(57)【要約】  液晶表示装置は、第１及び第２の基板と、第１の基板上に設けられた下部表示電極と、下部表示電極上に設けられた絶縁層と、絶縁層上に設けられ、複数の開口部を有した網状パターンからなる上部表示電極と、第２の基板上に設けられた共通電極と、共通電極と上部表示電極とが対向する状態で第１の基板及び第２の基板に挟まれた高分子分散型液晶層とを含む。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１及び第２の基板と、
前記第１の基板上に設けられた下部表示電極と、
前記下部表示電極上に設けられた絶縁層と、
前記絶縁層上に設けられ、複数の開口部を有した網状パターンからなる上部表示電極と、
前記第２の基板上に設けられた共通電極と、
前記上部表示電極と前記共通電極とが対向する状態で前記第１の基板及び前記第２の基板に挟まれた高分子分散型液晶層と、
を具備することを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記複数の開口部は、千鳥配列を有することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項３】
前記複数の開口部の径は、１００μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項４】
前記共通電極及び前記下部表示電極間に第１の電圧を印加する第１の駆動回路と、
前記共通電極及び前記上部表示電極間に第２の電圧を印加する第２の駆動回路と、
をさらに具備することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項５】
前記第１及び第２の電圧の各々は、２種類の電圧であることを特徴とする請求項４に記載の液晶表示装置。
【請求項６】
前記下部表示電極及び前記上部表示電極は、キャラクタパターンと同じ形状を有し、
前記上部表示電極は、キャラクタパターンのエッジに沿って設けられた縁取り部を有することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項７】
第１及び第２の基板と、
前記第１の基板上に設けられ、第１のキャラクタを表示するための第１及び第２の下部表示電極と、
前記第１の基板上かつ前記第１及び第２の下部表示電極間に設けられ、第２のキャラクタを表示するための第１の配線と、
前記第１及び第２の下部表示電極上に設けられた絶縁層と、
前記絶縁層上に設けられ、複数の開口部を有した網状パターンからなる上部表示電極と、
前記絶縁層上に設けられ、前記第１の配線を横断する第２の配線と、
前記絶縁層内に設けられ、前記第１の下部表示電極と前記第２の配線とを電気的に接続する第１のコンタクトと、
前記絶縁層内に設けられ、前記第２の下部表示電極と前記第２の配線とを電気的に接続する第２のコンタクトと、
前記第２の基板の前記第１の基板に対向する面に設けられた共通電極と、
前記上部表示電極と前記共通電極とが対向する状態で前記第１の基板及び前記第２の基板に挟まれた高分子分散型液晶層と、
を具備することを特徴とする液晶表示装置。
【請求項８】
前記第１及び第２のコンタクトはそれぞれ、前記上部表示電極の開口部内に配置されることを特徴とする請求項７に記載の液晶表示装置。
【請求項９】
前記第２の配線の幅は、５０μｍ以下であることを特徴とする請求項７に記載の液晶表示装置。
【請求項１０】
前記複数の開口部の径は、１００μｍ以下であることを特徴とする請求項７に記載の液晶表示装置。
【請求項１１】
前記共通電極及び前記下部表示電極間に第１の電圧を印加する第１の駆動回路と、
前記共通電極及び前記上部表示電極間に第２の電圧を印加する第２の駆動回路と、
をさらに具備することを特徴とする請求項７に記載の液晶表示装置。
【請求項１２】
第１及び第２の基板と、
前記第１の基板上に設けられ、かつ第１のキャラクタを表示するための配線と、
前記配線上に設けられた第１の絶縁層と、
前記第１の絶縁層上に設けられ、かつ第２のキャラクタを表示するための下部表示電極と、
前記下部表示電極上に設けられた第２の絶縁層と、
前記第２の絶縁層上に設けられ、かつ複数の開口部を有した網状パターンからなる上部表示電極と、
前記第２の基板上に設けられた共通電極と、
前記上部表示電極と前記共通電極とが対向する状態で前記第１の基板及び前記第２の基板に挟まれた高分子分散型液晶層と、
を具備することを特徴とする液晶表示装置。
【請求項１３】
前記複数の開口部の径は、１００μｍ以下であることを特徴とする請求項１２に記載の液晶表示装置。
【請求項１４】
前記第１の絶縁層と前記下部表示電極との屈折率の差、前記下部表示電極と前記第２の絶縁層との屈折率の差、及び前記第２の絶縁層と前記上部表示電極との屈折率の差はそれぞれ、０．２５以下であることを特徴とする請求項１２に記載の液晶表示装置。
【請求項１５】
前記共通電極及び前記下部表示電極間に第１の電圧を印加する第１の駆動回路と、
前記共通電極及び前記上部表示電極間に第２の電圧を印加する第２の駆動回路と、
をさらに具備することを特徴とする請求項１２に記載の液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示装置に係り、特に、高分子分散型液晶（ＰＤＬＣ：Polymer Dispersed Liquid Crystal）を用いた液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高分子分散型液晶は、三次元の網状に形成された高分子（高分子ネットワーク）内において液晶が相分離した構造を有し、高分子ネットワークの側壁に沿って液晶分子がランダムに配置している状態と、電界を印加して液晶分子が電界方向に配列した状態とで光の散乱状態と光の透過状態とをそれぞれ作り出す（例えば、特許文献１）。散乱度合いは、液晶に印加される電圧により決定され、液晶に印加される電圧は、高分子材料と液晶との分圧により決定される。【０００３】
図２０は、従来の液晶表示装置の一例を示す断面図である。一方のガラス基板１０１に透明の表示電極１０２を形成し、他方のガラス基板１０３に透明の共通電極１０４を形成する。表示電極１０２が形成された領域がパターン表示可能な領域である。前述の２枚のガラス基板１０１及び１０３で高分子分散型液晶層１０５を挟み、高分子分散型液晶層１０５を封入するようにして２枚のガラス基板１０１，１０２をシール材１０６で貼り合わせる。図２０の液晶表示装置は、表示電極１０２及び共通電極１０４間に電圧を印加してパターン表示を行う。例えば、表示電極１０２及び共通電極１０４間に５Ｖを印加すると透明状態、表示電極１０２及び共通電極１０４間を０Ｖにすると散乱状態となる。【０００４】
図２１は、散乱度合いを透過率に置き換えて、複数種類の温度（一例として、−１０℃、２５℃、及び５０℃）における電圧と透過率との関係を示すグラフである。図２１から理解できるように、同じ電圧での透過率が温度により大きく変化している。この原因は、液晶は、温度が高いと誘電率が小さくなり、逆に温度が低いと誘電率が大きくなるが、高分子材料は、数十℃の温度差では誘電率の変化は少ない。このため、液晶に実質印加される実効電圧は高分子材料によって分圧されるため、高温だと実効電圧が高く、低温だと実効電圧は低くなる。よって、高分子分散型液晶を用いた液晶表示装置の特性は、図２１のように温度による変化が大きくなる。【０００５】
散乱（０Ｖ）と透過（５Ｖ）との２値表示を行う場合は、温度が変化しても表示に影響しないが、電圧により中間調を表現しようとすると、温度により透過率が大きく変化する。例えば電圧２．２Ｖの場合、２５℃では透過率５０％であるが、５０℃では透過率８６％、−１０℃では透過率５％となり、５０℃及び−１０℃の場合には中間調が表現できず、２値表示並みになってしまうという問題がある。【０００６】
また、特許文献２には、ディザリングにより中間調を表示する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−１９５８３号公報
【特許文献２】特表２００３−５３３７５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、広い温度範囲での中間調表示が可能な液晶表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様に係る液晶表示装置は、第１及び第２の基板と、前記第１の基板上に設けられた下部表示電極と、前記下部表示電極上に設けられた絶縁層と、前記絶縁層上に設けられ、複数の開口部を有した網状パターンからなる上部表示電極と、前記第２の基板上に設けられた共通電極と、前記上部表示電極と前記共通電極とが対向する状態で前記第１の基板及び前記第２の基板に挟まれた高分子分散型液晶層とを具備することを特徴とする。【００１０】
本発明の一態様に係る液晶表示装置は、第１及び第２の基板と、前記第１の基板上に設けられ、第１のキャラクタを表示するための第１及び第２の下部表示電極と、前記第１の基板上かつ前記第１及び第２の下部表示電極間に設けられ、第２のキャラクタを表示するための第１の配線と、前記第１及び第２の下部表示電極上に設けられた絶縁層と、前記絶縁層上に設けられ、複数の開口部を有した網状パターンからなる上部表示電極と、前記絶縁層上に設けられ、前記第１の配線を横断する第２の配線と、前記絶縁層内に設けられ、前記第１の下部表示電極と前記第２の配線とを電気的に接続する第１のコンタクトと、前記絶縁層内に設けられ、前記第２の下部表示電極と前記第２の配線とを電気的に接続する第２のコンタクトと、前記第２の基板の前記第１の基板に対向する面に設けられた共通電極と、前記上部表示電極と前記共通電極とが対向する状態で前記第１の基板及び前記第２の基板に挟まれた高分子分散型液晶層とを具備することを特徴とする。【００１１】
本発明の一態様に係る液晶表示装置は、第１及び第２の基板と、前記第１の基板上に設けられ、かつ第１のキャラクタを表示するための配線と、前記配線上に設けられた第１の絶縁層と、前記第１の絶縁層上に設けられ、かつ第２のキャラクタを表示するための下部表示電極と、前記下部表示電極上に設けられた第２の絶縁層と、前記第２の絶縁層上に設けられ、かつ複数の開口部を有した網状パターンからなる上部表示電極と、前記第２の基板上に設けられた共通電極と、前記上部表示電極と前記共通電極とが対向する状態で前記第１の基板及び前記第２の基板に挟まれた高分子分散型液晶層とを具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、広い温度範囲での中間調の表示が可能な液晶表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１の実施形態に係る液晶表示装置の構成を示す断面図。
【図２】液晶表示装置が表示可能なキャラクタの一例を示す概略図。
【図３】上部表示電極の形状を説明する平面図。
【図４】電圧制御時における高分子分散型液晶層の状態を説明する概略図。
【図５】高分子分散型液晶層の透明状態における電圧波形。
【図６】高分子分散型液晶層の散乱状態における電圧波形。
【図７】高分子分散型液晶層の弱い散乱状態１における電圧波形。
【図８】高分子分散型液晶層の弱い散乱状態２における電圧波形。
【図９】液晶表示装置の温度依存性を示すグラフ。
【図１０】下部表示電極に対する上部表示電極の面積比と透過率との関係を示すグラフ。
【図１１】上部表示電極の開口部の径及び散乱見栄えの関係を説明する図。
【図１２】１つのキャラクタパターンを抽出して示した平面図。
【図１３】第２の実施形態に係る液晶表示装置が表示可能なキャラクタの一例を示す概略図。
【図１４】配線電極によって分断された下部表示電極を説明する平面図。
【図１５】第２の実施形態に係る液晶表示装置の構成を示す平面図。
【図１６】図１５に示したＡ−Ａ´線に沿った液晶表示装置１の構成を示す断面図。
【図１７】図１５に示す液晶表示装置の表示状態を示す概略図。
【図１８】第３の実施形態に係る液晶表示装置の構成を示す平面図。
【図１９】図１８に示したＡ−Ａ´線に沿った液晶表示装置の構成を示す断面図。
【図２０】従来の液晶表示装置の一例を示す断面図。
【図２１】従来の液晶表示装置の温度依存性を説明するグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。ただし、図面は模式的または概念的なものであり、各図面の寸法および比率などは必ずしも現実のものと同一とは限らないことに留意すべきである。また、図面の相互間で同じ部分を表す場合においても、互いの寸法の関係や比率が異なって表される場合もある。特に、以下に示す幾つかの実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための装置および方法を例示したものであって、構成部品の形状、構造、配置などによって、本発明の技術思想が特定されるものではない。本発明の技術思想は、その要旨を逸脱しない範囲において、種々の変更を加えることができる。なお、以下の説明において、同一の機能及び構成を有する要素については、同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。
【００１５】
［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る液晶表示装置１の構成を示す断面図である。本実施形態に係る液晶表示装置１は、文字や図形などの複数のキャラクタを表示するパターン表示型の液晶表示装置である。
【００１６】
基板１０の上面（液晶側の面）には、下部表示電極１１と、この下部表示電極１１に電気的に接続された下部配線電極１２、及び上部配線電極１３が設けられている。また、基板１０の上面には、下部表示電極１１、下部配線電極１２、及び上部配線電極１３を覆うように、絶縁層１４が設けられている。絶縁層１４上には、上部表示電極１５が設けられている。上部表示電極１５の一端と上部配線電極１３とは、絶縁層１４を貫通するコンタクトプラグ１６によって電気的に接続されている。下部配線電極１２及び上部配線電極１３はそれぞれ、下部表示電極１１及び上部表示電極１５に電圧を供給するための配線として使用される。下部表示電極１１及び上部表示電極１５は、同じ形状（外形）を有しており、下部表示電極１１及び上部表示電極１５がキャラクタのパターンに加工されることで、キャラクタ表示が可能となる。
【００１７】
基板１７の底面（液晶側の面）には、共通電極１８が設けられている。基板１７の上面（液晶側の面と反対面）が液晶表示装置１の画像表示面となる。基板１０，１７は、いずれもガラスや石英、プラスチック等からなる透明基板である。下部表示電極１１、下部配線電極１２、上部配線電極１３、上部表示電極１５、コンタクトプラグ１６、及び共通電極１８は、いずれも透明電極で構成され、例えばＩＴＯ（インジウム錫酸化物）が用いられる。下部表示電極１１、上部表示電極１５、及び共通電極１８の膜厚それぞれは、例えば２５ｎｍ程度である。絶縁層１４としては、例えばシリコン窒化物が用いられる。絶縁層１４の膜厚は、例えば５００ｎｍ程度である。
【００１８】
基板１０及び基板１７間には、高分子分散型液晶層１９が設けられている。具体的には、高分子分散型液晶層１９は、上部表示電極１５と共通電極１８とが向き合うように配置された基板１０及び基板１７によって挟まれている。また、高分子分散型液晶層１９は、シール材２０によって基板１０及び基板１７間に封入され、シール材２０は、基板１０及び基板１７を接着している。高分子分散型液晶層１９の厚さ（ギャップ）は、例えば７μｍ程度である。
【００１９】
高分子分散型液晶層１９は、例えば、誘電率異方性が正のネマティック液晶と、光によって重合反応する高分子材料との混合溶液を基板間に封入し、光照射により上記混合溶液の高分子材料を光重合させて高分子と液晶とを相分離させる方法で形成される。これにより、高分子分散型液晶層１９は、三次元の網状に形成された高分子（高分子ネットワーク）内において液晶が相分離した構造を有している。
【００２０】
なお、図１の断面図は、１個のキャラクタを表示するための要素を抽出して示しているが、実際には、下部表示電極１１、下部配線電極１２、上部表示電極１５、及び上部配線電極１３は、キャラクタ毎に設けられ、一方、共通電極１８は、全てのキャラクタに共通して１個設けられる。よって、共通電極１８は、液晶表示装置１の画面のサイズとほぼ同じサイズを有している。
【００２１】
図２は、液晶表示装置１が表示可能なキャラクタＣＲの一例を示す概略図である。図２には、（ａ）平面図、及び（ｂ）側面図を載せている。シール材２０で囲まれた領域が液晶表示装置１の表示領域ＤＡであり、この表示領域ＤＡに高分子分散型液晶層１９が設けられている。また、共通電極１８も表示領域ＤＡと同じかそれ以上のサイズを有する。表示領域ＤＡ内に示された複数のロの字のパターンが、液晶表示装置１が表示可能な複数のキャラクタＣＲである。図２に示した複数のキャラクタＣＲは、カメラのファインダなどに表示させるフォーカスポイントを表している。下部表示電極１１及び上部表示電極１５はそれぞれ、キャラクタＣＲのパターンと同じ形状に加工される。下部配線電極１２、上部配線電極１３、及び共通電極１８はそれぞれ、端子２３まで引き出されている。複数の端子２３は、駆動回路２１，２２に電気的に接続される。キャラクタＣＲのパターンとしては、ロの字以外の様々な図形や文字を用いることができる。
【００２２】
図３は、上部表示電極１５の形状を説明する平面図である。上部表示電極１５は、複数の開口部１５Ａを有する網状パターンとなっている。開口部１５Ａの形状については、図３に示すように円であってもよいし、楕円、四角形又はその他の多角形であってもよい。なお、前述したように、下部配線電極１２及び上部表示電極１５が同じ形状を有しているので、開口部１５Ａの下方には、必ず下部表示電極１１が設けられている。開口部１５Ａの径Ｄは例えば５０μｍ程度、開口部間の距離Ｓは例えば１８μｍ程度である。
【００２３】
本実施形態では、上部表示電極１５と共通電極１８とが直接向き合った第１の領域Ａ１と、下部表示電極１１と共通電極１８とが直接向き合った第２の領域Ａ２（すなわち上部表示電極１５の開口部１５Ａの領域）とのディザリングによって中間調を表示する。よって、中間調表示を一様にするために、上部表示電極１５に形成される開口部１５Ａは、均一に配置されていることが望ましい。本実施形態では、上部表示電極１５に形成される開口部１５Ａは、千鳥配列を有している。千鳥配列とは、隣接する２つの開口部の距離、又は隣接する２つの開口部の中心間の距離（ピッチという）の半分の位置に次の行の開口部を配置するようにして、複数の開口部が配列されたパターンである。上部表示電極１５に形成される開口部１５Ａのパターンとして千鳥配列を用いた場合、ディザリングによる中間調の表示にムラが生じるのを防ぐことができる。
【００２４】
例えば、絶縁層１４と下部表示電極１１との屈折率の差が大きいと、画面から下部表示電極１１が目視される可能性がある。このため、絶縁層１４と下部表示電極１１との屈折率の差は、より小さいことが望ましく、具体的には０．２５以下であることが望ましい。同様の理由により、絶縁層１４と上部表示電極１５との屈折率の差は、０．２５以下であることが望ましい。このような屈折率の条件を満たすことで、下部表示電極１１及び上部表示電極１５が画面から目視されるのを防ぐことができる。
【００２５】
（動作）
次に、液晶表示装置１の動作について説明する。液晶表示装置１の画像表示動作は、駆動回路２１，２２によって制御される。駆動回路２１は、下部配線電極１２及び共通電極１８に電気的に接続されており、下部配線電極１２及び共通電極１８間に２値の電圧を印加する。駆動回路２２は、上部配線電極１３及び共通電極１８に電気的に接続されており、上部配線電極１３及び共通電極１８間に２値の電圧を印加する。これにより、下部配線電極１２に接続された下部表示電極１１と、上部配線電極１３に接続された上部表示電極１５とは、独立して電圧制御が可能となる。
【００２６】
図４は、電圧制御時における高分子分散型液晶層１９の状態を説明する概略図である。図４（ａ）は、高分子分散型液晶層１９の散乱状態を説明する図であり、図４（ｂ）は、高分子分散型液晶層１９の透過状態を説明する図である。なお、図４には、共通電極１８と上部表示電極１５とに挟まれた高分子分散型液晶層１９の一部を抽出して示している。
【００２７】
高分子分散型液晶層１９に電圧を印加していない（電圧を０Ｖにする）場合、液晶分子に電界が印加されず、液晶分子がランダムに配置されるので、白色光を入射すると入射した光が散乱して外部からは白濁した状態として観察される。一方、高分子分散型液晶層１９に高電圧（例えば５Ｖ）を印加した場合、液晶分子が電界方向に配列するため、入射光を透過して外部からは透明な状態として観察される。
【００２８】
本実施形態では、上部表示電極１５の開口部１５Ａの下方には下部表示電極１１が存在するため、上部表示電極１５と共通電極１８とが直接向き合った第１の領域Ａ１の高分子分散型液晶層１９と、下部表示電極１１と共通電極１８とが直接向き合った第２の領域Ａ２の高分子分散型液晶層１９との状態を独立して制御することが可能となる。よって、１つのキャラクタを表示する場合、第１の領域Ａ１と第２の領域Ａ２とのディザリングにより、透明、中間調（弱い散乱１と２）、散乱の４通りの表示が可能となる。
【００２９】
図５は、透明状態における電圧波形である。透明状態では、駆動回路２２は、上部表示電極１５及び共通電極１８間に５Ｖを印加し、駆動回路２１は、下部表示電極１１及び共通電極１８間に５Ｖを印加する。これにより、キャラクタパターン全体に５Ｖが印加されるため、キャラクタパターン全体を透明状態にさせることができる。なお、直流電圧を液晶に印加し続けると液晶が劣化してしまうため、一定時間ごとに電圧の極性を反転させる反転駆動を採用する。反転駆動を行う周期は、液晶の材料などによって適宜設計可能であり、本実施形態では、例えば“１／３０”秒である。
【００３０】
図６は、散乱状態における電圧波形である。散乱状態では、駆動回路２２は、上部表示電極１５及び共通電極１８間を０Ｖ、すなわち上部表示電極１５及び共通電極１８を同電位にし、駆動回路２１は、下部表示電極１１及び共通電極１８間を０Ｖ、すなわち上部表示電極１５及び共通電極１８を同電位にする。これにより、キャラクタパターン全体に電圧が印加されていないため、キャラクタパターン全体を散乱状態にさせることができる。
【００３１】
図７は、弱い散乱状態１における電圧波形である。弱い散乱状態１では、駆動回路２２は、上部表示電極１５及び共通電極１８間に５Ｖを印加し、駆動回路２１は、下部表示電極１１及び共通電極１８間を０Ｖにする。これにより、キャラクタパターンの第１の領域Ａ１では５Ｖが印加され、キャラクタパターンの第２の領域Ａ２では電圧が印加されていないため、第１の領域Ａ１を透明状態、第２の領域Ａ２を散乱状態にさせることができる。従って、図７の電圧制御により、ディザリングによる第１の中間調が表示できている。
【００３２】
図８は、弱い散乱状態２における電圧波形である。弱い散乱状態２では、駆動回路２２は、上部表示電極１５及び共通電極１８間を０Ｖにし、駆動回路２１は、下部表示電極１１及び共通電極１８間に５Ｖを印加する。これにより、キャラクタパターンの第１の領域Ａ１では電圧が印加されず、キャラクタパターンの第２の領域Ａ２では５Ｖが印加されているため、第１の領域Ａ１を散乱状態、第２の領域Ａ２を透明状態にさせることができる。従って、図８の電圧制御により、第１の中間調と異なる第２の中間調が表示できている。
【００３３】
図９は、液晶表示装置１の温度依存性を示すグラフである。図９の横軸は温度（℃）、縦軸は透過率（％）を表している。図９には、本実施形態の散乱状態、透明状態、及び弱い散乱状態１の波形を載せている。また、比較のために、図９には、従来例の液晶表示装置に中間電圧（例えば２．１Ｖ）を印加して中間調を表示した場合の波形を載せている。
【００３４】
従来例では、温度により中間調の透過率が大きく変化していることが分かる。よって、従来例では、温度によっては、中間調が表示できない場合も出てくる。これに対して、本実施形態では、散乱状態、透明状態、及び弱い散乱状態１のそれぞれにおいて、ほぼ一定の透過率になっている。すなわち、本実施形態では、全ての表示状態に関して温度依存性を小さくすることができている。
【００３５】
また、本実施形態における中間調の透過率は、上部表示電極１５に形成された開口部の大きさや開口部間の距離を変えること、すなわち、下部表示電極１１に対する上部表示電極１５の面積比を変えることによって制御可能である。図１０は、下部表示電極１１に対する上部表示電極１５の面積比と透過率との関係を示すグラフである。図１０には、本実施形態の散乱状態、透明状態、弱い散乱状態１、及び弱い散乱状態２の波形を載せている。図１０の縦軸は透過率（％）を表しており、図１０の横軸は下部表示電極１１に対する上部表示電極１５の面積比、すなわち“上部表示電極１５の面積／下部表示電極１１の面積”を表している。下部表示電極１１の面積とは、１つのキャラクタパターンの面積に対応する。
【００３６】
散乱状態及び透明状態では、面積比が変わってもほぼ一定の透過率を維持することができる。一方、図１０から理解できるように、面積比を変えることで、中間調（弱い散乱状態１、及び弱い散乱状態２）の透過率を任意に制御することが可能となる。このように、下部表示電極１１に対する上部表示電極１５の面積比を適宜設定して図５乃至図８の電圧制御を行うことで、キャラクタを４通りの階調で表示することが可能となる。
【００３７】
次に、上部表示電極１５の開口部１５Ａの条件について説明する。図１１は、開口部１５Ａの径及び散乱見栄えの関係を説明する図である。開口部１５Ａの径が２５μｍ以下と小さい場合は、光の回折により光が分光して虹が見えてしまうため、開口部１５Ａの径は２５μｍ以上であることが望ましい。また、開口部１５Ａの径が１００μｍ以上と大きい場合には、キャラクタ表示が均一に見えず、例えばドットが見えるなどの表示ムラが生じるため、開口部１５Ａの径は１００μｍ以下であることが望ましい。キャラクタ表示の均一性をより向上させるためには、開口部１５Ａの径は５０μｍ以下であることが望ましい。
【００３８】
図１２は、１つのキャラクタパターンを抽出して示した平面図である。キャラクタパターンは、例えば、図２に示したロの字である。ロの字のキャラクタパターンは、このキャラクタパターンと同じ形状を有する下部表示電極１１及び上部表示電極１５−１によって表現されている。ロの字の線幅は、例えば１２０μｍである。上部表示電極１５−１は、例えば５０μｍ径の開口部を有する網状パターンを有する。下部表示電極１１は、下部配線電極１２を介して駆動回路２１に電気的に接続されている。上部表示電極１５−１は、コンタクトプラグ１６及び上部配線電極１３を介して駆動回路２２に電気的に接続されている。
【００３９】
ロの字のキャラクタパターンの内側の領域には、開口部を有さない上部表示電極１５−２が設けられている。ロの字のキャラクタパターンの外側の領域には、開口部を有さない上部表示電極１５−３が設けられている。上部表示電極１５−２と上部表示電極１５−３とはジャンパ３０によって電気的に接続され、このジャンパ３０を介して駆動回路２２に電気的に接続されている。上部表示電極１５−１〜１５−３は、ギャップＧＰによって互いに電気的に分離されている。
【００４０】
ロの字のキャラクタパターンは、透明、第１の中間調、第２の中間調、散乱の４階調を表示することができる。ロの字の内側と外側の領域は、上部表示電極１５−２及び１５−３が開口部を有していないため、透明、散乱の２階調のみを表示する。
【００４１】
ここで、ロの字の線幅は１２０μｍ程度と細いため、ロの字のパターンエッジでは、上部表示電極１５−１の開口部が途中で切れる場合がある。この開口部が切れた領域には上部表示電極１５−１が存在しないため、上部表示電極１５−１によって高分子分散型液晶層１９の配向制御ができず、パターンエッジの表示がボケやすい。このパターンエッジの表示ボケを抑制するために、上部表示電極１５−１をロの字のパターンエッジに沿って縁取りすることが望ましい。すなわち、ロの字のパターンエッジには、必ず上部表示電極１５−１の縁取り部ＥＧが設けられる。これにより、パターンエッジの階調を正確に表示できるため、パターンエッジの表示ボケを抑制することができる。
【００４２】
次に、中間調を表示するまでの反応時間について説明する。通常のネマティック液晶では、中間電圧（例えば２．１Ｖ）を印加して液晶分子を傾いた状態にするまでの反応時間は遅く、一方、０Ｖから５Ｖへの反応時間、及び５Ｖから０Ｖへの反応時間は速い。このため、従来例において、５Ｖから中間電圧へ変化させることで透明状態から中間調へ変化させるまでの反応時間は１３０ｍｓ程度と遅い。同様に、従来例において、０Ｖから中間電圧へ変化させることで散乱状態から中間調へ変化させるまでの反応時間は１５０ｍｓ程度と遅い。
【００４３】
一方、本実施形態では、中間調を表示するために中間電圧を使用していない。このため、本実施形態において、透明状態から中間調へ変化させるまでの反応時間は１５ｍｓ程度と速い。同様に、本実施形態において、散乱状態から中間調へ変化させるまでの反応時間は４０ｍｓ程度と速い。このように、本実施形態では、従来例に比べて中間調を表示するまでの反応時間を速くすることができる。
【００４４】
（効果）
以上詳述したように第１の実施形態の液晶表示装置１では、共通電極１８が形成された基板１７と、下部表示電極１１及び上部表示電極１５が形成された基板１０とで高分子分散型液晶層１９を挟持する。下部表示電極１１及び上部表示電極１５は、互いに絶縁層１４で分離され、キャラクタパターンと同じ形状に加工される。また、上部表示電極１５は、複数の開口部１５Ａを有する網状パターンを有している。そして、下部表示電極１１及び共通電極１８間の電圧を駆動回路２１によって制御し、上部表示電極１５及び共通電極１８間の電圧を駆動回路２２によって制御することで、透明、中間調（弱い散乱１と２）、散乱の４階調の表示を行うようにしている。
【００４５】
従って第１の実施形態によれば、ディザリングを用いて、０Ｖと高電圧（５Ｖ）との中間電圧を使用せずに中間調表示が可能になる。これにより、広い温度範囲での中間調表示が可能となる。また、中間調を表示するまでの反応時間を速くすることができる。
【００４６】
また、液晶として高分子分散型液晶層１９を用いているため、偏光板や配向膜を使用せずに複数の階調が表現できる。これにより、製造コストの低減、及び微細化が可能な液晶表示装置１を実現することができる。
【００４７】
また、上部表示電極１５の開口部１５Ａを千鳥配列にしているため、上部表示電極１５が均一な網状パターンを有している。これにより、中間調の表示ムラを抑制することができる。
【００４８】
また、上部表示電極１５にキャラクタパターンのエッジに沿って縁取りを施しているため、パターンエッジの表示を明瞭にすることができる。
【００４９】
［第２の実施形態］
図１３は、第２の実施形態に係る液晶表示装置１が表示可能なキャラクタの一例を示す概略図である。図１３には、（ａ）平面図、及び（ｂ）側面図を載せている。シール材２０で囲まれた領域が液晶表示装置１の表示領域ＤＡであり、この表示領域ＤＡに高分子分散型液晶層１９が設けられている。また、共通電極１８も表示領域ＤＡと同じかそれ以上のサイズを有する。表示領域ＤＡ内に示された複数のロの字のパターンが、液晶表示装置１が表示可能な複数のキャラクタＣＲである。また、表示領域ＤＡには、例えば、クロップ枠ＣＦ１及びＣＦ２が設けられている。クロップ枠は、画像のサイズを変えるために使用するものであり、クロップ枠で表示領域の一部をマスキングすることで、表示される画像の縦横比を変えることができる。クロップ枠の形状及び位置は、任意に設定することが可能である。
【００５０】
キャラクタ及びクロップ枠は、高分子分散型液晶層１９を電圧制御することによって、表示／非表示の切り替えが可能である。下部表示電極１１及び上部表示電極１５はそれぞれ、キャラクタＣＲ及びクロップ枠ＣＦ１及びＣＦ２と同じ形状に加工される。図１と同様に、下部配線電極１２、上部配線電極１３、及び共通電極１８はそれぞれ、端子２３まで引き出されている。複数の端子２３は、駆動回路２１，２２に電気的に接続される。
【００５１】
ところで、キャラクタＣＲの配線電極を端子２３まで引き出す場合、この配線電極がクロップ枠ＣＦ１を横断することになる。クロップ枠ＣＦ１の下部表示電極は、同一電圧で制御されるが、クロップ枠ＣＦ１が途中で分断されると、分断された下部表示電極の両方に配線する必要がある。図１４は、配線電極１２によって分断された下部表示電極１１の様子を示している。図１４に示すように、同一電圧Ｖで制御される下部表示電極１１が配線電極１２によって複数個に分断されているため、分断された下部表示電極１１の各々に配線電極１２を設ける必要がある。このため、配線電極１２の数が多くなっている。クロップ枠に限らず、図１３の平面図の上下に隣接するキャラクタ同士でも、図１４と同じ状況が発生する。
【００５２】
そこで、第２の実施形態では、同一電圧で制御される複数の下部表示電極（配線電極によって分断された複数の下部表示電極）を、上部表示電極と同じレベルの配線を用いて電気的に接続する。そして、表示品位を落とすことなく、配線電極を減らすようにしている。
【００５３】
図１５は、第２の実施形態に係る液晶表示装置１の構成を示す平面図である。図１６は、図１５に示したＡ−Ａ´線に沿った液晶表示装置１の構成を示す断面図である。なお、図１５及び図１６は、配線電極４２で下部表示電極が分断されたキャラクタ、又はクロップ枠の一部を抽出して示している。配線電極４２は、配線電極４２で下部表示電極が分断されたキャラクタ（又はクロップ枠）とは異なるキャラクタ（又はクロップ枠）の下部配線電極及び上部配線電極のいずれかに対応する。
【００５４】
１つのキャラクタ（又はクロップ枠）を構成する下部表示電極１１は、配線電極４２によって下部表示電極１１Ａ及び１１Ｂに分断されている。すなわち、配線電極４２と下部表示電極１１Ａとは電気的に分離され、配線電極４２と下部表示電極１１Ｂとは電気的に分離されている。
【００５５】
絶縁層１４上には、上部表示電極１５が設けられている。上部表示電極１５は、複数の開口部１５Ａを有する網状パターンとなっている。開口部１５Ａの形状は、例えば正方形である。開口部１５Ａの一辺の長さＤは、５０μｍ程度である。すなわち、上部表示電極１５は、５０μｍ角の開口部１５Ａを複数有する網状パターンを有している。本明細書では、開口部１５Ａが正方形の場合の一辺の長さＤは、開口部１５Ａが円の場合の径Ｄと同義であるものとする。開口部１５Ａの一辺の長さＤが１００μｍ以上と大きい場合には、キャラクタ表示が均一に見えず、例えばドットが見えるなどの表示ムラが生じるため、開口部１５Ａの一辺の長さＤは１００μｍ以下であることが望ましい。キャラクタ表示の均一性をより向上させるためには、開口部１５Ａの一辺の長さＤは５０μｍ以下であることが望ましい。
【００５６】
配線電極４２の幅は、開口部間の距離Ｓ以下に設定され、例えば３μｍである。そして、図１５に示すように、配線電極４２の上方に上部表示電極１５を配置する。すなわち、上部表示電極１５は、配線電極４２を覆うように形成される。これにより、下部表示電極１１Ａ及び１１Ｂとは電圧が異なる配線電極４２を上部表示電極１５で隠すことができる。よって、配線電極４２の電圧に起因する電界が高分子分散型液晶層１９に印加されないので、配線電極４２に起因して表示品位が低下するのを防ぐことができる。
【００５７】
絶縁層１４上には、配線電極４２と直交する方向に延在しかつ配線電極４２を横断するように導通配線４０が設けられている。導通配線４０の幅は、例えば上部表示電極１５の開口部１５Ａの一辺の長さＤ以下に設定され、例えば３μｍである。導通配線４０は、上部表示電極１５と同じレベルに配置され、上部表示電極１５と同じ配線層及び同じ材料で構成される。
【００５８】
導通配線４０の一端と下部表示電極１１Ａとは、絶縁層１４を貫通するコンタクトプラグ４１Ａによって電気的に接続されている。導通配線４０の他端と下部表示電極１１Ｂとは、絶縁層１４を貫通するコンタクトプラグ４１Ｂによって電気的に接続されている。コンタクトプラグ４１Ａ及び４１Ｂはそれぞれ、上部表示電極１５の開口部１５Ａ内に配置される。下部表示電極１１Ａ及び１１Ｂは、導通配線４０と、コンタクトプラグ４１Ａ及び４１Ｂとによって電気的に接続される。コンタクトプラグ４１Ａ及び４１Ｂは、透明電極で構成され、例えばＩＴＯが用いられる。
【００５９】
このように、上部表示電極１５の開口部１５Ａ内にコンタクトプラグ４１Ａ及び４１Ｂを配置し、配線電極４２によって分断された下部表示電極１１Ａ及び１１Ｂを導通配線４０を用いて電気的に接続することで、分断された下部表示電極１１Ａ及び１１Ｂを１つの電極として駆動することができる。そして、第１の実施形態と同様に、駆動回路２１及び２２を用いて、下部表示電極１１、上部表示電極１５及び共通電極１８の電圧を制御することにより、透明、中間調（弱い散乱１と２）、散乱の４通りの表現が可能となる。
【００６０】
図１７は、図１５に示す液晶表示装置１の表示状態を示す概略図である。例えば、上部表示電極１５の領域が散乱、下部表示電極１１の領域が透明であるとする。図１７の中央部が導通配線４０、コンタクトプラグ４１Ａ及び４１Ｂが配置される領域である。導通配線４０、コンタクトプラグ４１Ａ及び４１Ｂには、下部表示電極１１と同じ電圧が印加されている。このように、表示品位が低下するのを抑制しつつ、配線電極（上部配線電極及び下部配線電極）を減らすことが可能となる。なお、表示品位の観点から、導通配線４０は観測者に視認されないのが望ましいため、導通配線４０の幅はより細い方が望ましい。よって、導通配線４０の幅は５０μｍ以下であることが望ましい。また、上部表示電極１５が導通配線４０を覆うように形成されているため、導通配線４０に起因して表示品位が低下するのを防ぐことができる。
【００６１】
（効果）
以上詳述したように第２の実施形態では、第１のキャラクタを表示するための下部表示電極は、第２のキャラクタを表示するための配線電極４２によって分断されて下部表示電極１１Ａ及び１１Ｂから構成される。下部表示電極１１Ａ及び１１Ｂ上には絶縁層１４が設けられ、絶縁層１４上には上部表示電極１５が設けられる。そして、下部表示電極１１Ａ及び１１Ｂを、絶縁層１４上に設けられた導通配線４０と、導通配線４０の両端部にそれぞれ接続されたコンタクトプラグ４１Ａ及び４１Ｂとによって電気的に接続するようにしている。
【００６２】
従って第２の実施形態によれば、１つのキャラクタを表示するための下部表示電極１１Ａ及び１１Ｂのそれぞれに配線電極を接続する必要がなく、下部表示電極１１Ａ及び１１Ｂに対して１本の配線電極を接続すればよい。これにより、１つのキャラクタを表示するための下部表示電極に接続される配線電極を減らすことができる。
【００６３】
また、配線電極の本数が減らせるため、１つのキャラクタを表示するための下部表示電極が細かく分断されることもない。これにより、下部表示電極の設計や形成工程が容易となり、液晶表示装置１の製造コストを低減することができる。
【００６４】
また、上部表示電極１５は、配線電極４２を覆うように形成している。これにより、配線電極４２の電圧に起因する電界が高分子分散型液晶層１９に印加されないので、配線電極４２に起因して表示品位が低下するのを防ぐことができる。
【００６５】
また、コンタクトプラグ４１Ａ及び４１Ｂはそれぞれ、上部表示電極１５の開口部１５Ａ内に配置している。これにより、上部表示電極１５の網状パターンが乱れるのを抑制することができるので、表示品位が低下するのを抑制することができる。その他の効果は、第１の実施形態と同じである。
【００６６】
［第３の実施形態］
下部表示電極と、下部表示電極（或いは上部表示電極）を引き出す配線電極とを同じレベルの配線層で形成する場合、上部表示電極の開口部を配線電極が横断すると、この開口部の領域に所望の電圧を印加することができない。このため、所望の表示パターンを得るためには、第２の実施形態で説明したように、配線電極を上部表示電極で覆うことが望ましい。しかし、上部表示電極には配線電極を覆うための配線幅が必要となるため、上部表示電極と開口部との面積比によって上部表示電極の配線幅が律され、１つの開口部の面積が小さい網状パターンを形成することが困難となる。一方、配線電極を上部表示電極で覆うために、網状パターンの１つの開口部の面積及び上部表示電極の配線幅を大きくすると、目視でパターン（ドット）が見えてしまい、キャラクタが均一表示にならない。
【００６７】
そこで、第３の実施形態では、下部表示電極（或いは上部表示電極）を引き出す配線電極を下部表示電極とは異なるレベルの配線層で形成するようにしている。これにより、上部表示電極のパターンを自由に設計することが可能となり、かつ表示品位が劣化するのを防ぐことが可能となる。
【００６８】
図１８は、第３の実施形態に係る液晶表示装置１の構成を示す平面図である。図１９は、図１８に示したＡ−Ａ´線に沿った液晶表示装置１の構成を示す断面図である。
【００６９】
基板１０の上面（液晶側の面）には、下部表示電極１１及び端子２３（図示せず）を電気的に接続するための下部配線電極１２と、上部表示電極１５及び端子２３（図示せず）を電気的に接続するための上部配線電極１３と、配線電極４２とが設けられている。配線電極４２は、図１９の下部表示電極１１及び上部表示電極１５から構成されるキャラクタ（又はクロップ枠）とは異なるキャラクタ（又はクロップ枠）の下部配線電極及び上部配線電極のいずれかに対応する。下部配線電極１２、上部配線電極１３及び配線電極４２はそれぞれ、透明電極で構成され、例えばＩＴＯが用いられる。
【００７０】
基板１０の上面には、下部配線電極１２、上部配線電極１３、及び配線電極４２を覆うように、絶縁層４３が設けられている。絶縁層４３としては、例えばシリコン窒化物が用いられる。絶縁層４３の膜厚は、例えば５００ｎｍ程度である。絶縁層４３上には、下部表示電極１１が設けられている。下部表示電極１１の一端と下部配線電極１２とは、絶縁層４３を貫通するコンタクトプラグ１２Ａによって電気的に接続されている。コンタクトプラグ１２Ａは、透明電極で構成され、例えばＩＴＯが用いられる。
【００７１】
絶縁層４３上には、下部表示電極１１を覆うように、絶縁層１４が設けられている。絶縁層１４上には、上部表示電極１５が設けられている。上部表示電極１５は、複数の開口部１５Ａを有する網状パターンを有している。上部表示電極１５の一端と上部配線電極１３とは、コンタクトプラグ１６Ａ、電極１６Ｂ及びコンタクトプラグ１６Ｃによって電気的に接続されている。コンタクトプラグ１６Ａは、絶縁層１４内に設けられ、電極１６Ｂは、下部表示電極１１と同じレベルの配線層で形成され、コンタクトプラグ１６Ｃは、絶縁層４３内に設けられている。コンタクトプラグ１６Ａ、電極１６Ｂ及びコンタクトプラグ１６Ｃは、透明電極で構成され、例えばＩＴＯが用いられる。上部表示電極１５より上層の構成は、第１の実施形態と同じである。
【００７２】
下部配線電極１２及び共通電極１８は、端子２３を介して駆動回路２２に電気的に接続される。上部配線電極１３及び共通電極１８は、端子２３を介して駆動回路２１に電気的に接続される。駆動回路２１及び２２の動作は、第１の実施形態と同じである。
【００７３】
このように、配線電極４２を下部表示電極１１より下方の配線層で形成することで、配線電極４２を自由に配置できるとともに、配線電極４２の配線幅及び位置の制約を受けずに上部表示電極１５の網状パターンを自由に設計することができる。上部表示電極１５の開口部１５Ａの径を小さくするほど、キャラクタの表示がより均一に見える。よって、第３の実施形態では、上部表示電極１５の開口部１５Ａの径は、１００μｍ以下、より好ましくは５０μｍ以下に設定される。
【００７４】
例えば、絶縁層１４と下部表示電極１１との屈折率の差が大きいと、画面から下部表示電極１１が目視される可能性がある。このため、絶縁層１４と下部表示電極１１との屈折率の差、及び下部表示電極１１と絶縁層４３との屈折率の差はそれぞれ、より小さいことが望ましく、具体的には０．２５以下であることが望ましい。同様の理由により、絶縁層１４と上部表示電極１５との屈折率の差は、０．２５以下であることが望ましい。このような屈折率の条件を満たすことで、下部表示電極１１及び上部表示電極１５が画面から目視されるのを防ぐことができる。
【００７５】
配線電極４２は、その配線幅が細く形成されるため、配線電極４２にＩＴＯを用いた場合には、配線電極４２が目視されることはほとんどないと考えられる。しかし、配線電極４２の配線幅が太くなると、配線電極４２と絶縁層４３との屈折率の差によっては配線電極４２が目視される可能性があるため、配線電極４２と絶縁層４３との屈折率の差も０．２５以下であることが望ましい。
【００７６】
（効果）
以上詳述したように第３の実施形態では、第１のキャラクタを表示するための配線電極４２を基板１０上に設け、配線電極４２の上方に絶縁層４３を介して、第２のキャラクタを表示するための下部表示電極１１及び上部表示電極１５を設けるようにしている。
【００７７】
従って第３の実施形態によれば、１つのキャラクタを表示するための下部表示電極１１が配線電極４２で分断されることがないため、配線電極を減らすことができる。これにより、下部表示電極１１の設計や形成工程が容易となり、液晶表示装置１の製造コストを低減することができる。
【００７８】
また、第２の実施形態のように配線電極４２を上部表示電極１５で覆う必要がない。これにより、上部表示電極１５の網状パターンを自由に設計することが可能となる。具体的には、上部表示電極１５の１個の開口部１５Ａの面積を小さくしたり、開口部１５Ａの形状を自由に設計することができる。この結果、中間調の表示ムラを低減することができる。
【００７９】
また、配線電極４２を下部表示電極１１で覆うことができるため、配線電極４２の電圧に起因する電界が高分子分散型液晶層１９に印加されない。これにより、配線電極４２に起因して表示品位が低下するのを防ぐことができる。その他の効果は、第１の実施形態と同じである。
【００８０】
上記各実施形態の液晶表示装置は、カメラなどのファインダに文字や図形を重ねて表示するパターン表示型の液晶表示装置に適用することができる。その他、デジタル時計、調光ガラス、セグメント表示が可能な液晶表示装置、マトリクス表示が可能な液晶表示装置などに適用することも可能である。
【００８１】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で、構成要素を変形して具体化することが可能である。さらに、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、１つの実施形態に開示される複数の構成要素の適宜な組み合わせ、若しくは異なる実施形態に開示される構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を構成することができる。例えば、実施形態に開示される全構成要素から幾つかの構成要素が削除されても、発明が解決しようとする課題が解決でき、発明の効果が得られる場合には、これらの構成要素が削除された実施形態が発明として抽出されうる。
【符号の説明】
【００８２】
１…液晶表示装置、１０，１７…基板、１１…下部表示電極、１２…下部配線電極、１３…上部配線電極、１４…絶縁層、１５…上部表示電極、１５Ａ…開口部、１８…共通電極、１９…高分子分散型液晶層、２０…シール材、２１，２２…駆動回路、２３…端子、３０…ジャンパ、１２Ａ，１６，１６Ａ，１６Ｃ，４１Ａ，４１Ｂ…コンタクトプラグ、１６Ｂ…電極、４０…導通配線、４２…配線電極、４３…絶縁層、１０１，１０２…ガラス基板、１０２…表示電極、１０４…共通電極、１０５…高分子分散型液晶層、１０６…シール材。
【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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【国際調査報告】
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