発光された光を効率よく透明樹脂から出射させることができる。また、透明樹脂と導光板との間の屈折率が空気より屈折率が高く、導光板内を伝播する光の角度が広がるため、色のミキシングの効率が向上する。
【００１１】
本発明の他の好ましい態様によれば、前記シリコーンゴム層の一面又は両面が、タック性を有する。
このような構成によれば、シリコーンゴム層と透明樹脂または／および導光板との密着性を向上させることができ、発光素子アレイから出射する光が、より効率的にシリコーンゴムまたは導光板に入射する。
【００１２】
本発明の他の好ましい態様によれば、前記シリコーンゴム層に拡散剤を分散するか、気泡を分散形成する。
このような構成によれば、導光板の光入射端面近傍において、特定角度からＬＥＤ像が観察されることが少なく、導光板からの出射光を全反射プリズムで法線方向に光を偏向するシステムにおいても、導光板の光入射端面近傍でも輝線が観察されることがない。
【００１３】
本発明の他の好ましい態様によれば、前記発光素子を拡散剤または気泡を分散させた透明樹脂層で覆った後、さらに透明樹脂層で覆った発光素子アレイを用いる。
このような構成によれば、導光板の光入射端面近傍において、特定角度からＬＥＤ像が観察されることがなく、導光板からの出射光を全反射プリズムで法線方向に光を偏向するシステムにおいても、導光板の光入射端面近傍でも輝線が観察されることがない。更には色のミキシング効率が上がり、短い距離で白が達成される。
【００１４】
本発明の他の好ましい態様によれば、前記発光素子を覆って配置された透明樹脂層に、該発光素子アレイの直上に略Ｖ字状或いは略Ｕ字状の溝を形成する。
このような構成によれば、導光板の光入射端面近傍において、特定角度からＬＥＤ像が観察されることがなく、導光板からの出射光を全反射プリズムで法線方向に光を偏向するシステムにおいても、導光板の光入射端面近傍でも輝線が観察されることがない。更には色のミキシング効率が上がり、短い距離で白が達成される。
【００１５】
本発明の他の好ましい態様によれば、前記発光素子を覆って配置された透明樹脂層に、該発光素子の直上で略円錐状或いは略楕円体状の凹部を形成している。
このような構成によれば、導光板の光入射端面近傍において、特定角度からＬＥＤ像が観察されることがなく、導光板からの出射光を全反射プリズムで法線方向に光を偏向するシステムにおいても、導光板の光入射端面近傍でも輝線が観察されることがない。更には色のミキシング効率が上がり、短い距離で白が達成される。
【００１６】
本発明の他の好ましい態様によれば、前記シリコーンゴム層は、前記発光素子アレイと前記導光板によって加圧された状態で前記発光素子アレイと前記導光板と光学的に密着している。
このような構成によれば、シリコーンゴム層と透明樹脂、及び、シリコーンゴム層と導光板との光学的な密着を確実に維持することができ、発光素子アレイから出射する光がシリコーンゴム層を経て導光板に効率よく入射する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、異なる波長の単色光を出射する複数のＬＥＤからの単色光を、効率良くミキシングしつつ且つ効率良く導光板に入射させることができる面光源装置が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、添付図面を参照して本発明の好ましい実施形態の面光源装置について説明する。図１は、本発明の第１実施形態による面光源装置を示す概略断面図であり、図２は、図１のII−II線に沿った断面図である。図３は、面光源を構成する前のＬＥＤを実装した基板の上面図である。
【００１９】
本実施形態の面光源装置１は、液晶表示装置のバックライト等に使用される面光源装置であり、図１及び図２に示すように、基板２と、この基板２上には配置されたリフレクタ筺体４とを備えている。リフレクタ筐体４は、上方に向かって拡がる断面台形状の切欠き部分が長手方向に延びるように形成された細長い矩形状の部材であり、台形状の切欠き部分の側面が細長い傾斜面４ａ、４ａとなっている。
【００２０】
リフレクタ筐体４内の基板２上、詳細には、基板２の傾斜面４ａに挟まれた位置には、発光素子アレイであるＬＥＤチップ列６が配置されている。このＬＥＤチップ列６は、図２に示されているように、複数の発光素子であるＬＥＤチップ８が所定間隔で配列されたものである。
【００２１】
なお、ＬＥＤチップ列６は、ミキシング後の色に所望の白色光が得られるように、広範囲な色の再現性や温度特性の補償等の点を考慮し、所定の割合でＲＧＢの単色ＬＥＤ（ＬＥＤチップ８）を混ぜて配置することによって構成されている。本実施形態のＬＥＤチップ列６には、Ｒ（赤）＝２、Ｇ（緑）＝３、Ｂ（青）＝１の割合で、ＲＧＢの単色ＬＥＤ（ＬＥＤチップ８）が含まれている。
ＬＥＤチップの大きさＳ１は、１ｍｍ、隣り合う各ＬＥＤチップ８同士の間隔Ｐ１は、例えば、約１０ｍｍである。さらに基板の長さＬ１は３００ｍｍ、基板の幅Ｗ１は１２ｍｍである。また、本実施形態のＬＥＤチップ列６は、ＬＥＤチップ８が一列に配置された構成であるが、本発明は、ＬＥＤチップ８を２列に配置した構成でもよい。さらに、このＬＥＤチップ列６は、導光板２２の入光面の厚みの範囲内で、さらに列を増やして設定してもよい。
【００２２】
ＬＥＤチップ用のアノード電極（図示せず）は、導電性シート（図示せず）によって基板２上の電極（図示せず）に接続されている。また、ＬＥＤチップ用のカソード電極（図示せず）は、基板２の上面に形成された電気配線（図示せず）とリード線（図示せず）によってボンディングされている。
【００２３】
リフレクタ筐体４の台形状の切欠き部分には、透明封止樹脂１２が充填され、ＬＥＤチップ列６を構成する各ＬＥＤチップ８を封止している。透明封止樹脂１２としては、例えば、２液性のシリコーン樹脂（屈折率１．４１）が使用される。
また、リフレクタ筐体４の傾斜面４ａには反射層１４が設けられ、この反射層１４により、各ＬＥＤチップ８から側方に出射した光が上方に向けて反射されるように構成されている。
各ＬＥＤチップ８が配置されている基板２の上面にも、高反射率を有する印刷等の加工が施されている。さらに、基板２の下面には、放熱シート１６を介して放熱フィン１８が取り付けられ、各ＬＥＤチップ８が生成した熱を逃がすように構成されている。
【００２４】
本実施形態では、基板２、リフレクタ筐体４、ＬＥＤチップ８を含むＬＥＤチップ列６、封止樹脂１２等によって発光素子アレイが構成されている。
【００２５】
透明封止樹脂１２の上面は平坦に形成されており、この上面には透明なシリコーンゴム板２０が光学的に密着して配置されている。ここで、「光学的に密着」とは、光透過性を有する物体どうしがその間に空気層を形成することなく密着している状態をいう。
【００２６】
本実施形態では、シリコーンゴム板２０の材料として、屈折率１．４７５、貯蔵弾性率１．６×１０7ｄｙｎ/ｃｍ2のシリコーンゴムが使用されている。ここで、貯蔵弾性率とは、例えば、高分子材料に正弦的に変化する応力を与えた時、その歪は同じ周波数で位相の遅れた正弦波波形となるが、その１周期あたりに貯蔵され完全に回復されるエネルギーの尺度のことである。さらに、シリコーンゴム板２０の表面（上面および下面）はタック性を有している。なお、シリコーンゴム板２０の表面（上面および下面）の一方のみがタック性を有しているものでもよい。
【００２７】
シリコーンゴム板２０の上方には、導光板２２が配置されている。シリコーンゴム板２０は、ＬＥＤチップ列６を封止している透明封止樹脂１２の層と、導光板２２の入射端面と、光学的に密着するように配置されている。
【００２８】
導光板２２は、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）等の透明樹脂で構成されている。なお、本実施形態の面光源装置１におけるＬＥＤアレイは、矩形の導光板２２の両側端部に沿って配置されているが、図１では、導光板２２の一側端部側の構造のみ、他側端部側は省略している。
【００２９】
本実施形態のシリコーンゴム板２０は、面光源装置１を組み立てる際に、透明封止樹脂１２の上面と導光板２２の入射端との間隔よりも少し厚めのものが用意され、圧縮された状態で透明封止樹脂１２の上面と導光板２２の入射端の間に挿入される。この結果、シリコーンゴム板２０は、発光素子アレイ上の透明封止樹脂１２と導光板２２入射端とによって加圧された状態で、光学的に密着している。
【００３０】
また、透明封止樹脂１２、シリコーンゴム板２０、及び導光板２２は、互いの界面における反射をより少なくするために、透明封止樹脂１２の屈折率ｎ１、シリコーンゴム板２０の屈折率ｎ２、導光板２２の屈折率ｎ３の関係は、次の式（１）及び式（２）の関係を満たすことが好ましい。
ｎ１＜ｎ２＜ｎ３                                                （１）
ｎ３−ｎ１＜０．１                                              （２）
【００３１】
上述した本実施形態による面光源装置１によれば、シリコーンゴム板２０が圧縮された状態で透明封止樹脂１２と導光板２２との間に配置されているため、シリコーンゴム板２０と透明封止樹脂１２の光学密着性、及び、シリコーンゴム板２０と導光板２２の光学密着性を常に十分に保つことができ、空気との界面での反射が無くなり、各ＬＥＤチップ８から出射した光を効率良くシリコーンゴム板２０を透過させて、導光板２２へ入射させることができる。
【００３２】
また、本実施形態による面光源装置１によれば、透明封止樹脂１２と導光板２２の間に挿入されたシリコーンゴム板２０の表面はタック性を有するため、シリコーンゴム板２０と透明封止樹脂１２及び導光板２２との密着性を向上させることができる。この結果、シリコーンゴム板２０と透明封止樹脂１２及び導光板２２との間に間隙が生じにくくなり、各ＬＥＤチップ８から出射する光をできるだけ全反射させずにシリコーンゴム板２０を透過させて、効率よく導光板２２へ入射させることができる。
【００３３】
さらに、本実施形態による面光源装置１では、ＬＥＤチップ８から出射した単色光は略屈折率の等しい層を通過するため、全反射することがなく、広い角度範囲の光が導光板２２中を導光し、短い距離で効率よくミキシングが行われる。
【００３４】
つぎに、本発明の第２実施形態の面光源装置について説明する。
図４は、本発明の第２実施形態による面光源装置を示す概略断面図であり、図５は、図４のＶ−Ｖ線に沿った断面図である。図６は、面光源装置を構成する前のＬＥＤを実装した基板の上面図である。
第２実施形態の面光源装置は、シリコーンゴム層とＬＥＤの封止樹脂に拡散剤が分散されていること、基板に凹部があり、その凹部内にＬＥＤが実装されていることを除いては、第１実施形態と同一構造を有する。このため、第２実施形態では、第１実施形態と同一の構成部分には同一の符号を付し、それらの説明を省略する。
【００３５】
本実施形態の面光源装置３０においては、基板２にＬＥＤチップ８を実装するための凹部が形成されており、凹部内にＬＥＤチップ８が実装された後、その凹部には拡散剤を分散させた封止樹脂３２が充填されている。
基板２は、アルミニウム基材の上に絶縁層を塗布し、更にその上銅箔等の導体を貼り付け、フォトリソプロセスにより配線パターンを形成し、その後金型を使用して凹凸を形成する。凹部形状のすり鉢状の斜面は、リフレクターとしての役目を担っている。
また、封止樹脂３２中に分散させる拡散剤としては、透明封止樹脂の屈折率と異なる粒子であり、耐熱性の高いものを選ぶ必要がある。例えば、分散を良くするためにフェニルシラン処理したシリカ粒子を使用する。それ以外には、数１００ｎｍ〜数μオーダーの気泡を分散形成することも考えられる。
さらに、シリコーンゴム層３４内にも拡散剤が分散されている。このように２層の拡散剤を含んだ層を設けることにより、ミキシングの効率が上がるとともに、導光板の光出射る面からＬＥＤ像が観察されなくなり、品位が向上する。
【００３６】
つぎに、本発明の第３実施形態の面光源装置について説明する。
図７は、本発明の第３実施形態による面光源装置を示す概略断面図であり、図８は、図７のVIII−VIII線に沿った断面図である。図９は、面光源装置を構成する前のＬＥＤを実装した基板の上面図である。
第３実施形態の面光源装置４０は、ＬＥＤを覆っている透明樹脂層４２のＬＥＤ直上の導光板側表面に略Ｕ字状の溝４４を、基板長手方向に連続形成ことを除いては、第１実施形態と同一構造を有する。このため、第３実施形態では、第１実施形態と同一の構成部分には同一の符号を付し、それらの説明を省略する。
【００３７】
ＬＥＤを覆っている透明樹脂層４２は、硬化の際突起を持った金型を押し当て、透明樹脂層４２に略Ｕ字状の溝４４を形成している。この溝４４の断面形状は、三角形状、双曲線形状および楕円形状の一部が採用される。
第３実施形態のＬＥＤチップ８の大きさＳ３は、０．３ｍｍ、隣り合う各ＬＥＤチップ８同士の間隔Ｐ３は約２．５ｍｍである。さらに基板２の長さＬ１は３００ｍｍ、基板の幅Ｗ１は１２ｍｍである。
すなわち、第３実施形態の面光源装置４０では、導光板の光入射端面近傍において、特定角度からＬＥＤ像が観察されることが少なく、特に楔型導光板からの出射光を全反射プリズムで導光板の光出射面の法線方向に光を偏向するシステムにおいても、導光板の光入射端面近傍でも、直接ＬＥＤ像が輝線として観察されることがない。さらにこの溝とシリコーンゴム層により、色のミキシング効率が上昇する。
【００３８】
つぎに、本発明の第４実施形態の面光源装置について説明する。
図１０は、本発明の第４実施形態による面光源装置を示す概略断面図であり、図１１は、図１０のXI−XI線に沿った断面図である。面光源装置を構成する前のＬＥＤを実装した基板は図６と同様である。
第４実施形態の面光源装置５０は、基板２に凹部があり、その凹部内にＬＥＤ８が実装されていること及びＬＥＤ８を覆っている透明樹脂層５２のＬＥＤ直上に導光板側表面に略楕円体状の溝５４を形成していることを除いては、第１実施形態と同一構造を有する。このため、第４実施形態では、第１実施形態と同一の構成部分には同一の符号を付し、それらの説明を省略する。
【００３９】
ＬＥＤ８を覆っている透明樹脂層５２は、硬化の際突起を持った金型を押し当て、ＬＥＤ単位毎に透明樹脂層５２に略Ｕ字状の溝５４を形成している。この溝５４の断面形状は、三角形状、双曲線形状および楕円形状の一部が採用される。
すなわち第４実施形態の面光源装置５０では、導光板の光入射端面近傍において、特定角度からＬＥＤ像が観察されることが少なく、特に楔型導光板からの出射光を全反射プリズムで導光板の光出射面の法線方向に光を偏向するシステムにおいても、導光板の光入射端面近傍でも、直接ＬＥＤ像が輝線として観察されることがない。さらに、溝５４とシリコーンゴム層２０により、色のミキシング効率が上昇する。
【００４０】
つぎに、本発明の第５実施形態の面光源装置について説明する。
図１２は、本発明の第５実施形態による面光源装置を示す概略断面図であり、図１３は、図１２のXIII−XIII線に沿った断面図である。面光源装置を構成する前のＬＥＤを実装した基板は図９と同様である。
第５実施形態の面光源装置６０は、ＬＥＤを覆っている透明樹脂層６２のＬＥＤ直上の導光板側表面に略Ｖ字状の溝６４を基板長手方向に連続形成したことを除いては第１実施形態と同一構造を有する。このため、第５実施形態では、第１実施形態と同一の構成部分には同一の符号を付し、それらの説明を省略する。
【００４１】
ＬＥＤ８を覆っている透明樹脂層６２は、硬化の際突起を持った金型を押し当て、ＬＥＤ単位毎に透明樹脂層６２に略Ｖ字状の溝６４を形成している。正確には、ＬＥＤ発光面法線方向近傍の光を反射層１４で一回反射させることを狙った構造であり、導光板方向に多少膨らんだ設計となっている。
すなわち、第５実施形態の面光源装置６０では、導光板２２の光入射端面近傍において、特定角度からＬＥＤ像が観察されることが少なく、特に楔型導光板からの出射光を全反射プリズムで導光板の光出射面の法線方向に光を偏向するシステムにおいても、導光板の光入射端面近傍でも、直接ＬＥＤ像が輝線として観察されることがない。さらに溝６４とシリコーンゴム層２０により、色のミキシング効率が上昇する。
【００４２】
本発明の上記実施形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範囲内で種々の変更、変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の第１実施形態による面光源装置を示す正面断面図である。
【図２】図１のII−II線に沿った断面図である。
【図３】第１実施形態に使用する面光源を構成する前のＬＥＤチップを実装した基板の上面図である。
【図４】本発明の第２実施形態による面光源装置を示す正面断面図である。
【図５】図４のＶ−Ｖ線に沿った断面図である。
【図６】第２実施形態に使用する面光源を構成する前のＬＥＤチップを実装した基板の上面図である。
【図７】本発明の第３実施形態による面光源装置を示す正面断面図である。
【図８】図７のVIII−VIII線に沿った断面図である。
【図９】第３実施形態に使用する面光源を構成する前のＬＥＤチップを実装した基板の上面図である。
【図１０】本発明の第４実施形態による面光源装置を示す正面断面図である。
【図１１】図１０のXI−XI線に沿った断面図である。
【図１２】本発明の第５実施形態による面光源装置を示す正面断面図である。
【図１３】図１２のXIII−XIII線に沿った断面図である。
【符号の説明】
【００４４】
１，３０，４０，５０，６０  面光源装置
２  基板
４  リフレクタ筺体
６  ＬＥＤチップ列
８  ＬＥＤチップ
１０  リード線
１２，４２，５２，６２  透明封止樹脂
１４  反射層
１６  放熱シート
１８  放熱フィン
２０  シリコーンゴム板
２２  導光板
３２  封止樹脂
３４  シリコーンゴム層
４４  連続略Ｕ字状溝
５４  略Ｕ字状溝
６４  連続略Ｖ字状溝
【図１】
2007036044.tif 000003
【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】
2007036044.tif 000009
【図８】
2007036044.tif 000010
【図９】
2007036044.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
2007036044.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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