JP5717028B2

JP5717028B2 - 発光装置

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Publication number: JP5717028B2
Application number: JP2011095070A
Authority: JP
Inventors: 恭男大野; 拓郎境
Original assignee: Minebea Co Ltd
Current assignee: Minebea Co Ltd
Priority date: 2011-04-21
Filing date: 2011-04-21
Publication date: 2015-05-13
Anticipated expiration: 2031-04-21
Also published as: JP2012227053A; US8534895B2; US20120268965A1

Description

本発明は、発光装置に関するものである。

近年、白色発光ダイオード（ＬＥＤ）を光源に用いた発光装置が、電子機器のバックライト等に広く用いられている。ＬＥＤの点状発光は、一般に広い角度分布を有することから、これを均一な照度分布を備えた発光装置として構成するために、従来から、ロッドインテグレータが用いられている。

ロッドインテグレータは、ガラスや透明樹脂により構成され、例えば、図４（ａ）に示される中実型のロッドインテグレータ１００と、図４（ｂ）に示される中空型のロッドインテグレータ１０２とがある。前者は、ＬＥＤが対向配置される入光面１００ａと、入光面１００ａに対向する発光面１００ｂとを有し、ＬＥＤからの出射光が入光面１００ａからその中実内部に入射して全反射を繰り返しながら発光面１００ｂへと進むことにより、発光面１００ｂの輝度の均一化が図られるものである（特許文献１参照）。
又、後者についても、ＬＥＤ１０４が対向配置される入光端部１０２ａと、入光端部１０２ａに対向する発光端部１０２ｂとを有し、ＬＥＤ１０４からの出射光が入光端部１０２ａからその中空内部に入射して、内側面１０２ｃで全反射を繰り返しながら発光端部１０２ｂへと進むことにより、発光端部１０２ｂに配置される、空間光変調装置等の照射対象物（図示省略）の、輝度の均一化が図られるものである（特許文献２参照）。

特開２００４−１８４６１２号公報特開２００６−３４９９８７号公報

ところで、上記のロッドインテグレータ１００、１０２は、入光面１００ａ、入光端部１０２ａから内部に入射した光を全反射させながら発光面１００ｂ、発光端部１０２ｂへと送ることにより、輝度を均一化させるものであることから、輝度の均一性に優れた発光を得るためには、素子長（光軸方向の長さ）がより長いことが望ましい。従って、図５（ｂ）に示される導光板１０６のように、素子長が短く、ＬＥＤ１０４が対向する入光面１０６ａとこれに対向する発光面１０６ｂとの距離を十分に確保することが出来ないような場合には、発光面１０６ｂの輝度は、図５（ａ）に曲線Ｌで示されるように、発光面１０６ｂの全体に渡って、ＬＥＤ１０４の個数及び配置に応じた輝度分布の高低差が生じてしまうこととなる。

本発明は、上記のような問題に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、点状光源を用いた発光装置の、導光体（導光板）の素子長の如何に関わらず、発光面の輝度の均一性を高めることにある。

（発明の態様）
以下の発明の態様は、本発明の構成を例示するものであり、本発明の多様な構成の理解を容易にするために、項別けして説明するものである。各項は、本発明の技術的範囲を限定するものではなく、発明を実施するための最良の形態を参酌しつつ、各項の構成要素の一部を置換し、削除し、又は、更に他の構成要素を付加したものについても、本願発明の技術的範囲に含まれ得るものである。

（１）対向する２つの主面と該主面間をつなぐ周端面とを含む導光板と、該導光板の周端面の少なくとも一面に対向して配置される点状光源とを含み、前記点状光源が配置された面を除く周端面の一面が発光面を構成する発光装置であって、前記導光板の、前記点状光源が対向する部分の厚みが、前記発光面を構成する部分の厚みよりも小さく、かつ、前記点状光源の発光面の厚みよりも小さく形成され、更に、前記主面の少なくとも一方に拡散手段が形成されており、前記点状光源及び前記導光板の発光面を構成する部分を除く周囲を覆う反射部材を備える発光装置。

本項に記載の発光装置は、導光板の周端面の点状光源が対向する部分の厚みが、発光面を構成する部分の厚みよりも小さく、かつ、点状光源の発光面の厚みよりも小さく形成されていることにより、点状光源の発光面からの出射光は、導光板の周端面の点状光源が対向する部分から導光板内に入光する光と、導光板内に入光せず主面に照射される光とが存在する。
このうち、導光板内に入光する光は、導光板内で全反射されながら発光面へと進み、一部は主面から導光板外へと出射される。一方、導光板内に入光せず主面に照射される光は、点状光源から出射されたときの角度分布を維持して、一部は主面から導光板内に入光し、更にその一部は導光板内で全反射されながら又は拡散手段により拡散されながら発光面へと進み、一部は主面から導光板外へと出射される。又、導光板の周端面の点状光源が対向する部分から導光板内に入光せず主面に照射される光の一部は、主面によって反射される。そして、主面に反射された光と、一旦導光板内に入光した後主面から出射された光とは、導光板の発光面を構成する部分を除く周囲を覆う反射部材によって反射され、導光板へと向かい、導光板の主面から導光板内に入射する。しかも、拡散手段によって、主面を介して導光板の内外への光の入射、出射がなされる都度、光は拡散される。
従って、点状光源の発光面からの出射光のうち、導光板の周端面の点状光源が対向する部分から導光板内に入光する光と、導光板内に入光せず主面に照射される光との双方が、最終的には導光板の発光面から導光板の外部へと出射され、導光板の周端面の発光面の、均一発光に寄与することとなる。

（２）上記（１）項において、前記拡散手段が形成された主面と前記反射部材との間にくさび状の空間が形成されている発光装置（請求項１）。
本項に記載の発光装置は、拡散手段が形成された主面と反射部材との間に形成されるくさび状の空間は、導光板内に入光せず主面に照射される光が、点状光源から出射されたときの角度分布を維持して、一部は主面から導光板内に入光し、更にその一部は主面から導光板外へと出射されるための、光の通路となり、光を拡散する拡散エリアとして機能するものである。

（３）上記（２）項において、前記導光板の、前記点状光源が対向する部分の厚みが、前記点状光源の発光面の厚みの半分以下に形成されている発光装置。
本項に記載の発光装置は、導光板の、点状光源が対向する部分の厚みが、点状光源の発光面の厚みの半分以下に形成されていることにより、点状光源の発光面からの出射光のうち、導光板の周端面の点状光源が対向する部分から導光板内に入光する光の割合よりも、導光板内に入光せず主面に照射される光の割合の方が多くなる。すなわち、点状光源から出射されたときの角度分布を維持して、導光板内に入光せず主面に照射される光の割合が多くなることで、最終的に導光板の発光面から導光板の外部へと出射される光の均一化が促進されることとなる。

（４）上記（２）（３）項において、前記導光板の一対の主面は非平行領域を有し、該非平行領域を構成する面に前記拡散手段が形成されている発光装置（請求項２）。
本項に記載の発光装置は、導光板の一対の主面の非平行領域を有し、この非平行領域において、主面を介して導光板の内外への光の入射、出射がなされる。しかも、この非平行領域を構成する面に形成された拡散手段によって、主面を介して導光板の内外への光の入射、出射がなされる都度、光は拡散され、最終的に導光板の発光面から導光板の外部へと出射される光の均一化が促進されることとなる。

（５）上記（２）から（４）項において、前記導光板の主面の一方が、前記周端面の前記点状光源が対向する部分と直交する平面であり、それに対してもう一方の主面が傾斜面を有しており、該傾斜面に前記拡散手段が形成されている発光装置（請求項３）。
本項に記載の発光装置は、導光板の主面の一方が、周端面の点状光源が対向する部分と直交する平面であり、それに対してもう一方の主面が傾斜面を有していることで、点状光源の発光面からの出射光のうち、導光板内に入光せず主面に照射される光は、この傾斜面を有する主面に照射されるものである。そして、傾斜面に形成された拡散手段によって、主面を介して導光板の内外への光の入射、出射がなされる都度、光は拡散され、最終的に導光板の発光面から導光板の外部へと出射される光の均一化が促進されることとなる。

（６）上記（２）から（５）項において、前記導光板の周端面の、前記点状光源が配置された面と前記発光面を構成する面とが対向している発光装置（請求項４）。
本項に記載の発光装置は、導光板の周端面の点状光源が配置された面から、導光板内に入射する光と、導光板内に入光せず主面に照射される光とが、上記（２）から（５）のいずれか１項記載の光の進行経路を辿り、最終的に、点状光源が配置された周端面の一面と対向する発光面から、導光板の外部へと出射されるものである。

（７）上記（２）から（６）項において、前記導光板の周端面の、前記点状光源が配置された面と前記発光面を構成する面とが交差しており、かつ、前記点状光源が前記発光面と対向する面の近傍に位置する発光装置（請求項５）。
本項に記載の発光装置は、導光板の周端面の発光面を構成する面と交差する、点状光源が配置された面から、導光板内に入射する光と、導光板内に入光せず主面に照射される光とが、上記（２）から（６）のいずれか１項記載の光の進行経路を辿り、最終的に、発光面から導光板の外部へと出射されるものである。

（８）上記（１）から（７）項において、前記導光板の平面視において、前記発光面を構成する周端面の辺長よりも、該発光面と直交する周端面の辺長が短い発光装置。
本項に記載の発光装置は、導光板の周端面の点状光源が配置された面から、導光板内に入光する光と、導光板内に入光せず主面に照射される光とが、発光面を構成する周端面の辺長よりも発光面と直交する周端面の辺長が短い平面視矩形状の導光板と、拡散手段と、反射部材とを介する、上記（１）から（７）のいずれか１項記載の光の進行経路を辿り、最終的に、発光面から導光板の外部へと出射されるものである。

本発明はこのように構成したので、点状光源を用いた発光装置の、導光体の素子長の如何に関わらず、発光面の輝度の均一性を高めることが可能となる。

本発明に係る発光装置を模式的に示すものであり、（ａ）は導光板の素子長方向の縦段面図、（ｂ）は分解斜視図である。図１に示される発光装置の別例を示す、導光板の素子長方向の縦断面図である。図１に示される発光装置の別例を示す模式図であり、（ａ）は導光板及び点状光源のみ示した平面図、（ｂ）は同側面図である。従来の発光装置の導光体を模式的に示すものであり、（ａ）は中実型のロッドインテグレータを示す斜視図、（ｂ）は中空型のロッドインテグレータを示す断面図である。導光体の素子長を短くした場合の問題点を説明するものであり、（ａ）は（ｂ）に係る導光板の輝度分布を示すグラフ、（ｂ）は素子長の短い導光板とＬＥＤとを示す平面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。ここで、従来技術と同一部分、若しくは相当する部分については同一符号で示し、詳しい説明を省略する。

図１に示されるように、本発明の実施の形態に係る発光装置１０の導光板１２は、対向する２つの主面１２ｃ、１２ｄと、主面１２ｃ、１２ｄ間をつなぐ周端面１２ａ、１２ｂ、１２ｆとを含むものであり、導光板１２の周端面の一面１２ａに対向して点状光源としてのＬＥＤ１４が配置されている。そして、ＬＥＤ１４が配置された周端面の一面１２ａと対向する一面１２ｂが発光面として用いられるものである。又、導光板１２の、ＬＥＤ１４が対向する部分（端面）１２ａの厚みが、発光面を構成する部分１２ｂの厚みよりも小さく、かつ、点状光源１４の発光面１４ａの厚みよりも小さく形成されているものである。従って、導光板１２は、ＬＥＤ１４が配置された周端面の一面１２ａに近づく程厚みが小さくなるくさび状断面を有している。

又、図１の例では、導光板１２の主面の一方１２ｄが、周端面のＬＥＤ１４が対向する面１２ａと直交する平面であり、それに対してもう一方の主面１２ｃが傾斜面に形成されることで、導光板１２の主面１２ｃの全体が、もう一方の主面１２ｄに対する非平行領域となっている。そして、傾斜面に形成された主面１２ｃに、拡散手段が形成されている。拡散手段は、例えば平面視で略円状、略点状、略四角形状等からなる、例えばドーム状の複数のドットであり、主面１２ｃの表面に一体成形され、又は、印刷により形成されるものである。更に、拡散手段は、導光板１２のもう一方の主面１２ｄにも形成されていてもよい。

なお、図２に示されるように、導光板１２の主面１２ｃの発光面１２ｂ側に、もう一方の主面１２ｄと平行な面１２ｅを設けて、厚み一定の部分を有するものであっても良く、この場合には、導光板１２の主面１２ｃの、もう一方の主面１２ｄに対する非平行領域は、部分的なものとなる。又、図示は省略するが、主面１２ｃの傾斜面は平面ではなく曲面であっても良く、更には、主面１２ｃ、１２ｄの双方が、導光板１２の、ＬＥＤ１４が対向する部分１２ａに対して、傾斜面を構成するものであっても良い。この場合には、主面１２ｃ、１２ｄの傾斜面の双方に、拡散手段が形成される。又、好ましくは、導光板１２の、ＬＥＤ１４が対向する部分１２ａの厚みｔ_１２ａが、ＬＥＤ１４の発光面１４ａの厚みｔ_１４ａの、半分以下に形成されているものとする。本発明の実施の形態では、ＬＥＤ１４の発光面１４ａの厚み（高さ）ｔ_１４ａが３ｍｍであるのに対し、導光板１２のＬＥＤ１４が対向する部分１２ａの厚み（高さ）ｔ_１２ａが１ｍｍとなっている。
更に、導光板１２はその平面視において、発光面を構成する周端面１２ｂの辺長よりも、発光面１２ｂと直交する周端面１２ｆ（図１（ｂ）参照）の辺長が、短く形成されている。本発明の実施の形態では、発光面を構成する周端面１２ｂの辺長が５０ｍｍであるのに対し、発光面１２ｂと直交する周端面１２ｆの辺長は２０ｍｍとなっている。

ここで、導光板１２は透明樹脂材料を成形してなる板状の導光体である。導光板１２の好適な透明樹脂材料には、メタクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスチレン樹脂、ポレオレフィン樹脂、非晶性ポリオレフィン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリスチレン樹脂、透明フッ素樹脂、エポキシ樹脂等が含まれる。又、各ＬＥＤ１４は白色ＬＥＤであるが、これに限定されず、例えば、単色のＬＥＤであってもよい。
これらＬＥＤ１４を実装する回路基板１６Ｂは、ＬＥＤ１４の発光面１４ａと、導光板１２の発光面１２ｂを構成する部分を除く周囲とを覆うハウジング１６Ａと共に、反射部材１６を構成するものである。前述の如く、導光板１２は、ＬＥＤ１４が配置された周端面の一面１２ａに近づく程厚みが小さくなるくさび状断面を有していることから、拡散手段が形成された主面１２ｃと反射部材１６との間には、くさび状の空間Ａが形成される。なお、図１（ａ）には、導光板１２の主面１２ｄと回路基板１６Ｂとの間にも、一定の厚みの空間が形成されているが、発光装置１０の薄型化のために、この空間を図２の例と同様に無くしても良い。又、ＬＥＤ１４と、導光板１２のＬＥＤ１４が対向する面１２ａ及びハウジング１６Ａとの間の空間も同様である。

又、ハウジング１６Ａは、白色樹脂（白色ポリカ）で構成され、回路基板１６Ｂは、導光板１２との対向面が白色に塗装されることで、光の反射効率を高めている。更に、図示は省略するが、適宜、導光板１２の発光面１２ｂには、プリズム形状が形成され、又は、プリズムシートが配置される。同様に、導光板１２のＬＥＤ１４が対向する面１２ａについても、入光プリズムが形成されていても良い。なお、個々に用いられる具体的なプリズム形状については、適切な光の拡散効果が得られるものであれば良い。

更に、図３に示されるように、ＬＥＤ１４が配置された周端面の一面１２ｆ（図示の例では対向する二面であるが、何れか一面であっても良い。）と、発光面を構成する面１２ｂとが交差（図示の例では平面視で直交）しており、かつ、周端面１２ｆのＬＥＤ１４（ＬＥＤ１４の発光面１４ａ）が対向する部分が、発光面１２ｂと対向する面１２ａの近傍に位置するように（すなわち、ＬＥＤ１４の発光面１４ａの一部が、空間Ａと対向するように）構成しても良い。なお、図３の例では、説明の便宜上、反射部材１６の図示を省略しているが、図１、図２の例と同様に、ＬＥＤ１４の発光面１４ａと、導光板１２の発光面１２ｂを構成する部分を除く周囲とを覆う態様で、反射部材が用いられて、発光装置１０が構成されるものである。

さて、上記構成をなす、本発明の実施の形態によれば、次のような作用効果を得ることが可能となる。すなわち、発光装置１０は、導光板１２の周端面のＬＥＤ１４が対向する部分１２ａの厚みｔ_１２ａが、発光面１２ｂを構成する部分の厚みよりも小さく、かつ、ＬＥＤ１４の発光面１４ａの厚みｔ_１４ａよりも小さく形成されていることにより、ＬＥＤ１４の発光面１４ａからの出射光には、導光板１２の周端面のＬＥＤ１４が対向する部分１２ａから導光板１２内に入光する光と、導光板１２内に入光せず主面１２ｃに照射される光とが存在することとなる。

このうち、周端面のＬＥＤ１４が対向する部分１２ａから導光板１２内に入光する光は、導光板１２内で全反射されながら又は拡散手段により拡散されながら発光面１２ｂへと進み、一部は主面１２ｃから導光板１２の外へと出射される。一方、周端面のＬＥＤ１４が対向する部分１２ａから導光板１２内に入光せず主面１２ｃに照射される光は、ＬＥＤ１４から出射されたときの広い角度分布を維持して、一部は主面１２ｃから導光板１２内に入光し、入光した光の一部は導光板１２内で全反射されながら発光面１２ｂへと進み、一部は主面１２ｃから導光板１２の外へと出射される。又、導光板１２の周端面のＬＥＤ１４が対向する部分１２ａから導光板１２内に入光せず主面１２ｃに照射される光の一部は、主面１２ｃによって反射される。そして、主面１２ｃに反射された光と、一旦導光板１２内に入光した後主面１２ｃから出射された光とは、導光板１２の発光面１２ｂを構成する部分を除く周囲を覆う反射部材１６によって反射され、導光板１２へと向かい、導光板１２の主面１２ｃから導光板１２内に入射する。しかも、主面１２ｃに形成された拡散手段によって、主面１２ｃを介して導光板１２の内外への光の入射、出射がなされる都度、光は拡散される。

従って、ＬＥＤ１４の発光面１４ａからの出射光のうち、導光板１２の周端面のＬＥＤ１４が対向する部分１２ａから導光板１２内に入光する光と、導光板１２内に入光せず主面１２ｃに照射される光との双方が、最終的には導光板１２の発光面１２ｂから導光板１２の外部へと出射され、導光板１２の周端面の発光面１２ｂの、均一発光に寄与することとなる。

又、拡散手段が形成された主面１２ｃと反射部材１６との間に形成されるくさび状の空間Ａは、導光板１２内に入光せず主面１２ｃに照射される光が、ＬＥＤ１４から出射されたときの広い角度分布を維持して、一部は主面１２ｃから導光板１２内に入光し、更にその一部は主面１２ｃから導光板１２の外へと出射されるための、光の通路となる。
しかも、導光板１２と空間Ａの空気との屈折率の違い（例えば１．５：１）から、空間Ａは、光が狭い角度範囲に集光されることなく拡散するための、拡散エリアとして機能するものである。

又、導光板１２の、ＬＥＤ１４が対向する部分１２ａの厚みｔ_１２ａが、ＬＥＤ１４の発光面１４ａの厚みｔ_１４ａの半分以下に形成されている場合には、ＬＥＤ１４の発光面１４ａからの出射光のうち、導光板１２の周端面のＬＥＤ１４が対向する部分１２ａから導光板１２内に入光する光の割合よりも、導光板１２内に入光せず主面１２ｃに照射される光の割合の方が多くなる。この場合には、ＬＥＤ１４から出射されたときの角度分布を維持して、導光板１２内に入光せず主面１２ｃに照射される光の割合が多くなることで、最終的に導光板１２の発光面１２ｂから導光板１２の外部へと出射される光の、均一化が促進されることとなる。

又、導光板１２の一対の主面１２ｃ、１２ｄは非平行領域を有し、この非平行領域において、主面１２ｃを介して導光板１２の内外への光の入射、出射がなされる。しかも、この非平行領域を構成する面１２ｃに形成された拡散手段によって、主面１２ｃを介して導光板１２の内外への光の入射、出射がなされる都度、光は拡散され、最終的に導光板１２の発光面１２ｂから導光板１２の外部へと出射される光の、均一化が促進されることとなる。

なお、図１、図２の例では、導光板１２の主面の一方１２ｄが、周端面のＬＥＤ１４が対向する部分１２ａと直交する平面であり、それに対してもう一方の主面１２ｃが傾斜面を有していることで、ＬＥＤ１４の発光面１４ａからの出射光のうち、導光板１２内に入光せず主面１２ｃに照射される光は、この傾斜面を有する主面１２ｃに照射されるものである。そして、傾斜面である主面１２ｃに形成された拡散手段によって、主面１２ｃを介して導光板１２の内外への光の入射、出射がなされる都度、光は拡散され、最終的に導光板１２の発光面１２ｂから導光板１２の外部へと出射される光の、均一化が促進されることとなる。

又、図１、図２の例では、ＬＥＤ１４が配置された面１２ａと発光面を構成する面１２ｂとが対向していることから、ＬＥＤ１４が配置された周端面の一面１２ａから、導光板１２内に入光する光と、導光板１２内に入光せず主面１２ｃに照射される光とが、上記光の進行経路を辿り、最終的に、ＬＥＤ１４が配置された周端面の一面１２ａと対向する発光面１２ｂから、導光板１２の外部へと出射されるものである。

これに対して、図３の例では、導光板１２の、発光面１２ｂを構成する面と平面視で直交する周端面１２ｆにＬＥＤ１４が配置され、しかも、ＬＥＤ１４が、導光板１２の発光面１２ｂと対向する面１２ａの近傍に位置することで、発光面１２ｂと直交する周端面１２ｆから導光板１２内に入光する光と、導光板１２内に入光せず主面１２ｃに照射される光とが、上述の光の進行経路を辿り、最終的に、発光面１２ｂから導光板１２の外部へと出射されるものである。

従って、上記構成を有する、本発明の実施の形態に係る発光装置１０は、導光板１２の平面視において、発光面を構成する周端面１２ｂの辺長よりも、発光面１２ｂと直交する周端面１２ｆの辺長が短いにもかかわらず、最終的に、発光面１２ｂから導光板１２の外部へと出射される光は、均一化が促進されたものとなる。

１０：発光装置、１２：導光板、１２ａ：ＬＥＤが対向する面、１２ｂ：発光面、１２ｃ、１２ｄ：主面、１２ｅ：もう一方の主面と平行な面、１２ｆ：発光面と直交する周端面、１４：ＬＥＤ、１４ａ：発光面、１６：反射部材、１６Ａ：ハウジング、１６Ｂ：回路基板、Ａ：空間

Claims

対向する２つの主面と該主面間をつなぐ周端面とを含む導光板と、
該導光板の周端面の少なくとも一面に対向して配置される点状光源とを含み、
前記点状光源が配置された面を除く周端面の一面が発光面を構成する発光装置であって、
前記導光板の、前記点状光源が対向する部分の厚みが、前記発光面を構成する部分の厚みよりも小さく、かつ、前記点状光源の発光面の厚みよりも小さく形成され、更に、前記主面の少なくとも一方に拡散手段が形成されており、
前記点状光源及び前記導光板の発光面を構成する部分を除く周囲を覆う反射部材を備え、前記拡散手段が形成された主面と前記反射部材との間にくさび状の空間が形成されていることを特徴とする発光装置。
前記導光板の一対の主面は非平行領域を有し、該非平行領域を構成する面に前記拡散手段が形成されていることを特徴とする請求項１項記載の発光装置。
前記導光板の主面の一方が、前記周端面の前記点状光源が対向する部分と直交する平面であり、それに対してもう一方の主面が傾斜面を有しており、該傾斜面に前記拡散手段が形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の発光装置。
前記導光板の周端面の、前記点状光源が配置された面と前記発光面を構成する面とが対向していることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の発光装置。
前記導光板の周端面の、前記点状光源が配置された面と前記発光面を構成する面とが交差しており、かつ、前記点状光源が前記発光面と対向する面の近傍に位置することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の発光装置。