(57)【要約】      （修正有）【課題】混色を図る領域を短くしつつ、確実に混色を行うことにより色むらを解消する。【解決手段】LEDパッケージ１，２，…，９が導光板１０の入光端面T1に沿って間隔Sで平行に１列に配列されている。各LEDパッケージ１，２，…，９は、赤色LEDチップR、緑色LEDチップG及び青色LEDチップBを有する。LEDパッケージ１，２，…，９の発光面長手方向と入光端面T1とが垂直にされている。各LEDパッケージ１，２，…，９の赤色LEDチップR、緑色LEDチップG及び青色LEDチップBからの赤色光、緑色光及び青色光は導光板１０の入光端面T1に到達する前に混色する、つまり、色むらは解消されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明部材よりなる導光板と、
異なる発光色の複数の単色点状発光素子を有し、これら複数の単色点状発光素子が前記導光板の入光端面に垂直に仮想線上に順に配列された発光装置と、
前記各単色点状発光素子からの光を反射して前記導光板の入光端面に入光させる反射部材と
を具備するサイドエッジ型面状発光装置。
【請求項２】
前記発光装置は複数個あり、該複数個の発光装置は前記導光板の入光端面に平行に１列に配列された請求項１に記載のサイドエッジ型面状発光装置。
【請求項３】
前記反射部材は前記発光装置からの光に対して斜め直線状の断面形状を有する請求項１に記載のサイドエッジ型面状発光装置。
【請求項４】
前記反射部材は前記発光装置からの光に対して曲線状の断面形状を有する請求項１に記載のサイドエッジ型面状発光装置。
【請求項５】
前記反射部材の表面は拡散効果がある凹凸反射面である請求項１に記載のサイドエッジ型面状発光装置。
【請求項６】
前記反射部材を含む筐体はライトガイドとして作用させ、前記各単色点状発光素子からの光を前記筐体内で複数回反射させるようにした請求項１に記載のサイドエッジ型面状発光装置。
【請求項７】
前記導光板の入光端面は該導光板の出光面と平行である請求項１に記載のサイドエッジ型面状発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は発光素子パッケージたとえば発光ダイオード（LED）パッケージよりなる発光装置を導光板と組合せたサイドエッジ型面状発光装置に関する。サイドエッジ型面状発光装置はたとえば液晶表示（LCD）装置のバックライト光源として用いられる。
【背景技術】
【０００２】
LCD装置のバックライト光源として用いられる面状発光装置は冷陰極蛍光ランプ（CCFL）の代りにLED素子を用いたものが主流となっている。これにより、薄型化、軽量化、省電力化等を図っている。LED素子を用いた面状発光装置はサイドエッジ型と直下型とに大別されるが、サイドエッジ型面状発光装置は直下型面状発光装置に比較して薄型化の点で特に優れている。
【０００３】
図１２は第１の従来のサイドエッジ型面状発光装置を示す平面図である（参照：特許文献１）。
【０００４】
図１２においては、赤(R)、緑(G)、青(B)の単色で発光するLEDパッケージ１０１，１０２，…，１０９が導光板１１０の入光端面T1に平行に間隔Sで配置されている。また、LEDパッケージ１０１，１０２，…，１０９からの光が導光板１１０の入光端面T1に到達した時点で混色されるように、LEDパッケージ１０１，１０２，…，１０９と導光板１１０の入光端面T1との距離D11，D12が設計される。尚、D11は輝度むら解消距離、D12は色むら解消距離であり、後述のごとく、2・D11=D12なる関係を有する。これらの距離D11，D12を確保するために、図示しないが、実際には、LEDパッケージ１０１，１０２，…，１０９は、実装基板及び実装基板を囲む２つの側壁よりなる筐体によって保持される。この筐体の開口部は導光板１１０の入光端面T1に対向している。
【０００５】
図１３は図１２の輝度むら解消距離D11及び色むら解消距離D12を説明するための図である。図１３において、LEDパッケージたとえば１０４，１０５，１０６からの光はランバーシアン的指向特性を有し、ある程度以上の強さを有する光（以下、単に「光」ともいう）の指向角をθとする。
【０００６】
始めに、LEDパッケージ１０４，１０５，１０６の３色の光の輝度むらが解消する輝度むら解消距離D11は、
D11 = S/tanθ                （１）
で表わされる。つまり、輝度むら解消距離D11では、２色の光が重なり合っている。
【０００７】
また、LEDパッケージ１０４，１０５，１０６の３色の光が混色する、つまり、色むらが解消する色むら解消距離D12は、
D12 = 2S/tanθ                （２）
で表わされる。つまり、色むら解消距離D12では、３色の光が重なり合っている。
【０００８】
このように、図１２のサイドエッジ型面状発光装置においては、LEDパッケージ１０１，１０２，…，１０９と導光板１１０の入光端面T1との距離を上述の関係とすることにより輝度むらを解消すると共に色むらの解消つまり混色を図っている。
【０００９】
図１４は第２の従来のサイドエッジ型面状発光装置を示す平面図である（参照：特許文献２の図８）。
【００１０】
図１４においては、LEDパッケージ２０１，２０２，…，２０９が導光板２１０の入光端面T1に沿って平行に１列に配列されている。この場合、各LEDパッケージ２０１，２０２，…，２０９は、複数の単色点状LEDチップたとえば赤色LEDチップR、緑色LEDチップG及び青色LEDチップBを有し、しかも、各LEDパッケージ２０１，２０２，…，２０９における赤色LEDチップR、緑色LEDチップG及び青色LEDチップBは導光板２１０の入光端面T1に間隔Pで平行に１列に配列されている。図示しないが、実際には、LEDパッケージ２０１，２０２，…，２０９の赤色LEDチップR、緑色LEDチップG及び青色LEDチップBは導光板２１０の入光端面T1に対向しかつ接近している。
【００１１】
図１５は図１４の色むら解消距離D21及び輝度むら解消距離D22を説明するための図である。図１５においても、LEDパッケージたとえば２０４，２０５，２０６の赤色LEDチップR、緑色LEDチップG及び青色LEDチップBからの赤色光RL、緑色光GL及び青色光BLはランバーシアン的指向特性を有し、ある程度以上の強さを有する光の指向角をθとする。
【００１２】
始めに、各LEDパッケージ２０４，２０５，２０６の赤色LEDチップR、緑色LEDチップG、青色LEDチップBの３色の光が混色する、つまり、混色する色むら解消距離D21は、
D21 = 2P/tanθ                （３）
で表わされる。つまり、色むら解消距離D21では、３色の光が重なり合っている。
【００１３】
他方、各LEDパッケージ２０４，２０５，２０６の赤色LEDチップR、緑色LEDチップG、青色LEDチップBの輝度むら解消距離D22は、
D22 = （S+P）/tanθ                （４）
で表わされる。つまり、輝度むら解消距離D22では、３つのLEDパッケージ２０４，２０５，２０６の光が重なり合っている。
【００１４】
このように、図１４のサイドエッジ型面状発光装置においては、導光板２１０内の距離D22で示される混色／輝度むら解消領域A1によって輝度むらを解消すると共に色むらの解消つまり混色を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開２００５−１０８６７５号公報
【特許文献２】特開２００９−２１８１７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、図１２のサイドエッジ型面状発光装置においては、輝度むらの解消及び色むらの解消を図るためには、LEDパッケージ１０１，１０２，…，１０９と導光板１１０の入光端面T1との距離を十分大きくしなければならず、この結果、装置が大型化するという課題がある。しかも、各色のLEDパッケージ１０１，１０２，…，１０９が導光板１１０の入光端面T1に平行に配列されているので、導光板１１０においても、各色が強く出現するという課題もある。
【００１７】
他方、図１４のサイドエッジ型面状発光装置においては、導光板２１０において混色／輝度むら解消領域A1が大きく、その分、有効領域A2が小さいという課題がある。しかも、各色のLEDチップR、G、Bが導光板２１０の入光端面T1に平行に配列されているので、導光板２１０の有効領域A2においても、各色が強く出現するという課題もある。
【００１８】
以上より、本発明は、発光色の異なる発光素子を光源として備えるサイドエッジ型面状発光装置において、混色を図る領域を短くしつつ、確実に混色を行うことにより色むらを解消することを、その解決しようとする課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上述の課題を解決するために、本発明に係るサイドエッジ型面状発光装置は、透明部材よりなる導光板と、異なる発光色の複数の単色点状発光素子を有し、これら複数の単色点状発光素子が導光板の入光端面に垂直に仮想線上に順に配列された発光装置と、各単色点状発光素子からの光を反射して導光板の入光端面に入光させる反射部材とを具備する。これにより、各単色点状発光素子からの光は反射部材によって反射されて導光板の入光端面に到達した時点で重なり合う。
【００２０】
以上の構成により、本発明は、異なる発光色を生ずる単色点状発光素子からの光（所定の発光強度の光）が、その発光位置から所定距離の位置で他の発光色を生ずる単色点状発光素子からの光と混じることで混色する。また、本発明では、混色した単色点状発光素子からの光が、反射部材により入光端面に向けて反射された後、入光端面から導光板内部に入光する。
【００２１】
つまり、本発明では、異なる発光色を生ずる複数の単色点状発光素子の配列を入光端面と垂直方向に（当該入光端面から順に離れるように）配置し、この単色点状発光素子からの光が反射部材を介して入光端面から導光板に入射することで、当該異なる発光色の単色点状発光素子からの光の混色を行う際の光の向きと入光端面から入光する際の光の向きとを異なる方向にさせて、混色を行った後に導光板に入射するようにしている。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、発光色の異なる発光素子を光源として備えるサイドエッジ型面状発光装置において、混色を図る領域を短くしつつ、確実に混色を行うことにより色むらを解消することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明に係るサイドエッジ型面状発光装置の原理を示す断面図である。
【図２】図１のサイドエッジ型面状発光装置の混色機能を説明する図である。
【図３】図１の距離Dを説明するための図である。
【図４】本発明に係るサイドエッジ型面状発光装置の第１の実施の形態を示す断面図である。
【図５】図４のサイドエッジ型面状発光装置の斜視図である。
【図６】図４のサイドエッジ型面状発光装置の混色機能を説明する図である。
【図７】図４のサイドエッジ型面状発光装置の変更例を示す断面図である。
【図８】図７のサイドエッジ型面状発光装置の混色機能を説明する図である。
【図９】本発明に係るサイドエッジ型面状発光装置の第２の実施の形態を示す断面図である。
【図１０】本発明に係るサイドエッジ型面状発光装置の第３の実施の形態を示す断面図である。
【図１１】本発明に係るサイドエッジ型面状発光装置の第４の実施の形態を示す断面図である。
【図１２】第１の従来のサイドエッジ型面状発光装置を示す平面図である。
【図１３】図１２の距離D11、D12を説明するための図である。
【図１４】第２の従来のサイドエッジ型面状発光装置を示す平面図である。
【図１５】図１４の距離D21、D22を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図１は本発明に係るサイドエッジ型面状発光装置の原理を示す平面図である。
【００２５】
図１においては、発光装置としてのLEDパッケージ１，２，…，９が導光板１０の入光端面T1に沿って間隔Sで平行に１列に配列されている。この場合、各LEDパッケージ１，２，…，９は、複数の単色点状発光素子（LEDチップ）たとえば赤色LEDチップR、緑色LEDチップG及び青色LEDチップBを有する。ここで、赤色LEDチップR、緑色LEDチップG及び青色LEDチップBは、その配列方向が導光板１０の入光端面T1に対して間隔Pで垂直に１列に配列されている。つまり、LEDパッケージ１，２，…，９の発光面長手方向と入光端面T1の長手方向とが垂直にされている。図１に図示しないが、実際には、LEDパッケージ１，２，…，９は、実装基板及び実装基板を囲む２つの側壁よりなる筐体によって保持され、この筐体の開口部が導光板１０の入光端面T1に対向している。
【００２６】
LEDパッケージ１，２，…，９は上述のごとく構成されているので、各LEDパッケージ１，２，…，９の赤色LEDチップR、緑色LEDチップG及び青色LEDチップBからの赤色光、緑色光及び青色光は、図２に示すように、その発光位置から所定距離の位置（L=2A）で隣り合う他の発光色を生ずるLEDチップからの光と混じることで混色する。また、本発明では、混色したLEDチップからの光が反射部材Mにより入光端面T1に向けて反射された後に入光端面T1から導光板１０の内部に入光する、つまり、導光板１０に入光する前に色むらは解消されている。
【００２７】
図３は図１の輝度むら解消距離Dを説明するための図である。図３においても、LEDパッケージたとえば４，５，６からの混色された光はランバーシアン的指向特性を有し、ある程度以上の強さを有する光の指向角をθとする。
【００２８】
次に、本発明において、輝度むらを解消する原理について説明する。各LEDパッケージ４，５，６の赤色LEDチップR、緑色LEDチップG、青色LEDチップBからの光は導光板１０の入光端面T1に入光する前に上述の通り混色しているので、各LEDパッケージ４，５，６から発生している光は入光端面T1に到達する前に白色光となっている。ここで、各LEDパッケージ４，５，６から発生している所定強度の白色光が重なり合うことで輝度むらを解消できるとして、このときの距離を輝度むら解消距離Dとすると、輝度むら解消距離Dは、
D = S/tanθ                （５）
で表わされる。
【００２９】
このように、図１のサイドエッジ型面状発光装置においては、当該装置内の輝度むら解消距離Dで示される輝度むら解消領域A1’によって輝度むらを解消する。このとき、（４）式と（５）式を比較して分かるように、D < D12であるので、当該装置の輝度むら解消領域A1’は小さく、その分、有効領域A2が大きくなる。しかも、各色のLEDチップR、G、Bが導光板１０の入光端面T1に垂直に１列に配列されているので、導光板１０の有効領域においても、各色が強く出現することはない。従って、色むらを解消できる。
【００３０】
図４は本発明に係るサイドエッジ型面状発光装置の第１の実施の形態を示す断面図、図５は図４の斜視図である。
【００３１】
図４、図５において、LEDパッケージ１，２，…，９は、実装基板１１ａ及び実装基板１１ａを囲む２つの側壁１１ｂ、１１ｃよりなる筐体１１によって保持され、この筐体１１の開口部が導光板１０の入光端面T1に対向している。
【００３２】
上述のごとく、LEDパッケージ１，２，…，９は筐体１１内で導光板１０の入光端面T1に平行に１列に配列されている。また、各LEDパッケージ１，２，…，９は、赤色LEDチップR、緑色LEDチップG及び青色LEDチップBを有する。ここで、赤色LEDチップR、緑色LEDチップG及び青色LEDチップBは、その配列方向が、導光板１０の入光端面T1に垂直に１列に配列されている。つまり、図５において、LEDパッケージの発光面長手方向と入光端面T1の長手方向とが垂直にされている。これにより、各LEDパッケージ１，２，…，９の赤色LEDチップR、緑色LEDチップG及び青色LEDチップBからの赤色光RL、緑色光GL及び青色光BLは側壁１１ｂの凹凸反射面Fで反射した後に導光板１０の入光端面T1に入光する。
【００３３】
側壁１１ｂは反射部材として作用し、導光板１０の入光端面T1に対して斜めたとえば45°の直線状の断面形状を有する。このとき、側壁１１ｂは、たとえば白色反射面等の拡散効果がある反射面である。また、たとえば、図４、図６に示すように、各LEDパッケージ１，２，…，９の赤色LEDチップR、緑色LEDチップG及び青色LEDチップBからの赤色光RL、緑色光GL及び青色光BLが導光板１０の入光端面T1において、より拡散するように、側壁１１ｂの凹凸反射面Fはプリズムカットあるいはローレットカットを施してもよい。尚、側壁１１ｂ、１１ｃは樹脂にアルミニウム等の金属を蒸着等を行うことにより形成される。
【００３４】
導光板１０は透明部材たとえばアクリル樹脂、ポリカーボネートよりなる。導光板１０の底面T2及び反入光端面T3には、光を反射するための反射板１２が設けられている。また、導光板１０の出光面T4には、光を拡散するための拡散板１３が設けられている。尚、導光板１０は、図示のごとく、楔形形状でもよく、また、矩形形状でもよい。
【００３５】
上述のごとく、各LEDパッケージ１，２，…，９の赤色LEDチップR、緑色LEDチップG及び青色LEDチップBからの赤色光、緑色光及び青色光は筐体１１内で混色して導光板１０の入光端面T1に到達する。これを図６を参照して説明する。図６においても、各LEDパッケージ１，２，…，９の赤色LEDチップR、緑色LEDチップG及び青色LEDチップBからの光はランバーシアン的指向特性を有し、ある程度以上の強さを有する光の指向角をθとする。
【００３６】
図６に示すように、赤色LEDチップR、緑色LEDチップG及び青色LEDチップBからの赤色光RL、緑色光GL及び青色光BLは側壁１１ｂの凹凸反射面Fにおいて反射して導光板１０の入光端面T1に向う。この場合、導光板１０の入光端面T1において、赤色光RL、緑色光GL及び青色光BLは重なり合う。尚、側壁１１ｂに凹凸がある場合には、その凹凸反射面Fの凹凸によってさらに拡散するので、赤色光RL、緑色光GL及び青色光BLはほぼ完全に重なり合い、この結果、導光板１０の入光端面T1に到達する前に、赤色光RL、緑色光GL及び青色光BLは混色する、つまり、色むらは解消する。
【００３７】
図７は図４のサイドエッジ型面状発光装置の変更例を示す断面図である。
【００３８】
図７においては、図４の斜め直線状の断面形状を有する側壁１１ｂの代りに、曲線状たとえば放物線状の断面形状を有する側壁１１ｂ’を設け、これにより、各LEDパッケージ１，２，…，９の赤色LEDチップR、緑色LEDチップG及び青色LEDチップBからの赤色光RL、緑色光GL及び青色光BLが導光板１０の入光端面T1に入光する前に、混色するようにしてある。これを図８を参照して説明する。
【００３９】
図８に示すように、赤色LEDチップR、緑色LEDチップG及び青色LEDチップBからの赤色光RL、緑色光GL及び青色光BLは側壁１１ｂ’の凹凸反射面Fにおいて反射する。この場合、側壁１１ｂ’の断面形状が曲線状となっている分、赤色光RL、緑色光GL及び青色光BLの各成分は外側の方が内側より大きく反射され、この結果、図４の場合に比較してさらに拡散する。つまり、図８の導光板１０の入光端面T1においては赤色光RL、緑色光GL及び青色光BLのずれは小さくなる。さらに、実際には、側壁１１ｂ’の凹凸反射面Fの凹凸によってさらに拡散するので、赤色光RL、緑色光GL及び青色光BLはさらに完全に重なり合い、この結果、導光板１０の入光端面T1において、赤色光RL、緑色光GL及び青色光BLはさらに混色する、つまり、色むらは解消する。
【００４０】
図９は本発明に係るサイドエッジ型面状発光装置の第２の実施の形態を示す断面図であり、（Ａ）においては、筐体１１は、実装基板１１ａ及び２つの直線状の断面形状を有する側壁１１ｄ、１１ｅを有し、（Ｂ）においては、筐体１１は、実装基板１１ａ及び曲線状たとえば放物線状の断面形状を有する側壁１１ｄ’ 及び直線状の断面形状を有する側壁１１ｅを有する。この場合、側壁１１ｄ（１１ｄ’）及び１１ｅは共に凹凸反射面Fを有する。
【００４１】
図９の（Ａ）、（Ｂ）のいずれにおいても、側壁１１ｄ（１１ｄ’）及び１１ｅは図４、図７の側壁１１ｂ（１１ｂ’）及び１１ｃより長く、従って、筐体１１はライトガイドの作用をする。
【００４２】
図９の（Ａ）においては、赤色LEDチップR、緑色LEDチップG及び青色LEDチップBからの赤色光RL、緑色光GL及び青色光BLは側壁１１ｄの凹凸反射面Fと側壁１１ｅの凹凸反射面Fとの間で複数回反射して導光板１０の入光端面T1に向う。この場合、導光板１０の入光端面T1においては赤色光RL、緑色光GL及び青色光BLは少しずれているが、実際には、側壁１１ｄの凹凸反射面Fの凹凸によってさらに拡散するので、赤色光RL、緑色光GL及び青色光BLはほぼ完全に重なり合い、この結果、導光板１０の入光端面T1において、赤色光RL、緑色光GL及び青色光BLはさらに混色する、つまり、色むらは解消する。
【００４３】
他方、図９の（Ｂ）においては、赤色LEDチップR、緑色LEDチップG及び青色LEDチップBからの赤色光RL、緑色光GL及び青色光BLは側壁１１ｄ’の凹凸反射面Fと側壁１１ｅの凹凸反射面Fとの間で複数回反射する。この場合、側壁１１ｄ’の断面形状が曲線状となっている分、赤色光RL、緑色光GL及び青色光BLの各成分は外側の方が内側より大きく反射され、この結果、（Ａ）の場合に比較してより拡散する。従って、導光板１０の入光端面T1においては赤色光RL、緑色光GL及び青色光BLのずれは小さくなる。さらに、実際には、側壁１１ｂ’、１１ｅの凹凸反射面Fの凹凸によってさらに拡散するので、赤色光RL、緑色光GL及び青色光BLはさらに完全に重なり合い、この結果、導光板１０の入光端面T1において、赤色光RL、緑色光GL及び青色光BLはさらに混色する、つまり、色むらは解消する。
【００４４】
図１０は本発明に係るサイドエッジ型面状発光装置の第３の実施の形態を示す断面図であり、（Ａ）においては、図４のサイドエッジ型面状発光装置の導光板１０を曲げて反射板１４で被覆し、その先端に筐体１１を設け、また、（Ｂ）においては、図７のサイドエッジ型面状発光装置の導光板１０を曲げて反射板１４で被覆し、その先端に筐体１１を設けたものである。つまり、導光板１０の入光端面T1はその出光面T4と平行となる。これにより、入光端面T1で白色光を受けた導光板１０の曲げ部分が輝度むら解消領域A1’として作用するので、導光板１０の有効領域A2が実質的増大する。
【００４５】
図１１は本発明に係るサイドエッジ型面状発光装置の第４の実施の形態を示す断面図であり、（Ａ）においては、図９の（Ａ）のサイドエッジ型面状発光装置の導光板１０を曲げて反射板１４で被覆し、その先端に筐体１１を設け、また、（Ｂ）においては、図９の（Ｂ）のサイドエッジ型面状発光装置の導光板１０を曲げて反射板１４で被覆し、その先端に筐体１１を設けたものである。つまり、導光板１０の入光端面T1はその出光面T4と平行となる。これにより、入光端面T1で白色光を受けた導光板１０の曲げ部分が輝度むら解消領域A1’として作用するので、導光板１０の有効領域A2が実質的増大する。
【００４６】
尚、上述の発明の実施の形態においては、LEDパッケージ１，２，…，９のLEDチップの数及び色も他の数及び色になし得る。たとえば、赤色LEDチップを2個、緑色LEDチップを1個、青色LEDチップを1個とすることができる。
【符号の説明】
【００４７】
１，２，…，９：LEDパッケージ
１０：導光板
１１：筐体
１１ａ：実装基板 
１１ｂ、１１ｂ’、１１ｃ、１１ｄ、１１ｄ’、１１ｅ：側壁
１２：反射板
１３：拡散板
１４：反射板
１０１，１０２，…，１０９：LEDパッケージ
１１０：導光板
２０１，２０２，…，２０９：LEDパッケージ
２１０：導光板
T1：入光端面
T2：底面
T3：反入光端面
T4：出光面
R：赤色LEDチップ
G：緑色LEDチップ
B：青色LEDチップ
RL：赤色光
GL：緑色光
BL：青色光
D：輝度むら解消距離
D11：輝度むら解消距離
D12：色むら解消距離
D21：色むら解消距離
D22：輝度むら解消距離
A1：混色／輝度むら解消領域
A1’：輝度むら解消領域
A2：有効領域
F：凹凸反射面
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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