(57)【要約】【課題】ディスプレイ用バックライト・ユニットにおける照明光路制御に使用され、液晶パネル側最表面に使用される光学シートにおいて、光源の温度上昇に伴う輝度むらを低減し、表示品位を向上させる光学シート、及びその光学シートを搭載したディスプレイ用バックライト・ユニット及び画像表示ディスプレイを提供する。【解決手段】光学シート１は、略長方形を呈し光を集光あるいは拡散するものである。光学シート１は、略長方形の４つの角部のうち２つ以上の角部に該角部が切り欠かれた欠部が形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
略長方形を呈し光を集光あるいは拡散する光学シートであって、
前記略長方形の４つの角部のうち２つ以上の角部に該角部が切り欠かれた欠部が形成されている、
ことを特徴とする光学シート。
【請求項２】
前記光学シートの厚さ方向の一方の面は、微細な多数の凸レンズが配列されて成り光集光機構を有するレンズアレイ面として形成されていることを特徴とする請求項１記載の光学シート。
【請求項３】
前記光学シートの厚さ方向の一方の面は、集光機能を有し直線状に延在する凸レンズが複数平行に並べられたライン状の構造体として形成されていることを特徴とする請求項１記載の光学シート。
【請求項４】
前記光学シートの厚さ方向の一方の面は、集光機能を有し略半球状もしくは非曲面状の凸レンズが多数配列された構造体として形成されていることを特徴とする請求項１記載の光学シート。
【請求項５】
前記欠部が形成された角部は隣接する２辺が交差する箇所であり、
前記欠部が位置する前記光学シートの部分は、前記隣接する二辺に対して滑らかに曲率が変化する曲線状に延在する曲線部で形成されていることを特徴とする請求項１乃至４に何れか１項記載の光学シート。
【請求項６】
前記欠部が形成された角部は隣接する２辺が交差する箇所であり、
前記欠部が位置する前記光学シートの部分は、前記隣接する二辺に対して０度より大きく９０度よりも小さい傾きで直線状に延在する直線部で形成されていることを特徴とする請求項１乃至４に何れか１項記載の光学シート。
【請求項７】
前記欠部が形成された角部は隣接する２辺が交差する箇所であり、
前記欠部が位置する前記光学シートの部分は、前記隣接する二辺に対して共に略９０度の角度をもって直線状に延在する２つの直線部で形成されていることを特徴とする請求項１乃至４に何れか１項記載の光学シート。
【請求項８】
請求項１〜７に何れかに記載の光学シートを搭載したディスプレイ用バックライト・ユニット。
【請求項９】
請求項８記載のディスプレイ用バックライト・ユニットを搭載した画像表示ディスプレイ。
【請求項１０】
前記画像表示ディスプレイは筐体を有し、
前記光学シートの隣接する二辺の各々の延長線の交点をAとし、交点Ａを通り長辺と平行である直線が前記光学シートと最初に接触する点をＢとし、交点Ａを通り短辺と平行である直線が前記光学シートと最初に接触する点をＣとしたとき、ＡＢ間の距離が前記筐体内の最大左右幅の２％〜１５％であり、且つ、ＡＣ間の距離が前記筐体内の最大上下幅の２％〜１５％である請求項９記載の画像表示ディスプレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に液晶表示素子である透過型の液晶表示パネルを裏面より照明するためのバックライト照明光路の制御に使用する光学シート、及びその光学シートを搭載したディスプレイ用バックライト・ユニット及び画像表示ディスプレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＴＦＴ型液晶パネルやＳＴＮ型液晶パネルを使用した液晶表示装置は、主としてＯＡ分野のカラーノートＰＣを中心に商品化されている。
【０００３】
このような液晶表示装置においては、液晶パネルの背面側に光源を配置し、この光源からの光で液晶パネルを照明する方式、いわゆるバックライト方式が採用されている。
【０００４】
この種のバックライト方式に採用されているバックライト・ユニットとしては大別して２通りの方式がある。よくエッジライト様式と呼ばれる、冷陰極管等の光源ランプを光透過性に優れたアクリル樹脂等からなる平板状の導光板内で多重反射させる「導光板ライトガイド方式」と、導光板を用いない「直下型方式」とがある。
【０００５】
導光板ライトガイド方式のバックライト・ユニットが搭載された液晶表示装置としては、例えば、図７に示すものが一般に知られている。
【０００６】
これは、上部に偏光板７１，７３に挟まれた液晶パネル７２が設けられ、その下面側に、略長方形板状のポリメチルメタクリレートやアクリル等の透明な基材からなる導光板７９が設置されており、該導光板の光射出側に拡散フィルム７８が設けられている。
【０００７】
さらに、この導光板７９の下面に、導光板７９に導入された光を効率よく上記液晶パネル７２方向に均一となるように散乱して反射されるための散乱反射パターン部が印刷などによって設けられる（図示せず）と共に、散乱反射パターン部下方に反射フィルム７７が設けられている。
【０００８】
また、上記導光板７９には、側端部に光源ランプ７６が取り付けられており、さらに、光源ランプ７６の光を効率よく導光板７９中に入射させるべく、光源ランプ７６の背面側を覆うようにして高反射率のランプリフレクター８１が設けられている。上記散乱反射パターン部は、白色である二酸化チタン粉末を透明な接着剤等の溶液に混合した混合物を、所定パターン、例えばドットパターンにて印刷し乾燥、形成したものであり、導光板７９内に入射した光に指向性を付与し、光射出面側へと導くようになっており、高輝度化を図るための工夫である。
【０００９】
さらに、最近では、光利用効率をアップして高輝度化を図るべく、図８に示すように、拡散フィルム７８と液晶パネル７２との間に、光集光機能を備えたプリズムフィルム７４，７５を設けることが提案されている。このプリズムフィルム７４，７５は導光板７９の光射出面から射出され、拡散フィルム７８で拡散された光を、高効率で液晶パネル７２の有効表示エリアに集光させるものである。
【００１０】
しかしながら、図７に例示した装置では、視野角の制御は、拡散フィルム７８の拡散性のみに委ねられており、その制御は難しく、ディスプレイの正面方向の中心部は明るく、周辺部に行くほど暗くなる特性は避けられない。そのため、液晶画面を横から見たときの輝度の低下が大きく、光の利用効率の低下を招いていた。
さらに、図８に例示したプリズムフィルムを用いる装置では、プリズムフィルムの枚数が２枚必要であるため、フィルムの吸収による光量の低下が大きいだけでなく、部材数の増加によりコストが上昇する原因にもなっていた。
【００１１】
一方、直下型方式は、導光板の利用が困難な大型の液晶ＴＶなどの表示装置が用いられている。
【００１２】
直下型方式の液晶表示装置としては、図９に例示する装置が一般的に知られている。これにおいては、上部に偏光板７１、７３に挟まれた液晶パネル７２が設けられ、その下面側に、蛍光管等からなる光源５１から射出され、拡散フィルム８２のような光学シートで拡散された光を、高効率で液晶パネル７２の有効表示エリアに集光させるものである。光源５１からの光を効率よく照明光として利用するために、光源５１の背面には、リフレター５２が配置されている。
【００１３】
しかしながら、図９に例示する装置でも、視野角の制御は、拡散フィルム８２の拡散性のみに委ねられており、その制御は難しく、ディスプレイの正面方向の中心部は明るく、周辺部に行くほど暗くなる特性は避けられない。そのため、液晶画面を横から見たときの輝度の低下が大きく、光の利用効率の低下を招いていた。さらに、プリズムフィルムを用いるものでは、プリズムフィルムの枚数が２枚必要であるため、フィルムの吸収による光量の低下が大きいだけでなく、部材数の増加によりコストが上昇する原因にもなっていた。
【００１４】
また光源５１間の間隔が広すぎると、画面上に輝度ムラが生じやすく、光源５１の数を減らせず、消費電力の増加及びコストの増加を招く原因となっていた。
【００１５】
ところで、このような液晶表示装置では、軽量、低消費電力、高輝度、薄型化であることが市場ニーズとして強く要請されており、それに伴い、液晶表示装置に搭載されるバックライト・ユニットも、軽量、低消費電力、高輝度であることが要求されている。
【００１６】
特に、最近、目覚しい発展をみるカラー液晶表示装置においては、液晶パネルのパネル透過率がモノクロ対応の液晶パネルに比べ格段に低く、そのため、バックライト・ユニットの輝度向上を図ることが、装置自体の低消費電力を得るために必須となっている。
【００１７】
しかしながら、上述したように従来の装置では、高輝度、低消費電力の要請に充分に応えられているとは言いがたく、ユーザーからは、低価格、高輝度、高表示品位で、かつ低消費電力の液晶表示装置を実現できるバックライト・ユニットの開発が待ち望まれている。
そこで、バックライト・ユニットに用いられる複数の光学シートの機能を、より少ない枚数の光学シートで実現しようとする試みがなされている。その為、集光と拡散の機能をあわせ持った光学シートの開発が盛んになされている（特許文献１、２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】特開２００７−２５６５７５号公報
【特許文献２】特表２００８−５１５０２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
しかし、少なからず集光機能をもった光学シートがパネル側最表面に位置すると、高温や高湿などの周囲の環境の変化、また光源が点灯した時の熱によって光学シートに生じるたわみに起因する輝度むらが発生する（以後、これをしわと表記する）。しわの発生を防ぐためには光学シートを厚くしたりする方法もあるが、コストアップや厚みが増すことによる光のロス、反りの問題が発生し完全な解決策にはなっていない。
本発明の目的は、光学シートの厚みを増すことなく、しわの発生を抑制する上で有利な光学シートを提供することにある。
また、本発明の目的は、そのような光学シートを搭載したディスプレイ用バックライト・ユニットを提供することにある。
また、本発明の目的は、そのようなディスプレイ用バックライト・ユニットを搭載した画像表示ディスプレイを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
前記目的を達成する為、請求項１の発明はディスプレイ用バックライト・ユニットの照明光路制御に使用される光学シートであって、前記光学シートは略長方形の形状を有しており、その略長方形の四箇所の角のうち二箇所以上の角が欠けている形状を有することを特徴とする光学シートである。
ここで言う角が欠けている形状とは、本発明における光学シートの形状例として示す図１、図２、図３において、ｘｎ及びｙｎが０より大きい形状のことである。
ただし、前記ｘｎ及び前記ｙｎは次のように定義する。
前記光学シートにおいて、隣接する二辺の各々の延長線の交点をAとし、交点Ａを通り長辺と平行である直線が前記光学シートと最初に接触する点をＢとし、交点Ａを通り短辺と平行である直線が前記光学シートと最初に接触する点をＣとする。そのとき、ＡＢ間の線分の距離をｘｎとし、ＡＣ間の線分の距離をｙｎとする。なお、ｎは略長方形の四箇所の角のそれぞれに対応して付した添え字である。
【００２１】
請求項１の発明は略長方形の形状を有しており、その略長方形の四箇所の角のうち二箇所以上の角が欠けている形状を有することを特徴とする光学シートである。
ここで言う二箇所以上の角が欠けている形状とは、前記ｘｎ及び前記ｙｎで示されるｎが２，３，４の何れかであることを指す。言い換えると、前記ｘｎ及び前記ｙｎで示される角が欠けた箇所が２箇所，３箇所，４箇所の何れかであることを指す。
【００２２】
請求項１の発明は略長方形の形状を有しており、その略長方形の四箇所の角のうち二箇所以上の角が欠けている形状を有することを特徴とする光学シートである。
この複数の欠けている角は必ずしも全て同じ形状である必要はなく、またｘ１、ｘ２、ｘ３、ｘ４が全て同じ値でなくともよく、同様にｙ１、ｙ２、ｙ３、ｙ４が全て同じ値でなくともよい。
言い換えると、請求項１の発明は、略長方形を呈し光を集光あるいは拡散する光学シートであって、前記略長方形の４つの角部のうち２つ以上の角部に該角部が切り欠かれた欠部が形成されていることを特徴とする。
【００２３】
請求項２の発明は、光学シートの厚さ方向の一方の面は、微細な多数の凸レンズが配列されて成り光集光機構を有するレンズアレイ面として形成されていることを特徴とする請求項１記載の光学シートである。
【００２４】
請求項３の発明は、光学シートの厚さ方向の一方の面は、集光機能を有し直線状に延在する凸レンズが複数平行に並べられたライン状の構造体として形成されていることを特徴とする請求項１記載の光学シートである。
そのレンズ形状例を図５に示す。
図５において符号１０２、１０４は凸レンズを示す。
【００２５】
請求項４の発明は、光学シートの厚さ方向の一方の面は、集光機能を有し略半球状もしくは非曲面状の凸レンズが多数配列された構造体として形成されていることを特徴とする請求項１記載の光学シートである。
そのレンズ形状例を図６に示す。
図６において符号１１０、１１２は凸レンズを示す。
【００２６】
請求項５の発明は、欠部が形成された角部は隣接する２辺が交差する箇所であり、前記欠部が位置する前記光学シートの部分は、前記隣接する二辺に対して滑らかに曲率が変化する曲線状に延在する曲線部で形成されていることを特徴とする請求項１乃至４に何れか１項記載の光学シートである。
その形状例を図１に示す。
図１において符号１２０は曲線部を示す。
【００２７】
請求項６の発明は、欠部が形成された角部は隣接する２辺が交差する箇所であり、前記欠部が位置する前記光学シートの部分は、前記隣接する二辺に対して０度より大きく９０度よりも小さい傾きで直線状に延在する直線部で形成されていることを特徴とする請求項１乃至４に何れか１項記載の光学シートである。
その形状例を図２に示す。
図２において符号１３０は直線部を示す。
言い換えると、直線部１３０と、隣接する光学シートの一辺の延長線が成す角の角度をαとするとき、αが０°より大きく、且つ、９０°より小さい。
【００２８】
請求項７の発明は、欠部が形成された角部は隣接する２辺が交差する箇所であり、前記欠部が位置する前記光学シートの部分は、前記隣接する二辺に対して共に略９０度の角度をもって直線状に延在する２つの直線部で形成されていることを特徴とする請求項１乃至４に何れか１項記載の光学シートである。
その形状例を図３に示す。
図３において符号１４０は２つの直線部を示す。
【００２９】
請求項８の発明は、請求項１〜７に何れかに記載の光学シートを搭載したディスプレイ用バックライト・ユニットである。
【００３０】
請求項９の発明は、請求項８記載のディスプレイ用バックライト・ユニットを搭載した画像表示ディスプレイである。
【００３１】
請求項１０の発明は、前記画像表示ディスプレイは筐体を有し、前記光学シートの隣接する二辺の各々の延長線の交点をAとし、交点Ａを通り長辺と平行である直線が前記光学シートと最初に接触する点をＢとし、交点Ａを通り短辺と平行である直線が前記光学シートと最初に接触する点をＣとしたとき、ＡＢ間の距離が前記筐体内の最大左右幅の２％〜１５％であり、且つ、ＡＣ間の距離が前記筐体内の最大上下幅の２％〜１５％である請求項９記載の画像表示ディスプレイである。
図４は画像表示ディスプレイの説明図である。
図４において、画像表示ディスプレイ２００は筐体２０２を有している。
図１、図２、図３に示すＡＢ間の距離が、図４に示す筐体２０２内の最大左右幅Ｘの２％〜１５％であり、且つ、図１、図２、図３に示すＡＣ間の距離が、図４に示す筐体２０２内の最大上下幅Ｙの２％〜１５％である。
なお、欠部は光学シートの厚さ方向に貫通形成されている。
【発明の効果】
【００３２】
光学シートは角の一点に力がかかってたわむことによって、しわが角から発生することが多い。そこで本発明では、光学シートの略長方形の４つの角部のうち２つ以上の角部に該角部が切り欠かれた欠部を形成することで、光学シートの角部にかかる力を分散している。それにより、しわの発生を防止し、表示品位を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の光学シート形状例を示す説明図である。
【図２】本発明の光学シート形状例を示す説明図である。
【図３】本発明の光学シート形状例を示す説明図である。
【図４】（Ａ）、（Ｂ）は画像表示ディスプレイとしての液晶表示装置の内部構造を示す説明図である。
【図５】（Ａ）、（Ｂ）は本発明の光学シートにおけるレンズ表面の形状例を示す説明図である。
【図６】（Ａ）、（Ｂ）は本発明の光学シートにおけるレンズ表面の形状例を示す説明図である。
【図７】従来技術による液晶表示装置の構成例を示す説明図である。
【図８】従来技術による液晶表示装置の構成例を示す説明図である。
【図９】従来技術による液晶表示装置の構成例を示す説明図である。
【図１０】本発明の光学シートを使用したバックライト構成例の断面を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
光学シートは表面に構造体を設けることで集光機能を有している。集光機能を奏する構造体としては、プリズム、レンズ、マイクロレンズ、またはこれらを組み合わせた形状がよく知られている。近年では特表２００８−５１５０２６号公報に示すようにこれまでの構造体の定義に当てはまらない形状が多く提案されているが、集光機能を有する光学シートであれば同様に使用することができる。
【００３５】
光学シートは表面に微細な凹凸を具備し、この表面の微細な凹凸で光の拡散性を有していても良い。ここで、微細な凹凸の種類としては、凸状シリンドリカル形状のもの、レンズ形状のもの、三角プリズム形状が挙げられるが、これらに限らず、光拡散機能が微細の凹凸が付与される前に比較して向上する凹凸形状のものであれば上記の形状に限らない。
また、微細な凹凸は光学密着、ムラ、ニュートンリングなどの外観特性を向上することもできる。
【００３６】
光学シートは複層構造でも良く、透明層を含んでいても良い。
【００３７】
本発明の光学シートは、厚み１００μｍ以上１０００μｍ以下のものが特に有効である。
本発明の光学シートを使用した場合でも、厚みが１００μｍ未満であるとシート全体が非常にたわみ易く、しわの発生を完全に防ぐことは困難である。また１０００μｍよりも厚いシートの場合には、通常よく用いられる略長方形の光学シートであっても、十分に自重に耐えられるだけの剛性を有する為、本発明の光学シートの優位性を発揮しきれない。
【００３８】
本発明の光学シートは、ポリカーボネート樹脂やポリスチレン樹脂、アクリル系樹脂、フッ素系アクリル樹脂、エポキシアクリレート樹脂、メチルスチレン樹脂、フルオレン樹脂、シクロオレフィンポリマー、ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレン、アクリル−スチレン共重合体、スチレン−ブタジエン−アクリロニトリル共重合体など、一般によく用いられている様々な材料において有効である。
また、主となる材質の中に分散された透明粒子を具備することも可能である。
【００３９】
図１０は本発明の光学シートを使用したバックライト構成例の断面を示している。
光源１５からの光Ｋは、拡散板５に入射する。その後、拡散板５の出射面から光学シート１の入射面に到達する。最終的に光は光学シート１の出射面から出射光Ｌとして出射される。出射光Ｌは偏光板２１にはさまれた液晶層１９に到達する。ここを透過した光はディスプレイの視認方向Ｓへと出射し、観察者に視認される。なお、使用する光学シートの枚数は、適宜増やしても良い。
【００４０】
本発明の光学シートを使用したバックライト・ユニットは、直下型方式でも良く、また導光板ライトガイド方式でも良い。
【００４１】
まず樹脂シートを溶融し、押出機にてダイよりシート形状に樹脂シートを押し出し、当該シートが冷却、硬化する前に基材シートとラミネートし、冷却した後基材シートから剥離して、所望のレンズ形状を有する押出シートを得ることができる。
その後、作製した光学シートの角をカッター、或いはレーザー光照射などを用いることで断裁するか、シート全体を切断して所望の形状を作製できる型で押し込むなどすることで、本発明の光学シートを得ることができる。言い換えると、４つの角部のうち２つ以上の角部に該角部が切り欠かれた欠部を形成された光学シートを得ることができる。
最終的に角の欠けている形状を有する光学シートを作製できるならば、その作製手段については特に制限は無い。
【００４２】
以上のように作製した光学シートは従来の光学シートに比べ、パネル側際表面に用いてもしわを改善することができる。バックライトに使用する際は、市販の拡散板など様々な光学部材と共に本発明の光学シートを組み合わせて使用することで、所望の表示性能を持つディスプレイを提供することができる。
【実施例】
【００４３】
（しわの評価方法）
熱可塑性の樹脂シートを溶融し、押出機にてダイよりシート形状に樹脂シートを押し出し、当該シートが冷却、硬化する前に上記基材シートとラミネートし、冷却した後基材シートから剥離して、レンチキュラーレンズを有する押出シートを得た。
拡散板はＰＳ樹脂を押出法により２ｍｍのシート状に成型したものを使用した。
各環境下（常温２５℃５０％、高温８０℃、高温高湿５０℃９５％、低温−１０℃）での光学シート部のしわの評価は、３２インチ、３７インチ及び４６インチの液晶テレビに光学シート部と拡散板を設置し、点灯した後１時間放置ししわを目視確認した。この時を初期状態とした。初期状態でしわが認められなかったディスプレイを点灯したまま各環境に１２時間、もしくは２４時間投入した。
投入時間終了後、点灯したまま常温環境に戻し、１時間ごとに２４時間しわを目視確認した。
【００４４】
（角の断裁量の検討）
略長方形の光学シートの角を断裁して本発明の光学シートを得る際に、断裁する量を変え、前記ｘｎ及び前記ｙｎの長さの違いによって結果に差異が生じるか否かを確認した。
上記の条件においてしわの目視評価を行うと、ｘｎが前記Ｘの２％〜１５％であり、且つ、ｙｎが前記Ｙの２％〜１５％であるときに、通常用いられる略長方形の光学シートのときよりも表示品位が向上した。
【００４５】
（光学シートの厚みの検討）
本発明の光学シートにおいて、シートの厚みの違いによって結果に差異が生じるか否かを確認した。
上記の条件においてしわの目視評価を行うと、光学シートの厚みが１００μｍ以上のときに、通常用いられる略長方形の光学シートのときよりも表示品位が向上した。それよりも薄くすると、本発明の光学シートを用いても、シート全体がたわむことに起因するしわが発生した。
また、光学シートの厚みが１０００μｍを超えると、通常よく用いられる略長方形の光学シートであっても、十分に自重に耐えられるだけの剛性を有する為、本発明の光学シートの優位性を発揮しきれない。
【００４６】
（光学シートの材料の検討）
本発明の光学シートにおける材料として、ポリカーボネート樹脂だけに限定せず、ポリスチレン樹脂、アクリル系樹脂、フッ素系アクリル樹脂、エポキシアクリレート樹脂、メチルスチレン樹脂、フルオレン樹脂、シクロオレフィンポリマー、ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレン、アクリル−スチレン共重合体、スチレン−ブタジエン−アクリロニトリル共重合体など、一般によく用いられている様々な材料においても有効であるかどうかを確認した。
上記の条件においてしわの目視評価を行うと、どの材料を用いた場合でも、通常用いられる略長方形の光学シートのときよりも表示品位が向上した。
【００４７】
（バックライトの検討）
バックライト・ユニットにおける方式として、直下型方式か導光板ライトガイド方式かによって結果に差異が生じるか否かを確認した。
上記の条件においてしわの目視評価を行うと、どちらの方式を用いたバックライト・ユニットにおいても本発明の光学シートは有効に働いており、通常用いられる略長方形の光学シートのときよりも表示品位が向上した。
【符号の説明】
【００４８】
１    本発明の光学シート
５    拡散板
１０  留め具
１５  光源
１７  反射板
１９  液晶層
２１  偏光板
５１  光源
５２  反射板
７１  偏光板
７２  液晶パネル
７３  偏光板
７４  プリズム
７５  プリズム
７６  光源
７７  反射フィルム
７８  拡散フィルム
７９  導光板
８１  反射板
Ａ    本発明の光学シートにおける長辺の延長線、及び短辺の延長線の交点
Ｂ    本発明の光学シート長辺と、欠けている角の接点
Ｃ    本発明の光学シート短辺と、欠けている角の接点
Ｋ    光源からの光
Ｌ    光学部材からの出射光
Ｓ    ディスプレイの視認方向
【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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