TW486725B - Mercury arc lamp - Google Patents

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在液晶面板、印刷線路基板及半導體積體電路（IC)等 之製造工程中，於露光工程，一般而言使用一種具有 33〇111^〜47〇11111光譜響應特性之抗蝕層作為感光樹脂。在此 等抗蝕層之露光用紫外線光源，使用有水銀燈。又，此等 電子零件之積體度，係一年一年地提高，隨著，露光時之 析像清晰度（分解能）之要求也提高。 第2圖，係顯示典型水銀蒸氣放電燈（以下，稱為水銀 燈）之概略構成。此放電燈2〇，包含有：發光管丨、陰極2、 陽極3、及分別密封外部引線6, 7之密封部8, 9。外部引線 6’ 7、與陽極3及陰極2間，係分別藉鎢（w)、鉬（m〇)、鈕（丁幻 等之金屬羯4, 5來連接著。又，為了將動作電力供給這種 水銀燈20，而在各密封部8，9設有燈頭部1〇，u。若使這 種水銀燈20點燈動作，則如第2圖所示，分別在發光管1之 陽極3及陰極2之前端附近產生發光管丨中溫度最低之發光 管最冷部12，13之事，已為眾所周知。 對於使用此種水銀燈來露光形成之上述電子零件的析 像清晰度等之改善要求，將短電弧型水銀燈作為光源，與 橢圓形ί疋轉體反射鏡（以下，稱為橢圓鏡）組合，藉此有效 地聚光其反射光。將此所聚光之光向照明系之透鏡或反射 鏡照射。藉此作為高平光度之平行光或投射光，向照面 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） (請先閱讀r面之注意事項再填寫本頁) 4 五、發明說明（2 ) ^射。將此一例示於第3圖。 如第3圖之例所示，備有水銀燈2〇、組合於此水銀燈2〇 之擔圓鏡21、及多數個冷卻用通風喷嘴22，23。此橢圓鏡 s 21 ’備有：一插穿水銀燈20之陰極2側的非放射開口部26 ; 及一向陽極3側開放之放射開口部。冷卻用通風喷嘴22，係 配置在水銀燈20之陰極2側的密封部8側；一方面，冷卻通 風用噴嘴23 ’係配置在陽極3側之密封部9側，分別構成得 可冷卻對應部分。 經濟部智慧財產局員工消費合作社仰製 對這種構成之露光用水銀蒸氣放電燈來說，其係從照 射系之透鏡或反射鏡之透射係數或反射率之特性，將抗蝕 層所持有之光譜響應特性中主要以436nm、4Mnm(以下， 稱為g、h線）為中心的波長，有效地向照射面照射。隨著上 述電子零件之大型化而為了露光面積之大型化或析像清晰 度提高用之光平行度能進一步改善，在混合透鏡之小型化 等下’要求來自光源之g線、h線放射量之增大。再者，為 了製作液晶面板等之製造線而變成需要莫大之設備投資， 以致為了其資金之回收，而要求提高用來表示製品之每單 位B守間的生產置之指標即通過量。因此，在露光光源變成 要求更高之g線、h線之放射量的增大。 對此，以往乃採用使輸入於光源即水銀燈之電力增 加’藉此使來自光源之紫外線放射量增加、或照明裝置之 紫外線照射時的光閘之開閉時，使之與之大致同步，以增 加向光源之輸入電力專手法。此寺方法，係實質上用來謀 求借助於大電力化之紫外線放射量之增加者，而對於接通 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 486725

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^ —-----^--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度_中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） 笔力之光變換效率、即發光效率之改善，並沒有幫助。因 此，從省能之觀點觀之，不能說理想之手法。更且，招致 光源燈點燈用電源裝置之複雜化及大型化同時，變成縮短 光源用燈之壽命。 作為此等問題之改善方法者，便是使作為光源用燈之 短電弧型水銀燈2G之動作蒸氣壓力上升，藉此使g線、h線 之發光效率上升。從而，提案有在不使接通電力增加下， 使g線、h線之放射量增加，#使露光照射面之紫外線照度 上升之事。這是，使動作中之水銀蒸氣壓上升，俾使極多 之多數分子發光，藉此除了水銀亮線以外，更產生此等水 銀竞線附近之發光，使紫外線波長範圍連續發光者。就作 為此水銀蒸氣壓之上升法來說，可實現將充灌於水銀燈20 之發光官1内的水銀充灌量作成每發光管1 cc約丨〇mg以 上。又’此水銀充灌量之增加更使水銀燈2〇之發光放率更 加钇加之事，也為眾所周知。然而，被充灌之水銀，係藉 放電動作中之發光管1的發光管最冷部12、13之溫度來決定 其务氣壓。於是’若使為發光效率之上升而充灌之水銀量 增加時，有必要提升足以將此等所充灌之水銀量全部充份 蒸氣化之發光管内最冷部12、13的溫度。 一方面，一般而言，與用來通電放電電流之外部引線 6、7或燈頭部10、11之連接點附近的水銀燈2〇側之兩端部， 係為了保持發光管1内之氣密，且使電流通電，而使用M〇 羯密封構造（使用有一張或多數張之Mo箔4、5)。在此M〇 密封構造中，於發光管1之相反側的水銀燈端部側，使用 6 A7 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社邱製 -1------ —___B7___ 五、發明說明（4 ) w M。或Ta等之呵融點金屬棒或管，以作為外部引線6、7。 此等外部引線6、7,係在因水銀燈電極城耗散份之傳傳 導、發光官1之管壁負荷熱耗散及放電電流之通電而引起之 自動發熱等下，其溫度上升，而與空氣中之氧氣反應以生 成氧化物。此氧化物，係因熱膨脹而有使上述Mofg密封部 之端4玻璃產生裂紋之虞。又，也有破壞發光管i之氣密， 或發光管本身破裂之情事。作為此對策者便是，若要使水 銀燈2〇動作時，從冷卻用通風喷嘴22、23，將通風供給水 銀燈20之鳊部，使外部引線6、7之高融點金屬表面溫度成 為300°C以下，以防止與空氣中之氧的反應。 然而，此水銀燈20之端部冷卻用的通風，卻變成不僅 使水銀燈20端部冷卻，且也使水銀燈發光管丨冷卻。例如， 若將短電弧型水銀燈20，配置安裝於以放射光之聚光為目 的而組合使用之橢圓鏡2丨之第一焦點附近時，變成水銀燈 發光官之單側接近於此橢圓鏡21之非放射側開口部26。為 此，水銀燈端部冷卻用通風，便與水銀燈之熱對流合一， 藉此使橢圓鏡21之非放射開口部26與水銀燈發光管1之單 側的間隙部之斷面積減少，因而極端地增加通風流速。然 後’水銀燈20之發光管1之單側，和連續該單側之密封部的 冷卻效率極端地上升，形成發光管最冷部12、13。更且， 其發光管最冷部12、13之溫度，也曾有冷卻到將封入於發 光管1内之水銀蒸氣化之溫度以下。尤其是，使水銀燈2〇 向垂直方向25點燈，且使橢圓鏡21之放射側開口部成為上 方時，變成顯著。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 7 ^--------^---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 486725 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 且 五、發明說明（5 又，作為使此等水銀燈20之發光管最冷和、Η之、四 度上升之方法者，有一種將發光管1本身加以小型化，藉ϋ 使發光管管壁負荷增加之手法。然而，此手法卻會使放電 官之壽命極端地縮短。又，作為另外之手法者便是，將保 溫用之膜預先塗佈於發光管最冷部12、13附近。然而，若 通過膜表面之熱風流速快時，膜本身即被冷卻，無法期待 其保溫效果。此事，以上述發光效率之提高為目的而使應 充灌於發光管1之水銀量增加時，變成顯著。例如，若在水 銀燈20之動作中，無法將所充灌之水銀全量蒸氣化、或產 生水銀燈20之動作中的周圍溫度之變化和空氣冷卻用通風 之風量變化等時，水銀燈發光内之蒸氣壓便變動。使應 充灌於發光官1内之水銀封入量增加，藉此使發光效率上升 之手法，並不合乎實用性。 [發明欲解決之課題] 如上所述，對於光源之放射量增大之要求，習知技術， 至少存在著接通電力之增加、破壞之危險性、壽命之縮短 或發光效率減低中之一。因此，本發明之目的係在於提供 一種可克服此種習知技術之課題，或至少可改善之水銀 氣放電燈。 [用以解決課題之手段] 本發明之水銀蒸氣放電燈，係為了解決上述課題 達成上述目的，而充灌有對向配置一對以上之電極的水銀 或水銀與其他金屬之混合物。其特徵在於：在電極後部供 電側設置一個以上之防風板，藉此從由空氣冷卻用冷卻風 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） I. ----------------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 486725 A7 B7 五、發明說明（6 ) 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 •印 製 所引起之過度冷卻保護電極後部供電側。 又’此防風板，備有防風用凸緣部及用來安裝於水銀 蒸氣放電燈之支架部。又，設置一種對橢圓鏡之非放射側 開口部之最大直徑d，具有D>d(包含D=d)之關係的防風 板’其中該橢圓鏡為以聚光放射光為目的而組合使用之反 射鏡。又，在此防風板之支架部，設有一個以上之開口部， 以便使空氣冷卻用冷卻風向水銀蒸氣放電燈之電極後部供 電側的密封部通風。 [發明之實施形態] 以下，參考第1圖，詳細說明依據本發明之水銀蒸氣放 電燈的適宜實施形態之構成及動作。 第1圖，係顯示依據本發明之水銀蒸氣放電燈的適宜實 施形態，尤其是，透視燈頭部之短電弧型水銀燈的概略構 成圖。此水銀蒸氣放電燈，係由水銀燈2〇及橢圓鏡21所構 成’而與多數個冷卻用通風噴嘴22、23—起使用。橢圓鏡 21，係用以聚光水銀燈20之放射光，例如向欲露光之對象 物知、射強力之平行光。又，冷卻通風嘴嘴22、，係用以 冷卻發光管1之給定部分。 如上所述，水銀燈20，備有外部引線6、7以作為來自 外部之供電手段，通常於外部引線6、7，如上所述，使用 w、Mo、Ta等之高融點金屬。在由水銀燈電極2、3之熱耗 散份之熱傳導、發光管管壁負荷熱耗散及放電電流之通電 所引起之自動發熱等下’其溫度上升，與空氣中之氧反應 而生成氧化物。於是’有因該氧化物之熱膨脹而使密封部 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 . --線· 9 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 ^_ 五、發明說明（7 ) 8、9之端部玻璃產生裂縫，以致破壞發光管丨之氣密，或發 光管1本身破裂等情事。 作為此對策者便是，朝向燈頭部丨〇、丨丨，使用冷卻用 通風噴嘴22 ' 23來送風，藉此冷卻外部引線6、7，將其表 面概度保持於大約3〇〇°c以下。又，此等冷卻用噴嘴22、23， 例如向1〜3方向配置，藉此將燈頭部1〇、u儘量均勻地加 以冷卻。 更且，隨著水銀蒸氣放電燈之接通電力，而對於發光 官最冷部12、13，在不妨礙充灌於發光管1之水銀的蒸氣化 之範圍内，調整燈頭部10、U之溫度，使之充份降低。這 是，用來安裝水銀蒸氣放電燈於裝置之燈罩等的燈頭部 10、11，由於在構造上以包入之方式黏著外部引線6、7, 而k成無法直接地藉空氣冷卻用之通風來冷卻外部引線 6、7。於是，向前述燈頭部10、丨丨之空氣冷卻用的通風， 即需要水銀蒸氣放電燈之動作中產生的空氣熱對流量之數 十倍乃至數百倍。 一方面，此等之水銀燈20，例如，與橢圓鏡21組合起 來使用日守，因空氣之熱對流，而形成水銀蒸氣放電燈之發 光官最冷部24。又，除此之外若更使用冷卻用通風噴嘴。、 23來冷卻燈頭10、丨丨時，碰撞於燈頭部1〇、丨丨表面之冷卻 風之大部分即大大地被作為周圍之熱對流的上升氣流所支 配，變成通過橢圓鏡21之下部非放射開口部26與水銀燈2〇 間所生之間隙部。此間隙部之斷面積，由於較之其上下斷 面積少得很多，所以通過此處之冷卻風之流速便極端地增 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） 1·-------------------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 486725 經濟部智慧財產局員工消費合作社ίρ製 A7 B7 五、發明說明（8 ) 加。其結果，變成使發光管最冷部24之溫度更加降低，成 為妨礙充灌於發光管1之水銀蒸氣化。 在此，若為了使作為光源用之水銀蒸氣放電燈的放射 量增，而使充灌於發光管1内之水銀量增加時，變成無法將 水銀蒸氣化到對於發光管最冷部24溫度的水銀之飽和蒸氣 壓以上。即，變成在可充灌於發光管1内之水銀量存在上 限，因而在水銀蒸氣放電燈之放射量增加上產生界限。 一方面，若使來自冷卻用通風噴嘴22之冷卻風量降 低’以便不成為充灌於此發光管1之水銀蒸氣化的妨礙時， 由於外部引線6,7之表面溫度超過300 °C而迅速地進行表面 氧化。尤其是，在3 KW以上之大型短電弧型水銀燈方面， 發光管1本身成為大型化。於是，也增加發光管1之表面積， 對於冷卻用通風之流速增加，急激地降低發光管最冷部24 之溫度。 · 在本發明方面，若為使水銀蒸氣放電燈之放射量增 加’而增加充灌於發光管1之水銀量增加，藉此使發光效率 增加時’例如將每lcc40mg之水銀充灌於5KW短電弧型水 銀燈20之發光管卜作為將此所充灌之水銀全量予以蒸氣化 而需要之溫度者已判明了 ：給與發光管最冷部24之冷卻風 S，係以水銀蒸氣放電燈之動作中所產生之熱對流量的數 倍左右為其最冷部溫度之界限。又，為了成為此熱對流量 之大約3倍，而測定了 一設定來自冷卻用通風喷嘴22、 之風量時的外部引線6、7之表面溫度，結果，大約為57〇 c，此％之燈頭部10、u之表面溫度即為大約35〇它。 裝--------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 由此，就發光管最冷部24來說，將其作成熱對流之數 倍左右的冷卻用通風，同時，就燈頭部1〇、u來說，與發 光管最冷部24之冷卻用通風無關地給與充份之冷卻，因此 將防風板30設置於水銀蒸氣放電燈之電極後部供電側，藉 此加以解決。即，判明了：從由燈頭冷卻用通風所引起之 過度冷卻，保護發光管最冷部24即電極後部供電側之事， 具有效果。又，此防風板30，係由防風用凸緣及在水銀燈 2〇實行安裝之支架部28所構成。藉此，可正確地決定水銀 燈20與防風板30之位置關係。 又，此防風板30之凸緣部27之最小直徑D，係對於所 組s之橢圓鏡21之非放射開口部26之最大直徑d作成D>d 之關係，藉此可與燈頭部1〇、11之冷卻用通風量無關地防 止發光管最冷部24之過度冷卻。再者，若安裝於水銀燈2〇 之燈頭部10、11時，防風板3〇之支架部28則成為將套筒覆 盍於岔封部8、9之構造。為此，雖依其凸緣部2 7之尺寸而 有所不同，但因保溫密封部8、9而存在著會產生Mo箔之熱 去皮和裂縫之危險。因此，有必要在支架部28設置一個或 數個之開口、即支架通風口 29，以作為用來向上方排出對 流該支架部28之熱氣的通風口。以等間隔向多數個圓周方 向設置支架通風口 29，藉此以儘量將密封部8、9均句地通 風為理想。 再者’參考第1圖’就具體例詳細說明之。第1圖，係 將短電弧型水銀燈20及橢圓鏡21組合起來使用時之概念 圖。在此短電弧型水銀燈20單側的燈頭部11，安裝有由凸 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） 12 · 11-----訂-------— ·線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 486725 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製

A7 -_— _ B7__ 五、發明說明（10 ) 緣部27及支架部28所構成之防風板30。又，在支架部28， 具有用以向短電弧型水銀燈20之密封部9通風之支架通風 口 29 〇 例如，於5KW之短電弧型水銀燈20，充灌發光管 每lcc50mg之水銀，並作成垂直以便陰極2成為下部，使之 以放電電壓55V、放電電流91A進行動作。此短電弧型水銀 燈20 ’係配置成使陰極2之前端略一致於，放射側開口部之 直徑為310mm且非放射開口部26之直徑d為95mm的糖圓鏡 21之第一焦點。又，在陰極2側之燈頭部η ,安裝固定有由 直徑D=120mm之凸緣部27及支架部28所成之防風板30。在 此防風板30之支架部28,向圓周方向以等間隔形成4處之直 徑5mm的開口以作為支架通風口 29。且，構成得連接送風 機，俾可藉緩衝器連續地改變，其中送風器可朝該燈頭部 11從二方向之冷卻用通風噴嘴22送風（最大每分鐘約3m3)。 其次，使5KW短電弧型水銀燈20點燈，在放電電壓v 成為穩定之時間點測定V，即V=55.4V。將來自冷卻用通風 育嘴22之送風量，以每分鐘〇〜3 m。之範圍緩緩地變化。將 此時之放電電壓V之變化示於表卜又水銀燈20之點燈用電 源裝置，係使用了一種在放電電流不超出140A之範圍，與 放電電壓V之值無關地可一定輸入5 KW之定電力控制方式 的電源装置。 [表1] 送風量（mV分） 0 0.9 1.45 1.85 2.40 3.2 玫電電壓（V) 55.4 55.4 55.4 55.3 55.2 55.2 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -13 - ^-------I ^---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 486725 五

—I. . --------tr---------赛 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製

A7 ___B7 、發明說明（11 ) 由此可知，較之向燈頭部之冷卻用通風量，放電電壓 V之變化極微。又，給與送風量3.2(m3/分）時之外部引線7 之表面溫度為240°C，此時之燈頭部11之表面溫度即為12〇 °C。 接著，從上述之水銀蒸氣放電燈只取下防風板3〇，測 定了將同樣對於燈頭部之冷卻通風量從〇(ιη3/分）變化到 3(m3/分）時之放電電壓v的變化。又，此時，設定了通風量 之後，考慮放電電壓V達成充份穩定之時間，並加以測定。 將此測定結果示於表2。 [表2] 送風量（m3/分） 0 0.9 1.50 1.90 2.50 3.2 放電電壓（V) 55.4 55.2 52.0 47.0 42.0 36.0 由表2可知，放電電壓v隨著送風量之增加而降低。這 是顯示··水銀燈20之發光管最冷部24之溫度隨著送風量之 ^加而降低，已蒸氣化之水銀冷凝了與飽和蒸氣壓平衡之 量。又，作成放電電壓V幾乎不顯示變化之送風量，即 〇.9(m3/分）之送風量時之外部引線7之表面溫度為353它。 接著，於表3顯示··使防風板3〇之凸緣部27之直徑〇一 致於橢圓鏡21之非放射開口部26之直徑d，進行了同樣之測 定的結果。 [表3]

I家標準（CNS)A4規格 (210 χ 297 公釐） 486725 A7 Β7 五、發明說明（12 ) 由表3可知，較之冷卻用送風量之增加，放電電壓v幾 乎沒有變化。 --------------襞—— {請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 又’將防風板30之凸緣部27之直徑D設為D=80mm，藉 此安裝比橢圓鏡21之非放射開口部26之直徑d小15mm之防 風板30，進行同樣之測定。將其測定結果示於表4。 [表4] 送風量（m3/分） 0 0.9 1.50 1.95 2.45 3.2 放電電壓（V) 55.4 55.3 53.0 50.0 48.5 46.0 由此表可知，放電電壓V隨著冷卻用通風量之增加而 降低。 以上’詳細說明了依據本發明之水銀蒸氣放電燈之適 宜實施形態。本發明不應只限定於這種特定之實施形態， 在不逸離本發明之要旨下可作各種之變形變更，就業者而 言’顯而易知者，自應屬於本發明之技術範圍。 •線· [發明之效果] 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 由上述之說明可知，若依本發明之水銀蒸氣放電燈， 則在水銀燈之燈頭部與橢圓鏡間設有防風板，以對應於光 源放射量之增大。因此，可並存：若為了在不增加接通電 力T使發光效率提高，而使充灌於發光管内之水銀量增加 時’將發光管最冷部之溫度設定成，將所充灌之水銀全量 確貝地蒸氣化的飽和蒸氣壓以上溫度；及為了將水銀燈之 外部引線之表面溫度維持於3〇〇。〇以上而將充份之冷卻用 通風置供給燈頭部1 〇、丨丨。其結果，儘管不增加對於水銀 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 χ 297公釐） 15 486725 A7 B7 五、發明說明（I3 ) 燈之接通電力，也對於破壞具安全性，而且可獲得長壽命 且穩定的發光效率之水銀蒸氣放電燈。因此，特別用於液 晶面板等之高亮度露光裝置等時，可獲得實用上之顯著效 [圖示之簡單說明] 第1圖係本發明水銀蒸氣放電燈之概略構成圖。 第2圖係典型水銀燈之概略構成圖。 第3圖係將橢圓鏡組合於第2圖所示之水銀燈的概略構 成圖。 元件標號對照 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1…發光管 6、7···外部引線 10、Π···燈頭部 20…水銀燈 21…橢圓旋轉體反射鏡 (橢圓鏡） 22、23…冷卻用通風噴嘴 24…發光管最冷部 26···非放射開口部 27…凸緣部 28…支架部 29…支架通風口 30…防風板 ^-------------訂-------—線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

Claims (1)

1. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 486725 ____g__ 六、申請專利範圍 1 · 種水銀療氣放電燈’其係於充灌有至少對向配置一對 以上之電極的水銀或水銀與其他金屬之混合物的水銀 蒸氣放電燈中，特徵在於： 在前述電極之後部供電側設置1以上之防風板，以 保護前述電極之後部供電側，防止由空氣冷卻用冷卻風 所引起之過度冷卻。 2·如申請專利範圍第1項所述之水銀蒸氣放電燈，其特徵 在於： 前述防風板備有：防風用之凸緣部；及在水銀蒸氣 放電燈進行安裝之支架部。 3.如申請專利範圍第2項所述之水銀蒸氣放電燈，其特徵 在於： 作成一種防風板，即：將其作成前述防風板之凸緣 部之最小直徑D，對於反射鏡之非放射側開口部最大直 徑d成為D>d之關係；其中，該反射鏡係為 了聚光其放 射光而組合使用前述水銀放電燈。 4·如中請專利㈣第卜2或3項所述之水銀蒸氣放電燈， 其特徵在於： 於前述防風板之前述支架部，為使空氣冷卻用冷卻 風向水銀洛氣放電燈之前述電極後部供電側的密封部 通風，而形成至少一個之通風口。 5.如申請專利範圍第4項所述之水銀蒸氣放電燈，其特徵 在於：前述通風口係等間隔地形成於圓周方向。 I I I爾I ~ I 1 ·1111111 ^ « — — — — — I — (請先153讀背面之注意事項再琪寫本頁)