(57)【要約】【課題】視認性に優れた多重ドメイン液晶表示装置を実現する。【解決手段】第１絶縁基板と、第１絶縁基板上の同一層に配列される第１及び第２画素電極をそれぞれ含む複数の画素電極と、第１絶縁基板上に配列される複数の第１導電線と、第１絶縁基板に対応する第２絶縁基板と、第１絶縁基板と第２絶縁基板の間に挿入される液晶層であって、液晶層は電界が印加される時の液晶分子の配向方向によりそれぞれのドメインが定義される複数のドメインに分割され、複数の画素に対して１つの電界が印加される場合に、第１画素電極の電界は前記第２画素電極の電界と異なり、ドメインの液晶分子の方向は第１導電線に対して傾斜している液晶表示装置を提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１絶縁基板と、
前記第１絶縁基板上の同一層に配列される第１及び第２画素電極をそれぞれ含む複数の画素電極と、
前記第１絶縁基板上に配列される複数の第１導電線と、
前記第１絶縁基板に対応する第２絶縁基板と、
前記第１絶縁基板と第２絶縁基板の間に挿入される液晶層であって、前記液晶層は電界が印加される時の液晶分子の配向方向によりそれぞれのドメインが定義される複数のドメインに分割され、前記複数の画素に対して１つの電界を印加する場合に、前記第１画素電極の電界は前記第２画素電極の電界と異なり、
前記ドメインの液晶分子の方向は前記第１導電線に対して傾斜している、液晶表示装置。
【請求項２】
前記第１画素電極は、第１薄膜トランジスタとともに第１導電線と電気的に接続され、前記第２画素電極は第２薄膜トランジスタとともに第１導電線と電気的に接続される、請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項３】
前記第１薄膜トランジスタ及び第２薄膜トランジスタがオフである場合に、前記第１画素電極の電界は前記第２画素電極の電界と異なる、請求項２に記載の液晶表示装置。
【請求項４】
隣接する２つの第１導電線の間に配列される第２導電線をさらに含む、請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項５】
前記第２導電線は、前記第１画素電極の電界が前記第２画素電極の電界と異なるように、前記第１画素電極と容量結合する、請求項４に記載の液晶表示装置。
【請求項６】
前記第２導電線は、さらに前記第２画素電極と容量結合する構成である、請求項５に記載の液晶表示装置。
【請求項７】
前記第２導電線は第１画素の前記第２画素電極の一部と重畳し、前記第２導電線の第２部分は第２画素の前記第１画素電極の一部と重畳する、請求項６に記載の液晶表示装置。
【請求項８】
前記液晶層のドメインはドメイン分割手段によって定義される、請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項９】
前記ドメイン分割手段は、前記第１絶縁基板上に形成されている、請求項８に記載の液晶表示装置。
【請求項１０】
前記ドメイン分割手段は前記第１画素電極に形成された複数のスリットである、請求項９に記載の液晶表示装置。
【請求項１１】
前記スリットの幅は約２μm〜約５μｍである、請求項１０に記載の液晶表示装置。
【請求項１２】
ドメインの液晶分子は前記第１基板の垂直方向に初期配向する、請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項１３】
前記液晶層のドメインはドメイン分割手段により定義される、請求項１２に記載の液晶表示装置。
【請求項１４】
前記ドメイン分割手段は前記第１基板上に形成されている、請求項１３に記載の液晶表示装置。
【請求項１５】
前記ドメイン分割手段は前記第１画素電極上の複数のスリットである、請求項１４に記載の液晶表示装置。
【請求項１６】
前記スリットの幅は約２μｍ〜５μｍである、請求項１５に記載の液晶表示装置。
【請求項１７】
４つのドメインを有する、請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項１８】
前記第１画素電極の領域は前記第２画素電極の領域と異なる、請求項１７に記載の液晶表示装置。
【請求項１９】
前記第１画素電極の境界形状は、前記第２画素電極の境界形状と異なる、請求項１８に記載の液晶表示装置。
【請求項２０】
前記第１画素電極及び前記第２画素電極の境界は多角形状である、請求項１９に記載の液晶表示装置。
【請求項２１】
前記第１画素電極の境界形状は、前記第２画素電極の境界形状と異なる、請求項１７に記載の液晶表示装置。
【請求項２２】
前記第１画素電極及び前記第２画素電極の境界形状は多角形である、請求項２１に記載の液晶表示装置。
【請求項２３】
前記第１画素電極と前記第２画素電極は互いに電気的に絶縁されている、請求項１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及びそれに用いる基板に関し、特に液晶駆動方式としてドット反転方式あるいはライン反転方式を採用した液晶表示装置の視野角を拡張できる液晶表示装置及びそれに用いられる基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置は一般に基準電極とカラーフィルターなどが形成されている上部基板と薄膜トランジスタと画素電極などが形成されている下部基板の間に液晶物質を注入しておいて画素電極と基準電極に互いに異なる電圧を印加することによって電界を形成し液晶分子の配列を変更させ、これにより光の透過率を調節することによって画像を表現する装置である。
【０００３】
しかし、液晶表示装置は視野角が狭いことが重大な短所である。このような短所を克服するために、視野角を広くする様々な方法が開発されているが、その中でも液晶分子を上下基板に対して垂直に配向し画素電極とその対向電極である基準電極に一定の切除パターンを形成したり突起を形成する方法が有力視されている。
【０００４】
切除パターンを形成する方法としては画素電極と基準電極に各々切除パターンを形成して、これら切除パターンによって形成されるフリンジフィールドを利用して液晶分子が横になる方向を調節することによって視野角を広くする方法がある。
【０００５】
突起を形成する方法は、上下基板上に形成されている画素電極と基準電極上の各々に誘電体又は導体の突起を形成しおくことによって突起によって歪曲される電場を利用して液晶分子の横になる方向を調節する方式である。ただし、突起を形成する材料が誘電体であれば、その誘電率が液晶の誘電率より十分に大きいか、或いは、十分に小さいことが望ましく、導体は突起部分で対向電極と短絡しないように注意する必要がある。
【０００６】
他の方法としては切除と突起の組み合わせがあり、下部基板上に形成されている画素電極には切除パターンを形成し、上部基板に形成されている基準電極上には突起を形成して切除パターンと突起によって形成されるフリンジフィールドを利用して液晶の横になる方向を調節してドメインを形成する方式がある。
【０００７】
このような多重ドメイン液晶表示装置は１：１０のコントラスト比を基準にするコントラスト比基準視野角や、入力信号の大小と画面の明暗が対応しなくなる階調間輝度反転の限界角度で定義される階調反転基準視野角が前方向８０゜以上となることから非常に優れている。しかし、正面のガンマ曲線と側面のガンマ曲線が一致しない側面ガンマ曲線歪曲現象が発生して、TNモード液晶表示装置に比べても、左右側面から見る場合に視認性が悪くなる。例えば、ドメイン分割手段として切除部を形成するPVA（patterned vertically aligned）モードの場合には側面に行くほど全体的に画面が明るい側に、色が白色側に移動する傾向があり、この傾向が激しくなると、明るい画面の階調間輝度差がなくなって絵が崩れるように見える場合も発生する。しかし最近の利用状況を考えると、液晶表示装置がテレビ受像機などに用いられて絵や動映像を見ることが増加しているので、視認性が益々重要な問題になって来ている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明が目的とする技術的課題は、視認性に優れた多重ドメイン液晶表示装置を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
このような課題を解決するために本発明では、第１絶縁基板と、前記第１絶縁基板上の同一層に配列される第１及び第２画素電極をそれぞれ含む複数の画素電極と、前記第１絶縁基板上に配列される複数の第１導電線と、前記第１絶縁基板に対応する第２絶縁基板と、前記第１絶縁基板と第２絶縁基板の間に挿入される液晶層であって、前記液晶層は電界が印加される時の液晶分子の配向方向によりそれぞれのドメインが定義される複数のドメインに分割され、前記複数の画素に対して１つの電界が印加される場合に、前記第１画素電極の電界は前記第２画素電極の電界と異なり、前記ドメインの液晶分子の方向は前記第１導電線に傾斜している液晶表示装置を提供する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明では、視認性に優れた多重ドメイン液晶表示装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施例による液晶表示装置の配置図である。
【図２】図１のII-II'線による断面図である。
【図３】本発明の実施例による液晶表示装置の回路図である。
【図４】電圧シフトとドメイン比率による視認性歪曲量を示すグラフである。
【図５】従来の液晶表示装置の側面でのガンマ曲線歪曲を示すグラフである。
【図６】本発明によって側面からのガンマ曲線歪曲が減少することを示すグラフである。
【図７】従来のPVA（Patterned Vertically Aligned）モード液晶表示装置を実測したガンマ曲線である。
【図８】本発明の実施例による液晶表示装置を実測したガンマ曲線である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の実施例による液晶表示装置について説明する。
【００１３】
図１は本発明の実施例による液晶表示装置用基板の導体配置図（平面図）であり、図２は図１のII-II'線による液晶表示装置用基板組立体の断面図である。
【００１４】
本発明の実施例による液晶表示装置は、互いに対向している２枚の基板、つまり、薄膜トランジスタ基板及び色フィルター基板と、それらの間に注入されている液晶層からなる。薄膜トランジスタ基板には薄膜トランジスタと切開部を有する画素電極が行列形式で反復配置されており、色フィルター基板には色フィルターと切開部を有する基準電極が形成されている。液晶層の液晶分子は電界が印加されない状態で二つの基板に対して垂直になるように配向されている。次に、これら各々について図１と図２を参考として、さらに具体的に説明する。なお、説明中に上あるいは下と記されている場合、考慮している基板から見て液晶層のある方向を上とする。
【００１５】
まず、薄膜トランジスタ基板について説明する。
【００１６】
ガラスなどの透明な絶縁基板１１０上に横方向にのびているゲート線１２１が形成されており、ゲート線１２１がゲート電極１２３として示されている。
【００１７】
また、絶縁基板１１０上には維持電極線１３１が形成されている。維持電極線１３１は全体的に横方向にのびているが、部分的に屈曲している。
【００１８】
ゲート関連の導体であるゲート配線１２１、１２３と維持電極線１３１の上にはゲート絶縁膜１４０が形成されており、ゲート電極１２３上部のゲート絶縁膜１４０上には非晶質シリコン層１５１が形成されている。非晶質シリコン層１５１はゲート電極１２３と重なって薄膜トランジスタのチャンネル部を構成する。非晶質シリコン層１５１の上にはリン（P）などのN型不純物が高濃度でドーピングされている非晶質シリコンからなるドレーン部抵抗性接触層１６５a、１６５bが形成されている。断面図には示さないが、ドレーン部抵抗性接触層１６５a、１６５bと対向するソース部抵抗性接触層１６３も形成されている。
【００１９】
抵抗性接触層１６３、１６５a、１６５b及びゲート絶縁膜１４０の上には、データ信号に関連する導体として、データ配線１７１、１７３、１７５a、１７５b及び結合電極１７４が形成されている。データ配線１７１、１７３、１７５a、１７５bは縦方向にのびているデータ線１７１とその一部であるソース電極１７３及びこれらと分離されている第１、第２ドレーン電極１７５a、１７５bを含む。ソース電極１７３はゲート電極１２３上部で第１、第２ドレーン電極１７５a、１７５bと対向しており、第１、第２ドレーン電極１７５a、１７５bの一端は各々ゲート１２３（つまりゲート線１２１） を中心にして両側に位置する第１及び第２画素領域の内側にのびており、両画素電極はゲート線１２１を通じて同時に駆動される。結合電極１７４は後述するように、前記第２画素電極１９０bと隣接ゲート線で次に駆動される第１画素電極１９０aとを静電気的に容量結合している。ここで、抵抗性接触層１６３、１６５a、１６５bは非晶質シリコン層１５１とデータ配線１７１、１７３、１７５a、１７５bが重なる部分にのみ形成されている。
【００２０】
データ配線１７１、１７３、１７５a、１７５bの上には保護膜１８０が形成されている。この時、保護膜１８０は第１及び第２ドレーン電極１７１、１７３、１７５a、１７５bの一端を各々露出する第１及び第２接触孔１８１、１８２と結合電極１７４の一端を露出する第３接触孔１８３を有している。
【００２１】
保護膜１８０の上には第１接触孔１８１と第２接触孔１８２を通じて第１ドレーン電極１７５a及び第２ドレーン電極１７５bと各々連結されている第１及び第２画素電極１９０a、１９０bが形成されている。ここで、第２画素電極１９０bは結合電極１７４と第３接触孔１８３を通じて連結されており、第１画素電極１９０aは結合電極１７４と重なっていて静電気的に結合（容量性結合）されている。結局、第１画素電極１９０aと第２画素電極１９０bは結合電極１７４を媒介として容量性結合をしている。また、第１、第２画素電極１９０a、１９０bは維持電極線１３１と重なって維持容量を形成する。第１、第２画素電極１９０a、１９０bはITOまたはIZOなどの透明な導電物質で作られる。一方、第１画素電極１９０aは第１乃至第３下側切開部１９１、１９２、１９３を有する。第３下側切開部１９３は第１画素電極１９０aの上下中央に位置し、左から右に掘り込む模様で形成されており、第１及び第２下側切開部１９１、１９２は各々第３下側切開部１９３によって上下に区分された第１画素電極１９０aの上部及び下部に斜線方向に形成されている。第１下側切開部１９１と第２下側切開部１９２は第３下側切開部１９３を中心にして互いに対称をなしている。第１画素電極１９０aと第２画素電極１９０bが隣接する辺はV字型に折れている。この時、第１画素電極１９０aの辺は膨らんだV字型であり、第２画素電極１９０bの辺は凹んだV字型である。
【００２２】
次に、色フィルター基板について説明する。
【００２３】
ガラスなどの透明な絶縁基板２１０上にブラックマトリックス２２０が形成されており、ブラックマトリックス２２０によって定義される各画素領域には赤、緑、青色の色フィルター２３０が反復的に形成されている。ブラックマトリックス２２０と色フィルター２３０の上にはオーバーコート膜２５０が形成されており、オーバーコート膜２５０の上にはITOなどの透明な導電物質からなる基準電極２７０が形成されている。基準電極２７０は第１乃至第４上側切開部２７１、２７２、２７３、２７４を有する。第１乃至第３上側切開部２７１、２７２、２７３は第１画素電極１９０aと重なる位置に配置されて第１乃至第３下側切開部１９１、１９２、１９３と共に第１画素電極１９０aの領域を複数の小ドメインに分割しており、第４上側切開部２７４は第２画素電極１９０bの領域を上下に両分して４個の小ドメインに分割している。
【００２４】
この時、下側切開部１９１、１９２、１９３と上側切開部２７１、２７２、２７３、２７４によって分割される各小ドメインは実質的に四角形をなし、その二つの長辺はゲート線１２１とデータ線１７１に対して約４５゜をなす。
【００２５】
二つの基板１１０、２１０の外側には下部及び上部偏光板１２、２２が付着されている。この時、これら偏光板１２、２２の偏光軸はゲート線１２１またはデータ線１７１と平行しており、互いに直交するように配置される。
【００２６】
このような構造の液晶表示装置で第１画素電極１９０aと第２画素電極１９０bは互いに異なる薄膜トランジスタによってスイッチングされるので互いに異なる電圧の印加を受けることができる。また、画素行別に上から下に順次に駆動する場合には第１画素電極１９０aに印加される電圧が第２画素電極１９０bに印加される電圧より所定値だけ低く維持される。この電圧差が両電極を容量性結合する原因である。したがって、各階調によって第１画素電極１９０aに印加する電圧は第２画素電極１９０bに印加する電圧より 所定値だけ低く設定するため電圧シフトされ、これによってガンマ曲線の歪曲が減少する。この時、第１画素電極１９０aと第２画素電極１９０bの面積比と電圧シフトの大きさによって視認性が大きく変わる。したがって、これらの値を慎重に決定する必要がある。
【００２７】
次に、第１画素電極１９０aの電圧が第２画素電極１９０bの電圧より高く維持される理由を図３を参照して説明する。
【００２８】
一つの画素領域内（例えば、ｎ番目ゲート線１２１の上側および下側でｍ番目およびｍ+1番目データ線に挟まれた領域）に配置されている二つの画素電極[P(n)-a、P(n)-b]の電圧{V[P(n)-a]、V[P(n)-b]}の間の関係を導出する。
【００２９】
まず静電容量を定義するため、図３の上側画素電極P(n)-aにおいて、上側薄膜トランジスタのドレインと基準電圧Vcomの間に接続されたClcaを画素電極P(n)-aと基準電極の間に形成される液晶層の容量、Cstaを上側維持電極線と画素電極P(n)-aの間に形成される維持容量とする。また、下側画素電極P(n)-ｂにおいて、下側薄膜トランジスタのドレインと基準電圧Vcomの間に接続されたClcbを画素電極P(n)-bと基準電極の間に形成される液晶層の容量、Cstbを下側維持電極線１３１と画素電極P(n)-bの間に形成される維持容量、Cppを画素電極P(n)-bと次回駆動の上側画素電極P(n+1)-aとの間に形成される結合容量とする。
【００３０】
図３の見方を変えれば、同じゲート線と同じデータ線に第１及び第２薄膜トランジスタが連結されており、第１及び第２薄膜トランジスタには各々第１画素電極と第２画素電極が連結されていて、維持電極線１３１により隔てられている第２画素電極と次回駆動の第１画素電極は互いに容量性結合（Cpp）をしている、と説明できる。
【００３１】
また現象を考えると、一つのデータ線１７１を基準にして眺める時、n番目ゲート線１２１がオンになれば、ゲート線の上下にある２個の薄膜トランジスタチャンネルが導通し、これを通じて第１及び第２画素電極[P(n)-a、P(n)-b]に電圧 Vd(n)が印加される。しかし、P(n)-bは次回走査で駆動されるP(n+1)-aと容量性結合されているのでP(n+1)-aが駆動される時、P(n)-bが影響を受ける。したがってP(n+1)-aが駆動された後、P(n)-aとP(n)-bに保持される電圧は次のようになる。
V[P(n)-a]=Vd(n)      ・・・（１）
V[P(n)-b]=Vd(n)+([Vd(n+1)-V'd(n+1)]Cpp)/(Clcb+Cstb+Cpp)  ・・・（２）
式１及び２でVd(n)は画素P(n)-aとP(n)-bを駆動するためにデータ線に印加された電圧を意味し、Vd(n+1)はP(n+1)-aとP(n+1)-bを駆動するために印加されるデータ線電圧を意味する。また、V'd(n+1)は直前フレームにおいて画素P(n+1)-aとP(n+1)-bに印加された電圧を意味する。
【００３２】
式１及び２に示したように、P(n)-b画素に保持される電圧とP(n)-a画素に保持される電圧は互いに異なる。特に、ドット反転駆動またはライン反転駆動をし、その後、当該画素行に直前画素行と同じ階調を表示させる場合（実際に大部分の画素がこのような場合に該当する時間が多い。）にはVd(n)=−Vd(n+1)、Vd(n)=−V'd(n)（基準電極電圧は接地電圧と仮定する）であるので式２は次のように整理することができる。
V[P(n)-b]=Vd(n)-(2Vd(n)Cpp)/(Clcb+Cstb+Cpp)
=Vd(n)(Clcb+Cstb-Cpp)/(Clcb+Cstb+Cpp)
=TVd(n)                                ・・・（３）
ただし、T=(Clcb+Cstb-Cpp)/(Clcb+Cstb+Cpp)
式３によれば、P(n)-bにはP(n)-aより低い電圧が保持される。したがって、P(n+1)画素にP(n)画素と同じ階調を表示させる場合には、P(n)-b（第２画素電極に対応）にはP(n+1)-a（次回駆動の第１画素電極に対応）に印加される電圧より低い電圧が保持される。
【００３３】
図４は電圧シフトとドメイン比率による視認性歪曲量を示すグラフである。
【００３４】
図４で縦軸は視認性歪曲量を定量化した値であり、横軸は第１画素電極１９０aと第２画素電極１９０bの面積比と電圧シフトの大きさを示す。
【００３５】
視認性歪曲量が０．１〜０．２であれば、CRTと同レベルの極めて優れた視認性を示すことを意味し、０．２〜０．２５であれば、非常に優れた視認性を示すことであり、０．２５〜０．３であれば視認性に優れたほうであり、０．３〜０．３５であれば良好な程度である。０．３５以下は視認性が悪く表示品質が良くない。
【００３６】
図４に基づいて判断する時、第１画素電極と第２画素電極の面積比が５０:５０〜８０:２０である時、優れた視認性を示し、第１画素電極を第２画素電極に比べて大きく設計するのが好ましい。また、電圧シフト量はVth付近で０．４から１．０Vである時、優れた視認性を示す。しかし、キックバック（kick-back）電圧などの問題のため第１画素電極が第２画素電極より大きく、特に８０％以上になればフリッカーなどの様々な問題が発生して好ましくない。また、、第１画素電極のVth電圧が第２画素電極のVth電圧より０．４V〜１．０V低くなれば視認性が向上する。第１画素電極と第２画素電極の電圧差は高階調へ行くほどさらに大きくなる。
【００３７】
次に、本発明による液晶表示装置で視認性が改善される理由を図５と図６を参照して説明する。
【００３８】
図５は従来の液晶表示装置のガンマ曲線歪曲を示すグラフであり、図６は本発明によるガンマ曲線歪曲を示すグラフである。
【００３９】
図５を見れば、従来のように一つの画素電極だけを形成する場合には正面ガンマ曲線Ｃ１に比べて側面のガンマ曲線Ｃ２が上側に大きく歪曲されることが分かる。しかし、本発明のように、画素電極を二つの小電極（第１画素電極及び第２画素電極）に分割して各小領域に画素電極と薄膜トランジスタを配置し、今回駆動の第１画素電極と直前駆動の第２画素電極を容量結合させることによって全方向での視認性を改善する。これを説明すると、第２画素電極に保持される電圧が通常の階調電圧より低くなるように画像信号電圧を設定すれば、低階調の所定範囲で第２画素電極の電圧がしきい電圧（Vth：明暗分岐点）以下に維持されるので第２画素電極部分はブラック状態に維持され、第１画素電極部分だけが輝度増加に寄与する。しかし、第２画素電極部分の面積が小さいので輝度影響も少ない（図６のＡ領域：第１画素電極だけonである領域）。一定の階調以上になれば、第２画素電極の電圧もしきい電圧以上に上がるので第２画素電極も輝度増加に寄与し輝度増加が大きくなる（図６のＢ領域：第１画素電極と第２画素電極onの領域）。したがって、図６に示したように、正面ガンマ曲線Ｃ３と側面ガンマ曲線Ｃ４によるガンマ曲線の歪曲が減少する。
【００４０】
図７は従来のPVA（Patterned Vertically Aligned）モード液晶表示装置を実測したガンマ曲線であり、図８は本発明の実施例による液晶表示装置を実測したガンマ曲線である。
【００４１】
図７と図８を比較すると本発明の実施例による液晶表示装置のガンマ曲線歪曲が全ての方向で従来の液晶表示装置に比べて少ないことが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明は、多重ドメイン液晶表示装置に適用することができ、視認性に優れた液晶表示装置を実現することができる。
【符号の説明】
【００４３】
１２：偏光板
２２：偏光板
１１０：絶縁基板
１２１：ゲート線
１２３：ゲート電極
１３１：維持電極線
１４０：ゲート絶縁膜
１７１：データ線
１７３：ソース電極
１７５a、１７５b：ドレーン電極
１７４：結合電極
１８０：保護膜
１９０a、１９０b：画素電極
１９１、１９２、１９３：下側切開部
２７０：基準電極
２７１、２７２、２７３、２７４：上側切開部
【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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