JP2015220131A - 拡散カバー、照明ランプ、照明装置及び拡散カバーの製造方法 - Google Patents

拡散カバー、照明ランプ、照明装置及び拡散カバーの製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】製造コストを抑えながらも光の高透過性及び高拡散性を有する拡散カバー、それを用いた照明ランプ、照明装置及びその拡散カバーの製造方法を提供する。
【解決手段】拡散カバー2は、発光部11が収容される光透過性のカバー本体3と、カバー本体3に設けられ、発光部11から出射された光を拡散する複数の空洞5が基材6に充填された拡散膜4と、を有する。
【選択図】図4

Description

本発明は、光を拡散する拡散カバー、それを用いた照明ランプ、照明装置及びその拡散カバーの製造方法に関する。
LED等の固体発光素子を光源とする照明ランプにおいて、例えば指向性が強い光源から出射された光を拡散するため、従来から、様々な光拡散技術が提案されている。特許文献1には、樹脂と金属酸化物とからなる光拡散膜に空洞が存在し、内部に発光部が収容される光拡散カバーが開示されている。この特許文献1は、光拡散膜に添加された金属酸化物によって、発光部から出射される光を拡散させつつ、光拡散膜に存在する空洞によって、光の透過率を向上させようとするものである。
特開2013−161680号公報(請求項1、請求項6、第6頁〜第7頁)
しかしながら、特許文献1に開示された光拡散カバーは、発光部から出射される光を拡散させるために、光拡散膜に、金属酸化物が添加されている。このため、特許文献1は、金属酸化物が必要となる分、製造コストが増加する。
本発明は、上記のような課題を背景としてなされたもので、製造コストを抑えながらも光の高透過性及び高拡散性を有する拡散カバー、それを用いた照明ランプ、照明装置及びその拡散カバーの製造方法を提供するものである。
本発明に係る拡散カバーは、発光部が収容される光透過性のカバー本体と、カバー本体に設けられ、発光部から出射された光を拡散する複数の空洞が基材に充填された拡散膜と、を有することを特徴とする。
本発明によれば、拡散膜に空洞が備わっているため、光の透過性を高めつつ、光の拡散性を向上させることができる。
実施の形態1に係る照明ランプ1を示す斜視図である。 実施の形態1に係る照明ランプ1を示す正面断面図である。 実施の形態1に係る照明ランプ1を示す側面図である。 実施の形態1に係る照明ランプ1を示す側面断面図である。 実施の形態1における空洞5を示す側面断面図である。 実施の形態1における空洞5を示す側面断面図である。 実施の形態1における空洞5を示す側面断面図である。 実施の形態1に係る照明ランプ1の作用を示す側面断面図である。 第1変形例に係る照明ランプ100を示す側面断面図である。 第2変形例に係る照明ランプ200を示す側面断面図である。 実施の形態1に係る照明装置30を示す斜視図である。 実施の形態2に係る照明装置330を示す正面図である。 実施の形態3に係る照明ランプ400を示す正面図である。 実施の形態3に係る照明装置430を示す正面図である。
以下、本発明に係る拡散カバー、照明ランプ、照明装置及び拡散カバーの製造方法の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施の形態によって本発明が限定されるものではない。また、図1を含め、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。
実施の形態1.
図1は、実施の形態1に係る照明ランプ1を示す斜視図である。この図1に基づいて、照明ランプ1について説明する。図1に示すように、照明ランプ1は、光源モジュール10と、給電口金13と、アース口金14と、拡散カバー2とを備えている。
(光源モジュール10)
図2は、実施の形態1に係る照明ランプ1を示す正面断面図であり、図1のA−A断面図である。図2に示すように、光源モジュール10は、発光部11と、この発光部11が設置されるヒートシンク12とを備えており、発光部11は、例えば複数のLED11aと、一面に配線パターン(図示せず)が設けられ、LED11aが実装された基板11bとを備えている。
(LED11a)
本実施の形態1では、発光素子がLED11aの場合について説明する。上記のとおり、LED11aは基板11bに実装されており、基板11bの表面において、例えば、直線的に一列に配置されている。そして、LED11aと、基板11bの一面に設けられた配線パターンとが接続されることによって、光源回路が形成されている。LED11aとしては、例えば、440nm〜480nm程度の波長の青色光を発するLEDチップ上に、青色光を黄色光に波長変換する蛍光体を設けてパッケージ化された疑似白色LEDを用いることができる。
なお、LEDチップが基板11bに直接実装されたCOB(Chip On Board)等を用いてもよい。また、LED11aの個数、配置又は種類は、照明ランプ1の用途等に応じて、適宜変更することも可能である。更に、LED11aではなく、LD(レーザダイオード)又は有機EL等の発光素子(デバイス)を使用することもできる。発光素子として、有機EL等を用いる場合、複数の発光素子を基板11bに実装する代わりに、長手方向に延在した板状の1個の発光素子を、基板11bに実装するようにしてもよい。
(基板11b)
基板11bは、例えば長手方向(矢印Y方向)に延在した部材である。前述の如く、この基板11bには、その長手方向(矢印Y方向)に沿って、複数のLED11aが実装されている。また、基板11bには、ダイオード、ヒューズ又は抵抗等からなり、LED11aを点灯させるための点灯回路素子(図示せず)も実装されている。そして、基板11bは、その一端において、給電口金13の給電端子13aと電気的に接続されており、外部電源から給電端子13aを介して、基板11bの点灯回路素子が給電される。これにより、LED11aが点灯する。
基板11bの材料としては、ガラスエポキシ材料、紙フェノール材料、コンポジット材料又はアルミニウム(Al)等の金属材料等が、部品の配置、放熱性、材料コストを考慮して選定され、使用されている。基板11bの寸法として、厚さは、例えば1mm程度であるが、1mmより厚くても薄くてもよい。なお、基板11bの表面には、LED11aから出射される光の利用効率を向上させるために、塗布、印刷又は蒸着等の方法を用いて、反射材料が形成されてもよい。この場合、基板11bにおけるLED11aが実装された表面に、反射材料が形成されることにより、更に光の利用効率を向上させることができる。
(ヒートシンク12)
ヒートシンク12は、例えば長手方向(矢印Y方向)に延在した部材であり、熱伝導性を備えた熱伝導部材である。このヒートシンク12は、平坦部12aと円弧部12bとで構成されており、ヒートシンク12の平坦部12aに、発光部11が設置されている。具体的には、発光部11の基板11bの長手方向(矢印Y方向)が、ヒートシンク12の平坦部12aの長手方向(矢印Y方向)に対し平行に載置されている。
そして、ヒートシンク12は、例えば接着材12cを用いて、円筒状の拡散カバー2に接着されており、ヒートシンク12における拡散カバー2に接着されている部分は、拡散カバー2の内壁に沿うように円弧状の円弧部12bとなっている。このように、ヒートシンク12は、発光部11の基板11bと拡散カバー2とを接続するものであり、これにより、ヒートシンク12は、LED11aから発生する動作熱を、拡散カバー2に伝達して、照明ランプ1の外に放熱する。
なお、ヒートシンク12は、照明ランプ1の長手方向(矢印Y方向)を支持するために必要な剛性を備えており、線膨張係数が小さいことが好ましい。また、ヒートシンク12は、金属材料を押出成形加工して形成してもよいが、押出成形以外の方法で形成してもよい。この金属材料としては、アルミニウム(Al)又は鉄(Fe)等を用いることができる。なお、ヒートシンク12は、金属材料ではなく、セラミックでもよいし、熱伝導性を備えるフィラーが添加された高熱伝導性樹脂としてもよい。
(給電口金13)
給電口金13は、口金部の一例であり、図1に示すように、給電口金13は、拡散カバー2の一端部に取り付けられている。この給電口金13は、導電性を有する一対の給電端子13aと、これらの給電端子13aが埋め込まれた有底円筒状の給電口金筐体13b(ベース部材)とを備えている。給電端子13aは、前述の如く、基板11bの一端と電気的に接続されており、照明器具20の外部電源に接続されることにより、基板11bの点灯回路素子が給電される。
給電端子13aは、例えば導電性を有する金属材料で形成されており、また、給電口金筐体13bは、例えば絶縁性を有する樹脂材料で形成されている。これらの給電端子13aと給電口金筐体13bとは、インサート成形等で一体的に形成されている。なお、給電口金13は、例えばGX16タイプの口金を用いることができるが、そのほかの種類の口金、例えばG13タイプ等の口金を用いてもよい。
(アース口金14)
アース口金14は、口金部の一例であり、図1に示すように、拡散カバー2の他端部に取り付けられている。このアース口金14は、導電性を有するアース端子14aと、このアース端子14aが埋め込まれた有底円筒状のアース口金筐体14b(ベース部材)とを備えている。このアース端子14aが、照明器具20のアース部に接続されることにより、照明ランプ1が接地される。
アース端子14aは、例えば導電性を有する金属材料で形成されており、また、アース口金筐体14bは、例えば絶縁性を有する樹脂材料で形成されている。これらのアース端子14aとアース口金筐体14bとは、インサート成形等で一体的に形成されている。なお、アース口金14は、例えばGX16タイプの口金を用いることができるが、そのほかの種類の口金、例えばG13タイプ等の口金を用いてもよい。
(拡散カバー2)
拡散カバー2は、例えば長手方向(矢印Y方向)に延在した円筒状の部材であり、この場合、外管バルブ、筒管又は直管とも呼称される。この拡散カバー2は、発光部11が収容されるものである。図3は、実施の形態1に係る照明ランプ1を示す側面図である。図3に示すように、拡散カバー2は、カバー本体3と、このカバー本体3に設けられた拡散膜4とを備えている。
(カバー本体3)
カバー本体3は、光透過性を有するものであり、例えばガラスとすることができるが、樹脂としてもよい。そして、このカバー本体3における内壁面3aと外壁面3bとのうち、内壁面3aに拡散膜4が形成されている。このように、拡散膜4は、カバー本体3の内壁面3aに形成された内面拡散膜4aを備えている。
(拡散膜4)
図4は、実施の形態1に係る照明ランプ1を示す側面断面図であり、図3の破線で囲まれた部分の拡大図である。図4に示すように、内面拡散膜4aは、複数の空洞5が充填された基材6で構成されている。この基材6は、例えば、アクリルを使用することができる。この場合、そのアクリルの分子量は、10万M〜100万Mである。なお、基材6は、アクリルに限らず、ポリカーボネート、エポキシ等の樹脂とすることができるが、そのほかの透明な樹脂としてもよい。また、基材6は、樹脂に限らず、低融点ガラスとしてもよい。
また、上記のとおり、この基材6には、空洞5が充填されており、この空洞5は、発光部11から出射された光を拡散するものである。本実施の形態1において、光を拡散する拡散媒体は、空洞5のみである。この空洞5は、例えばその最大外形寸法が1μm〜9μmであるが、その最大外形寸法は、光の拡散性、透過率等を考慮した上で適宜変更可能である。本実施の形態1においては、基材6の内部に、多様な大きさの空洞5がランダムに充填されている。また、この空洞5は、例えばその数が1×10個/mm〜1×1010個/mmであるが、好ましくは、その数が1×10個/mm〜1×10個/mmである。そして、この空洞5の数も、光の透過率及び光の拡散性等を考慮した上で適宜変更可能である。図5、図6、図7は、実施の形態1における空洞5を示す側面断面図である。空洞5の形状は、図5に示すように、円形(球体)としてもよいし、図6に示すように、楕円形(楕円体)としてもよいし、図7に示すように、不定形としてもよい。最大外形寸法は、これらの空洞5における外形寸法の最大値を示すものである。
このように、内面拡散膜4aは、基材6に空洞5が充填されたものであり、その膜厚は、例えば10μm〜12μmであるが、その膜厚は適宜変更することができる。更に、内面拡散膜4aにおいて、基材6には、架橋材が添加されてもよい。これにより、内面拡散膜4aの強度が向上する。
次に、本実施の形態1に係る照明ランプ1の製造方法について説明する。先ず、基材6が溶剤で液状化され、この液状化された基材6が、カバー本体3に塗布される。次に、この基材6が加熱されて乾燥される。その後、更に、基材6が加熱されて、基材6が硬化される。そして、その二回目の加熱の際に、基材6が硬化されると同時に、基材6の内部に空洞5が生成される反応が起きる。これにより、基材6の内部に空洞5が生成される。なお、その際、空洞5が生成される上で、その反応時間及び反応温度が適宜変更されることにより、空洞5の大きさ又は数等が制御される。このようにして、カバー本体3に拡散膜4が形成され、これにより、拡散カバー2が製造される。そして、この拡散カバー2の内部に発光部11が収容されて、照明ランプ1が製造される。
次に、本実施の形態1に係る照明ランプ1の作用について説明する。図8は、実施の形態1に係る照明ランプ1の作用を示す側面断面図である。図8に示すように、発光部11から出射された光が、内面拡散膜4aにおける空洞5に到達すると、光は、基材6と空洞5との境界で屈折される。そして、屈折された光は、基材6と空洞5との境界で屈折が繰り返され、内面拡散膜4aの外側、即ち、カバー本体3の側に出射される。このように、発光部11から出射された光は、空洞5によって屈折され、その結果、拡散される。
ここで、空気の屈折率は、約1.0003であり、基材6として使用されるアクリルの屈折率は、約1.49である。基材として使用されるアクリルに、拡散材としてガラスフィラが添加された拡散膜は、ガラスの屈折率が約1.4585であり、これは、アクリルの屈折率との差が小さい。このため、アクリルにガラスフィラが添加された拡散膜は、光の屈折性が低く、光の拡散性が低い。これに対し、本実施の形態1の内面拡散膜4aは、基材6として使用されるアクリルの屈折率と、空洞5、即ち空気の屈折率との差が大きい。このため、内面拡散膜4aは、光の屈折率が高く、従って、光の拡散性が高い。そして、空洞5は、光の透過率が高いため、本実施の形態1に係る照明ランプ1は、光の透過性を高めつつ、光の拡散性を向上させることができる。
また、本実施の形態1は、空洞5の大きさ又は数等を制御することによって、要求された仕様に対応する光の透過性及び光の拡散性を得ることができる。更に、本実施の形態1に係る拡散カバー2は、空洞5によって光を拡散させており、光を拡散する上で、拡散材を使用していない。このため、光の拡散性は、空洞5の大きさ又は数等を制御するだけで済む。従って、光の拡散性の調整が簡便である。更に、照明ランプ1は、拡散材を使用していないため、製造コストを低減することもできる。
また、拡散カバーが、拡散膜のみで形成された照明ランプは、その強度を保つため、拡散膜の膜厚が1mm程度である。このように、拡散膜の膜厚が厚いと、仮に、この拡散膜に空洞5を充填しようとしても、その空洞5の大きさ又は数等を制御することが極めて困難である。これに対し、本実施の形態1に係る拡散カバー2は、カバー本体3と拡散膜4とで構成されるものであり、カバー本体3によって、強度を維持することができる。このため、拡散膜4の膜厚を薄くすることができ、従って、空洞5の大きさ又は数等の制御も容易である。
(第1変形例)
次に、本実施の形態1の第1変形例に係る照明ランプ100について説明する。図9は、第1変形例に係る照明ランプ100を示す側面断面図である。図9に示すように、第1変形例における拡散膜104は、カバー本体3における内壁面3aと外壁面3bとのうち、外壁面3bに外面拡散膜104bを備えている。そして、この外面拡散膜104bは、複数の空洞5が充填された基材6で構成されている。拡散カバー102は、この第1変形例のように、カバー本体3の外壁面3bに外面拡散膜104bを備えていてもよく、この外面拡散膜104bにおいても、内面拡散膜4aと同様に、充填された空洞5によって、光の透過性を高めつつ、カバー本体3の厚み寸法の分だけ、光源(発光部11)からの距離が増えるため、光の拡散性を向上させることができる。また、基材6を調整することによって、仮に照明ランプ100が割れても破片の飛び散りを防止する防飛フィルムとしての効果を得ることもできるし、カバー本体3の損傷を防止する効果を得ることもできる。
(第2変形例)
次に、本実施の形態1の第2変形例に係る照明ランプ200について説明する。図10は、第2変形例に係る照明ランプ200を示す側面断面図である。図10に示すように、第2変形例における拡散膜204は、カバー本体3における内壁面3aと外壁面3bとのうち、内壁面3a及び外壁面3bに、内面拡散膜204a及び外面拡散膜204bを備えている。即ち、拡散膜204は、カバー本体3における両壁面に設けられている。そして、これらの内面拡散膜204a及び外面拡散膜204bは、いずれも、複数の空洞5が充填された基材6で構成されている。拡散カバー202は、この第2変形例のように、カバー本体3の両壁面に内面拡散膜204a及び外面拡散膜204bを備えていてもよく、これらの内面拡散膜204a及び外面拡散膜204bにより、光の透過性が更に向上し、また、光の拡散性を更に高めることができる。
(照明装置30)
次に、本実施の形態1の照明装置30について説明する。図11は、実施の形態1に係る照明装置30を示す斜視図である。図11に示すように、照明装置30は、実施の形態1に係る直管の形状をなしている照明ランプ1と、この照明ランプ1が取り付けられる照明器具20とを備えている。照明器具20は、例えば部屋の天井に取り付けられ、長手方向(矢印Y方向)に延在した本体部21と、本体部21の両端部に形成されたソケット22とを備えている。
照明ランプ1は、その両端部が、ソケット22に差し込まれ、照明器具20に取り付けられる。その際、給電口金13の給電端子13aがソケット22の端子と接続され、また、アース口金14のアース端子14aがソケット22の端子と接続される。この照明装置30は、直管の形状をなしている照明ランプ1を備えているものであり、照明装置30が、部屋の天井に取り付けられることにより、部屋を照らすものである。
実施の形態2.
次に、本実施の形態2に係る照明装置330について説明する。図12は、実施の形態2に係る照明装置330を示す正面図である。本実施の形態2は、拡散カバー302が、長手方向(矢印Y方向)に延在した筒状の部材であり、その断面形状が、例えば台形状をなしている点で、実施の形態1と相違する。本実施の形態2では、実施の形態1と共通する部分は同一の符号を付して説明を省略し、実施の形態1との相違点を中心に説明する。
本実施の形態2では、図12に示すように、照明ランプ300が、ランプ取付面321、例えば天井に直付けされている。照明ランプ300における発光部(図示せず)は、口金が設けられておらず、天井から直接給電される。このように、本発明の拡散カバーは、ランプ取付面に直付けされるタイプの拡散カバーにも転用することができ、これは、拡散カバーの材質がガラスである場合に、特に有効である。
実施の形態3.
次に、本実施の形態3に係る照明ランプ400について説明する。図13は、実施の形態3に係る照明ランプ400を示す正面図である。本実施の形態3は、拡散カバー402が、電球のグローブの形状をなしており、電球形の照明ランプ400である点で、実施の形態1と相違する。本実施の形態3では、実施の形態1と共通する部分は同一の符号を付して説明を省略し、実施の形態1との相違点を中心に説明する。
図13に示すように、照明ランプ400は、拡散カバー402と、筐体410と、口金部411とを備えている。このうち、筐体410は、金属筐体部410aと樹脂筐体部410bとを備えている。
拡散カバー402は、形状以外の構成が実施の形態1における拡散カバー402と同様であり、その形状がドーム状である点で、実施の形態1と相違する。この拡散カバー402が、筒状の金属筐体部410aの一端部に嵌合しており、この金属筐体部410aには、複数の放熱フィンが形成されている。そして、金属筐体部410aの他端部には、筒状の樹脂筐体部410bの一端部が嵌合しており、この樹脂筐体部410bは、金属筐体部410aと口金部411とを絶縁するものである。更に、樹脂筐体部410bの他端部に筒状の口金部411の一端部が嵌合しており、この口金部411の他端部には口金端子411aが形成されている。そして、外部電源から口金端子411aを介して照明ランプ400の内部に収容される発光部(図示せず)が給電される。
本実施の形態3における拡散カバー402は、前述の如く、形状以外の構成が、実施の形態1と同様である。このため、実施の形態3のような電球形の照明ランプ400においても、実施の形態1で得られる光の透過性及び光の拡散性を得ることができる。
(照明装置430)
次に、本実施の形態3の照明装置430について説明する。図14は、実施の形態3に係る照明装置430を示す正面図である。図14に示すように、照明装置430は、実施の形態3に係る電球の形状をなしている拡散カバー402を備えた電球形の照明ランプ400と、この照明ランプ400が取り付けられる照明器具420とを備えている。照明器具420は、例えば部屋の天井に設けられており、器具取付部421と、器具本体422と、ソケット423と、リフレクタ424とを備えている。
天井の器具取付部421には、照明ランプ400を格納できる大きさの孔が設けられており、これが器具本体422となっている。この器具本体422は、奥部に、照明ランプ400が取り付けられるソケット423が設けられており、このソケット423に、照明ランプ400の口金部411が取り付けられることによって、照明ランプ400が器具本体422に装着される。なお、この器具本体422の内壁には、照明ランプ400から出射された光を反射するためのドーム状のリフレクタ424が設けられている。
このように、実施の形態3の照明ランプ400は、天井に設置して天井用の照明装置430として使用することが可能であるが、そのほかの照明装置430として使用することも可能である。例えばデスクに設置してデスクを照らす照明装置430として使用することもできる。
1 照明ランプ、2 拡散カバー、3 カバー本体、3a 内壁面、3b 外壁面、4 拡散膜、4a 内面拡散膜、5 空洞、6 基材、10 光源モジュール、11 発光部、11a LED、11b 基板、12 ヒートシンク、12a 平坦部、12b 円弧部、12c 接着材、13 給電口金、13a 給電端子、13b 給電口金筐体、14 アース口金、14a アース端子、14b アース口金筐体、20 照明器具、21 本体部、22 ソケット、30 照明装置、100 照明ランプ、102 拡散カバー、104 拡散膜、104b 外面拡散膜、200 照明ランプ、202 拡散カバー、204 拡散膜、204a 内面拡散膜、204b 外面拡散膜、300 照明ランプ、302 拡散カバー、321 ランプ取付面、330 照明装置、400 照明ランプ、402 拡散カバー、410 筐体、410a 金属筐体部、410b 樹脂筐体部、411 口金部、411a 口金端子、420 照明器具、421 器具取付部、422 器具本体、423 ソケット、424 リフレクタ、430 照明装置。

Claims (14)

  1. 発光部が収容される光透過性のカバー本体と、
    前記カバー本体に設けられ、前記発光部から出射された光を拡散する複数の空洞が基材に充填された拡散膜と、を有する
    ことを特徴とする拡散カバー。
  2. 前記基材は、アクリルである
    ことを特徴とする請求項1記載の拡散カバー。
  3. 前記アクリルは、その分子量が10万M〜100万Mである
    ことを特徴とする請求項2記載の拡散カバー。
  4. 前記空洞は、その最大外形寸法が1μm〜9μmである
    ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の拡散カバー。
  5. 前記空洞は、その数が1×10個/mm〜1×1010個/mmである
    ことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の拡散カバー。
  6. 前記拡散膜は、その膜厚が10μm〜12μmである
    ことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の拡散カバー。
  7. 前記拡散膜は、
    前記カバー本体の内壁面に形成された内面拡散膜を有する
    ことを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の拡散カバー。
  8. 前記拡散膜は、
    前記カバー本体の外壁面に形成された外面拡散膜を有する
    ことを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の拡散カバー。
  9. 前記発光部と、
    請求項1〜8のいずれか1項に記載の拡散カバーと、を有する
    ことを特徴とする照明ランプ。
  10. 前記拡散カバーが、直管の形状をなしている
    ことを特徴とする請求項9記載の照明ランプ。
  11. 前記拡散カバーが、電球のグローブの形状をなしている
    ことを特徴とする請求項9記載の照明ランプ。
  12. 請求項9〜11のいずれか1項に記載の照明ランプが、ランプ取付面に直付けされている
    ことを特徴とする照明装置。
  13. 請求項9〜11のいずれか1項に記載の照明ランプと、
    前記照明ランプが取り付けられる照明器具と、を有する
    ことを特徴とする照明装置。
  14. 光透過性のカバー本体に、溶剤で液状化された基材を塗布する工程と、
    前記基材を乾燥する工程と、
    前記基材を加熱して、前記基材を硬化すると共に、光を拡散する空洞を前記基材に生成して、前記カバー本体に拡散膜を形成する工程と、を有する
    ことを特徴とする拡散カバーの製造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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