(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１及び第２基板と、該第１基板と該第２基板との間に挟持された液晶層とを有し、該液晶層に電圧を印加する一対の電極によって規定される複数の絵素領域を有する液晶表示装置であって、
該複数の絵素領域毎に、反射領域と透過領域とを有し、該液晶層は、正の誘電率異方性を有する液晶材料からなり、
該第１基板の該液晶層とは反対側に設けられた第１偏光素子と、
該第２基板の該液晶層とは反対側に設けられた第２偏光素子と、
該第１偏光素子と該液晶層との間に設けられた第１位相差補償素子と、
該第２偏光素子と該液晶層との間に設けられた第２位相差補償素子とを有し、
前記反射領域と前記透過領域は、同じ液晶材料からなる液晶層を有し、
該反射領域の該液晶層の厚さは、該透過領域の該液晶層の厚さよりも２〜３μｍ小さくなっており、
該液晶層のツイスト角θｔは０°以上９０°以下であり、
該反射領域の該液晶層の可視光領域のリタデーションＲｄが、式（１）と式（２）、式（３）と式（４）とでそれぞれ表される曲線で包囲される範囲、０°≦θｔ≦５４．３°の範囲において、式（５）と式（６）、式（７）と式（８）とでそれぞれ表される曲線で包囲される範囲、５４．３°＜θｔ≦９０°の範囲において、式（５）と式（８）とでそれぞれ表される曲線で包囲される範囲のいずれかであり、且つ、
該透過領域の該液晶層の可視光領域のリタデーションＲｄが、式（９）と式（１０）、または式（１１）と式（１２）でそれぞれ表される曲線で包囲される範囲であり、それぞれの式が
Ｒｄ＝−０．００４３・θｔ２−０．０６５・θｔ＋１０１１．８        （１）
Ｒｄ＝−０．００８９・θｔ２＋０．１３７９・θｔ＋９１４．６８      （２）
Ｒｄ＝−０．００１５・θｔ２−０．１６１２・θｔ＋７３７．２９      （３）
Ｒｄ＝−０．００６４・θｔ２−０．００４３・θｔ＋６４０．６５      （４）
Ｒｄ＝−０．０１７８・θｔ２＋０．２２１９・θｔ＋４５８．９２      （５）
Ｒｄ＝−０．０４０５・θｔ２＋０．４０４５・θｔ＋３６４．０５      （６）
Ｒｄ＝０．０３４７・θｔ２−０．４１６１・θｔ＋１８６．５３        （７）
Ｒｄ＝０．００９８・θｔ２−０．１９１２・θｔ＋８９．８７３        （８）
Ｒｄ＝−０．００４３・θｔ２−０．０６５・θｔ＋９９５．６６        （９）
Ｒｄ＝−０．００５８・θｔ２−０．０２０２・θｔ＋６６５．８      （１０）
Ｒｄ＝−０．０２４８・θｔ２＋０．６３０７・θｔ＋４３９．５８    （１１）
Ｒｄ＝０．０１８１・θｔ２−０．６６６２・θｔ＋１０９．５１      （１２）
である、液晶表示装置。
【請求項２】
前記リタデーションＲｄが、反射領域のツイスト角θｔが０°≦θｔ≦５４．３°の範囲において、上記式（７）および上記式（８）で表される曲線で包囲される範囲、または、前記リタデーションＲｄが、反射領域のツイスト角θｔが５４．３°＜θｔ≦９０°の範囲において、上記式（５）および上記式（８）で表される曲線で包囲される範囲とし、且つ、
前記透過領域のツイスト角θｔが０°以上９０°以下の範囲において、前記リタデーションが上記式（１１）と上記式（１２）とで表される曲線で包囲される範囲にある、請求項１に記載の液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は液晶表示装置に関し、特に反射モードの表示と透過モードの表示を行うことが可能な、反射透過両用型の液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、液晶表示装置には、周囲光を利用する反射型表示装置、バックライト光を利用する透過型表示装置、ハーフミラーとバックライトを備えた半透過型表示装置があった。
【０００３】
反射型液晶表示装置は、薄暗い環境下では表示が見えにくくなり、透過型液晶表示装置は、周囲光が強い、例えば屋外など太陽光のもとでは、表示がかすんで見えにくくなるという欠点があった。どのような環境下でも良好な表示ができるように、これらの両方の表示モードを併用した液晶表示装置として、特開平７−３３３５９８号公報は、半透過型液晶表示装置を開示している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来の半透過型液晶表示装置には、下記の問題があった。
従来の半透過型液晶表示装置は、反射型液晶表示装置における反射板に代えてハーフミラーを用い、微少な透過領域（例えば、金属薄膜中の微少な穴）を反射領域内に設け、反射光とともに透過光を利用して表示を行っている。表示に用いられる反射光と透過光は同じ液晶層を通過するので、反射光の光路は透過光の光路の２倍となり、反射光と透過光に対する液晶層のリタデーションが大きく異なるので、良好な表示を得ることができなかった。また、反射モードと透過モードの表示が重畳されているので、反射モードの表示と透過モードの表示を個別に最適化できないので、カラー表示が困難であったり、ぼやけた表示になるという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、量産性にすぐれ、周囲光の明るさによらず、良好な表示が可能な液晶表示装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の液晶表示装置は、第１及び第２基板と、該第１基板と第２基板との間に挟持された液晶層とを有し、該液晶層に電圧を印加する一対の電極によって規定される複数の絵素領域を有する液晶表示装置であって、該複数の絵素領域毎に、反射領域と透過領域とを有し、該液晶層は、正の誘電率異方性を有する液晶材料からなり、該第１基板の該液晶層とは反対側に設けられた第１偏光素子と、該第２基板の該液晶層とは反対側に設けられた第２偏光素子と、該第１偏光素子と該液晶層との間に設けられた第１位相差補償素子と、該第２偏光素子と該液晶層との間に設けられた第２位相差補償素子とを有し、該液晶層のツイスト角θｔは０°以上９０°以下であり、該反射領域の該液晶層の可視光領域のリタデーションＲｄとツイスト角θｔが、式（１）と式（２）、式（３）と式（４）とでそれぞれ表される曲線で包囲される範囲、０°≦θｔ≦５４．３°の範囲において、式（５）と式（６）および式（７）と式（８）とでそれぞれ表される曲線で包囲される範囲、および５４．３°＜θｔ≦９０°の範囲において、式（５）と式（８）で表される曲線で包囲される範囲であり、且つ、
該透過領域の該液晶層の可視光領域のリタデーションＲｄとツイスト角θｔが、式（９）と式（１０）、式（１１）と式（１２）でそれぞれ表される曲線で包囲される範囲であり、上記のそれぞれの式が、
Ｒｄ＝−０．００４３・θｔ２−０．０６５・θｔ＋１０１１．８        （１）
Ｒｄ＝−０．００８９・θｔ２＋０．１３７９・θｔ＋９１４．６８      （２）
Ｒｄ＝−０．００１５・θｔ２−０．１６１２・θｔ＋７３７．２９      （３）
Ｒｄ＝−０．００６４・θｔ２−０．００４３・θｔ＋６４０．６５      （４）
Ｒｄ＝−０．０１７８・θｔ２＋０．２２１９・θｔ＋４５８．９２      （５）
Ｒｄ＝−０．０４０５・θｔ２＋０．４０４５・θｔ＋３６４．０５      （６）
Ｒｄ＝０．０３４７・θｔ２−０．４１６１・θｔ＋１８６．５３        （７）
Ｒｄ＝０．００９８・θｔ２−０．１９１２・θｔ＋８９．８７３        （８）
Ｒｄ＝−０．００４３・θｔ２−０．０６５・θｔ＋９９５．６６        （９）
Ｒｄ＝−０．００５８・θｔ２−０．０２０２・θｔ＋６６５．８      （１０）
Ｒｄ＝−０．０２４８・θｔ２＋０．６３０７・θｔ＋４３９．５８    （１１）
Ｒｄ＝０．０１８１・θｔ２−０．６６６２・θｔ＋１０９．５１      （１２）
であり、そのことによって上記目的が達成される。
【０００７】
前記リタデーションＲｄが、反射領域のツイスト角θｔが０°≦θｔ≦５４．３°の範囲において、上記式（７）および上記式（８）で表される曲線で包囲される範囲、および前記リタデーションＲｄが、反射領域のツイスト角θｔが５４．３°＜θｔ≦９０°の範囲において、上記式（５）および上記式（８）で表される曲線で包囲される範囲とし、且つ、前記透過領域のツイスト角θｔが０°以上９０°以下の範囲において、前記リタデーションが上記式（１１）と上記式（１２）とで表される曲線で包囲される範囲にあることが好ましい。
【０００８】
前記反射領域と前記透過領域は、同じ液晶材料からなる液晶層を有し、該反射領域の該液晶層の厚さは、該透過領域の該液晶層の厚さよりも小さいことが好ましい。
【０００９】
前記第１位相差補償素子は、第１の位相差板を有し、前記液晶層のツイスト角θｔが０゜で、前記反射領域のリタデーションＲｄが９０ｎｍ≦Ｒｄ≦１８７ｎｍであり、前記透過領域のリタデーションＲｄが１１０ｎｍ≦Ｒｄ≦４４０ｎｍであり、かつ、該第１位相差板のリタデーションＲｄが３０ｎｍ≦Ｒｄ≦２５０ｎｍの範囲であってもよい。
【００１０】
前記第１位相差補償素子は、さらに第２の位相差板を有し、該第２位相差板のリタデーションＲｄが２２０ｎｍ≦Ｒｄ≦３３０ｎｍの範囲であってもよい。
【００１１】
前記第２位相差補償素子は、第３の位相差板を有し、該第３の位相差板のリタデーションＲｄが１２０ｎｍ≦Ｒｄ≦１５０ｎｍの範囲であってもよい。
【００１２】
前記第２位相差補償素子は、さらに、第４の位相差板を有し、該第４の位相差板のリタデーションＲｄが２４０ｎｍ≦Ｒｄ≦３１０ｎｍの範囲であってもよい。
【００１３】
以下、本発明の作用について説明する。まず、本願明細書で用いる用語の定義を説明する。反射透過両用型液晶表示装置において、透過光を用いて表示を行う領域を透過領域、反射光を利用して表示を行う領域を反射領域とそれぞれ呼ぶ。透過領域および反射領域は、それぞれ、基板上に形成された透過電極領域および反射電極領域と、一対の基板に挟持された液晶層とを含む。基板上の透過電極領域および反射電極領域が、反射領域および透過領域の２次元的な広がりをそれぞれ規定する。透過電極領域は、典型的には透明電極によって規定される。反射電極領域は、反射電極または、透明電極と反射電極との組み合わせによって規定され得る。
【００１４】
本発明の液晶表示装置は、絵素領域ごとに反射領域と透過領域とを有する。従って、反射領域と透過領域についてそれぞれ独立に液晶層のリタデーションを最適化することができる。具体的には、反射領域の液晶層のリタデーションを式（１）と式（２）、式（３）と式（４）、式（５）と式（６）、式（７）と式（８）でそれぞれ表される曲線で包囲される範囲（図５のハッチング領域（ダブルハッチング領域を含む））に設定し、透過領域の液晶層のリタデーションを式（９）と式（１０）、式（１１）と式（１２）とで包囲される範囲に（図６中のハッチング領域（ダブルハッチング領域を含む））に設定することによって、反射領域の明るさ（反射率）を７０％以上、透過領域の明るさ（透過率）を３０％以上とすることができる。
【００１５】
これらのリタデーションの条件は、可視光の中心波長（視感度が高い）５５０ｎｍの波長に対して満足することが好ましい。更に、可視光の全ての波長範囲（４００ｎｍ以上８００ｎｍ以下）について満足することがより好ましい。
【００１６】
さらに、ツイスト角θｔは、０°〜９０°の範囲にあるので、１回のラビング処理で、液晶層の厚さが異なる反射領域および透過領域の両方の領域のツイスト角を同じにできる。反射領域と透過領域のツイスト角が異なるようにするには、２つの領域に別々にラビングをしなければならず、製造プロセスが複雑になるという問題が生じる。
【００１７】
さらに、前記リタデーションＲｄが、反射領域のツイスト角θｔが０°≦θｔ≦５４．３°の範囲において、上記式（７）および上記式（８）で表される曲線で包囲される範囲、および前記リタデーションＲｄが、反射領域のツイスト角θｔが５４．３°＜θｔ≦９０°の範囲において、リタデーションを式（５）と式（８）とで表される曲線で包囲される範囲（図５中のダブルハッチング領域）とし、且つ、透過領域のツイスト角θｔが０°以上９０°以下の範囲においてリタデーションを式（１１）と式（１２）とで表される曲線で包囲される範囲（図６中のダブルハッチング領域）とすることによって、電圧印加時に、反射領域および透過領域の液晶層のリタデーションは０となり、このとき黒表示となるように設定すれば、反射領域および透過領域に同じ電圧を印加することで、同時に良好な黒表示が実現される。さらに、上記の条件は、白表示を実現するための条件として、リタデーションが０に最も近い白領域（図７、図８における低リタデーション側から第１ピーク）を選択することに対応し、階調表示も良好に行える。すなわち、白表示から黒表示へ変化する中間状態において、明るさ（反射率および透過率）が単調減少するので、良好な階調表示が得られる。もし、白表示を実現する条件として、図７および図８における、低リタデーション側からの第２ピークに、白領域を設定すれば、中間調表示領域に第１ピークが存在して、良好な階調表示とすることができない。
【００１８】
透過領域と反射領域の液晶層を同一の液晶材料で構成した方が、液晶材料の種類を変える場合よりも、構成や製造方法が簡略される。反射領域と透過領域とでそれぞれ異なるリタデーションを設定するために、反射領域と透過領域の液晶層の厚さを変えるのが有効である。さらに、反射領域と透過領域とにおける表示に寄与する光に対する光路長を一致させるためには、透過領域の液晶層の厚さを反射領域の液晶層の厚さよりも厚くするのが有効である。透過領域の液晶層の厚さが反射領域の液晶層の厚さの２倍であることが最も好ましい。
【００１９】
第１位相差補償素子が第１の位相差板を有し、液晶層のツイスト角θｔが０゜で、反射領域のリタデーションＲｄが９０ｎｍ≦Ｒｄ≦１８７ｎｍであり、透過領域のリタデーションＲｄが１１０ｎｍ≦Ｒｄ≦４４０ｎｍであり、かつ、第１位相差板のリタデーションＲｄが３０ｎｍ≦Ｒｄ≦２５０ｎｍの範囲であれば、反射領域の表示を明るく、高コントラスト比を有するノーマリホワイトモードで実現することができる。
【００２０】
第１位相差補償素子が第１の位相差板に加えて、第２の位相差板を有し、この第２位相差板のリタデーションＲｄが２２０ｎｍ≦Ｒｄ≦３３０ｎｍの範囲であれば、反射領域の波長特性が緩和されるので、さらに高コントラストな表示を行うことができる。
【００２１】
第２位相差補償素子が第３の位相差板を有し、第３の位相差板のリタデーションＲｄが１２０ｎｍ≦Ｒｄ≦１５０ｎｍの範囲であれば、透過領域においても、暗時の最適化が行われるので、さらに高コントラストな表示を行うことができる。
【００２２】
第２位相差補償素子が第３の位相差板に加えて、第４の位相差板を有し、この第４の位相差板のリタデーションＲｄが２４０ｎｍ≦Ｒｄ≦３１０ｎｍの範囲であれば、透過領域の波長特性が緩和されるので、さらに高コントラストな表示を行うことができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態１における反射透過両用型液晶表示装置１００の部分断面図を図１Ａに示す。また、図１Ｂに、液晶表示装置１００のアクティブマトリクス基板７０の上面図を示す。図１Ａは図１ＢのＡ−Ａ線に沿った断面図に相当する。
【００２４】
図１Ａに示したように、液晶表示装置１００は、アクティブマトリクス基板７０と対向基板（カラーフィルタ基板）１６０と、これらの間に挟持された液晶層１４０とを有している。アクティブマトリクス基板７０および対向基板１６０の液晶層１４０とは反対側の表面には、それぞれ位相差補償素子（位相差板や位相差フィルムおよびこれらの積層体など）１７０および１８０が設けられている。さらに、これらを挟持するように、位相差補償素子１７０および１８０の外側に偏光素子（偏光板や偏光フィルムなど）１７２および１８２が設けられている。
【００２５】
図１Ａおよび図１Ｂに示したように、反射透過両用型のアクティブマトリクス基板７０は、絶縁基板であるガラス基板６１の上に、走査線としての複数のゲートバスライン７２および信号線としてのソースバスライン７４が交互に交差して設けられている。各ゲートバスライン７２および各ソースバスライン７４によって囲まれた矩形状の領域内には、光反射効率の高い材料（例えば、Ａｌ、Ａｇ、Ｔａ）からなる反射電極６９と、それとは別に、光透過効率の高い材料（例えば、ＩＴＯ）からなる透明電極６８とが配置されており、これら反射電極６９と透明電極６８とで画素電極を形成している。反射電極６９の下には、高さの高い凸部６４ａと高さの低い凸部６４ｂとこれらの上に形成された高分子樹脂膜６５が形成されており、反射電極６９の表面は連続した波形になっている。凸部の高さは一種類でもよい。
【００２６】
反射電極６９はＴＦＴ７１のドレイン電極７６とコンタクトホール７９で接続されている。ＴＦＴ７１はゲート電極７３を覆うゲート絶縁膜６１ａ上に堆積された半導体層７７で形成されている。ＴＦＴ７１のゲート電極７３およびソース電極７５は、それぞれゲートバスライン７２およびソースバスライン７４から分岐されて形成されている。
【００２７】
対向基板（カラーフィルタ基板）１６０は、絶縁基板であるガラス基板１６２上に、カラーフィルタ層１６４およびＩＴＯ等からなる透明電極１６６が形成されている。両基板７０及び１６０の液晶層１４０側表面には、水平配向膜（不図示）が形成されている。配向膜の塗布後、ラビング等により希望のツイスト角度になるよう配向処理を施してある。液晶層１４０には、正の誘電異方性を有するネマチック液晶材料を用いる。液晶層１４０の液晶分子は、水平配向性の配向膜に対するラビング等の配向処理により、基板面に対して０．１゜から５゜程度のチルト角を持つ。液晶分子は、電圧無印加時に基板面に平行に配向し、電圧印加時に基板面の法線方向に傾く。
【００２８】
液晶表示装置１００の最小の表示の単位となる絵素は、反射電極６９によって規定される反射領域１２０Ｒと透明電極６８によって規定される透過領域１２０Ｔとを有する。液晶層１４０の厚さは、反射領域１２０Ｒにおいてはｄｒであり、透過領域１２０Ｔではｄｔ（ｄｔ＞ｄｒ）となっている。これは、表示に寄与する光（反射領域の反射光と透過領域の透過光）の光路長をほぼ等しくするためである。ｄｔ＝２ｄｒが好ましいが、表示特性との関係で適宜設定すればよい。少なくとも、ｄｔ＞ｄｒであればよい。典型的には、ｄｔは約４〜６μｍで、ｄｒは約２〜３μｍである。すなわち、アクティブマトリクス基板７０の絵素領域内に、約２〜３μｍの段差が形成されている。なお、反射電極６９が図示したように凹凸を有している場合には、平均値をｄｒとすればよい。このように、反射透過両用型液晶表示装置１００においては、液晶層１４０の厚さの異なる領域（反射領域と透過領域）が形成されている。この例では、アクティブマトリクス基板７０の液晶側表面に、高さの異なる反射電極領域１２０Ｒと透過電極領域１２０Ｔとを有する。
【００２９】
水平配向モードにおいてノーマリブラックモードの液晶表示装置を製造する場合、セルギャップの制御が困難になる場合が多い。そこで、本実施例では、プロセスマージンを広く取るためにノーマリーホワイトを採用している。
【００３０】
図１Ａに示した液晶表装置１００のノーマリホワイトモードにおける表示原理の詳細を図２、図３および図４を参照しながら説明する。なお、位相差補償素子１７０および１８０が色補償用の位相差板（１／２波長板）１７０ａおよび１８０ｂと直線偏光を円偏光に変換するための位相差板（１／４波長板）１７０ｂおよび１８０ａを有する場合を説明する。１／２波長板１７０ａおよび１８０ｂは表示の着色を押さえるためのものであり、多少の着色を容認する場合は用いなくても良く、またさらに無彩色な表示を実現する場合には２枚用いるのが良い。これらは、液晶表示装置の用途に応じて適宜設定すればよい。液晶をツイストさせると、透過領域と反射領域とで液晶層の厚さが異なる場合、これらの領域の境界となる段差部にディスクリネーションが発生しやすい。従って、ツイスト角０°の水平配向が最も好ましい。
【００３１】
図２は、反射領域１２０Ｒで白表示を行った場合の各層での光の偏光状態を示す。
【００３２】
入射光は偏光板１７２によって直線偏光になり、色補償用の１／２波長板１７０ａに入射する。１／２波長板１７０ａでは偏光状態は変化せずに、直線偏光のの偏光軸の方向が変化する。その後で１／４波長板１７０ｂに入射した直線偏光は円偏光となり液晶層１４０に入射する。白表示状態の液晶層１４０の実効的な位相差は１／４波長に調整されているため、入射した円偏光は直線偏光になる。液晶層１４０を透過した直線偏光は反射板（反射電極６９）によって、偏光状態を保ったまま反射され、再び液晶層１４０に入射する。液晶層１４０を再び透過した直線偏光は円偏光となり、さらに１／４波長板１７０ｂによって直線偏光に変換される。その後１／２波長板１７０ａを通過した後、偏光板１７２を通して出射される。
【００３３】
図３は、反射領域１２０Ｒで黒表示を行った場合の各層での光の偏光状態を示す。
【００３４】
入射光は偏光板１７２によって直線偏光になり、色補償用の１／２波長板１７０ａに入射する。１／２波長板１７０ａでは偏光状態は変化せずに、直線偏光の偏光軸の方向が変化する。その後で１／４波長板１７０ｂに入射した直線偏光は円偏光となり液晶層１４０に入射する。黒表示のための電圧が印加されているので液晶層１４０の実効的な位相差は０に調整されているため、入射した円偏光はそのまま円偏光として通過する。液晶層１４０を透過した円偏光は反射板６９によって偏光状態を保ったまま反射され、再び液晶層１４０に入射する。円偏光は偏光状態を維持したまま液晶層１４０を再び透過し、１／４波長板１７０ｂによって直線偏光に変換される。このとき、直線偏光の偏光方向が白表示状態とに比べて９０度回転されている。１／２波長板１７０ａを通過した直線偏光は、偏光板１７２によって吸収されるため液晶表示装置から出射されない。
【００３５】
図４に、透過領域１２０Ｔで白表示および黒表示を行った場合の各層での光の偏光状態を示す。反射透過両用型液晶表示装置の設計においては、反射領域１２０Ｒに対して、偏光板１７２の配置、位相差補償素子１７０ａおよび１７０ｂのリタデーションおよび遅相軸の配置を決定し、その後で、透過領域１２０Ｔに対して、位相差補償素子１８０ａおよび１８０ｂのリタデーションおよび遅相軸の配置、偏光板１８２の配置を決定する。図４には、この設計の手順を反映させて、液晶表示装置１００の観察者側に設けられている上側偏光板１７２から光が入射した場合の各層での偏光状態を示している。なお、実際、透過領域１２０Ｔの表示に使用される光はバックライトからの光であり、下側偏光板１８２から入射するが、下側偏光板１８２から入射した光の各層での偏光状態の変化も図４に示した変化と等価である。
【００３６】
透過領域１２０Ｔの基本的な構成は、反射領域１２０Ｒの構成と同じものを反射板６９に対して鏡映対称像となるように配置されている。各層による偏光状態および偏光方向の変化は基本的に反射領域について説明したのと同じである。液晶層１４０の光学的なリタデーションは１／２波長（反射領域１２０Ｒのリタデーションの２倍）に調整されている。
【００３７】
上述のように、反射領域１２０Ｒおよび透過領域１２０Ｔを併用して表示を行う場合、最大の反射効率および透過効率を実現するためには、液晶層１４０の光学的リタデーションは、反射領域１２０Ｒで１／４波長以上、透過領域１２０Ｔで１／２波長以上、それぞれ必要で、且つ、黒表示のための電圧印加時のリタデーションと電圧無印加時のリタデーションとの差が、反射領域で１／４波長以上、透過領域で１／２波長以上である必要がある。
【００３８】
反射領域１２０Ｒと透過領域１２０Ｔで上述の光学的なリタデーションを実現するためには様々な形態が利用できる。例えば、ホモジニアス配向した液晶層、ツイスト配向した液晶層、ハイブリッド配向した液晶層等を用いることができる。
【００３９】
なお、電圧無印加時に液晶分子（少なくとも一部の液晶分子）が基板表面に対して水平方向に配向する液晶表示モードを用いると、十分な黒表示が実現できないという問題が生じることがある。この問題について以下に説明する。
【００４０】
液晶層を挟んで対向する電極間に十分高い電圧を印加すれば、液晶分子はほぼ基板表面に対して垂直（電界に対して平行）に立ち上がり、液晶層１４０の光学的リタデーションはほぼ０になる。しかし、黒表示時の印加電圧は有限（典型的には５Ｖ程度）であるため、液晶分子の配向が十分に変化できず、液晶層１４０に有限の光学的リタデーションが残る。特に配向膜の表面近傍の液晶分子は、配向膜のアンカリング効果のために、駆動のために印加される電圧程度では、垂直に配向せず、液晶層１４０のリタデーションは０とならない。その結果、電圧無印加時に液晶分子（少なくとも一部の液晶分子）が基板表面に対して水平方向に配向する液晶表示モードを用いると、十分な黒表示が実現できず、結果として十分なコントラストが得られない。
【００４１】
この問題を解決するためには、反射領域１２０Ｒについては、１／４波長板の光学的なリタデーションを調整することで、実用的な電圧範囲でも黒表示ができるようにするのが有効である。具体的には、液晶層１４０にαのリタデーションが残存している場合、１／４波長板１７０ｂの遅相軸を液晶層１４０の実効的な遅相軸の方向にほぼ一致させ、１／４波長板１７０ｂの光学的なリタデーションを（λ／４−α）とすることで、電圧印加時に液晶層１４０に残る光学的リタデーションと併せて、液晶セル全体で１／４波長条件を満足できるようにする。他の方法として、１／４波長板１７０ｂの遅相軸を液晶層１４０の実効的な遅相軸の方向と直交させ、１／４波長板１７０ｂの光学的なリタデーションを（λ／４＋α）とすることで、電圧印加時に液晶層１４０に残る光学的リタデーションをキャンセルし、１／４波長条件を満足できるようにすることができる。
【００４２】
透過領域１２０Ｔに関しては、反射領域１２０Ｒの構成を上述の様に設定した後、透過領域１２０Ｔから出射される楕円偏光の長軸もしくは短軸に１／４波長板１８０ｂの光軸（遅相軸）に合わせることにより、楕円偏光を直線偏光に変換し、この直線偏光の偏光軸に直交する方向に偏光板１８２の偏光軸を設定することによって、上記の問題を解決することができる。
【００４３】
または、透過領域１２０Ｔにおいて、βのリタデーションが残存している場合、１／４波長板１８０ａの遅相軸を液晶層１４０の実効的な遅相軸の方向にほぼ一致させ、１／４波長板１８０ａの光学的なリタデーションを（λ／４−（β−α））とすることで、電圧印加時に液晶層１４０に残る光学的リタデーションと併せて１／２波長条件を満足できるようにする。あるいは、１／４波長板１８０ａの遅相軸を液晶層１４０の実効的な遅相軸の方向と直交させ、１／４波長板１８０ａの光学的なリタデーションを（λ／４＋（β−α））とすることで、電圧印加時に液晶層１４０に残る光学的リタデーションとキャンセルし、１／２波長条件を満足できるようにしてもよい。
【００４４】
次に、本願発明の反射透過両用型液晶表示装置の表示特性について説明する。図１に示した液晶表示装置１００において、位相差補償素子１７０および１８０が１／４波長板であるときの、液晶層１４０のツイスト角θｔとリタデーションとの関係を、反射領域１２０Ｒについて図５、透過領域１２０Ｔについて図６に示す。
【００４５】
反射領域については、ツイスト角θｔが、０°≦θｔ≦９０°の範囲において、図５のハッチングの範囲にあれば、７０％以上の利用効率が得られる。図５のハッチングの領域は、リタデーションＲｄ（Ｒｄ＝Δｎ・ｄ；液晶層の複屈折率Δｎ、それぞれの領域における液晶層の厚さｄ）が、式（１）と式（２）、式（３）と式（４）とそれぞれ表される曲線で包囲される範囲、０°≦θｔ≦５４．３°の範囲において、式（５）と式（６）および式（７）と式（８）とでそれぞれ表される曲線で包囲される範囲、および５４．３°＜θｔ≦９０°の範囲において、式（５）と式（８）で表される曲線で包囲される範囲である。
Ｒｄ＝−０．００４３・θｔ２−０．０６５・θｔ＋１０１１．８        （１）
Ｒｄ＝−０．００８９・θｔ２＋０．１３７９・θｔ＋９１４．６８      （２）
Ｒｄ＝−０．００１５・θｔ２−０．１６１２・θｔ＋７３７．２９      （３）
Ｒｄ＝−０．００６４・θｔ２−０．００４３・θｔ＋６４０．６５      （４）
Ｒｄ＝−０．０１７８・θｔ２＋０．２２１９・θｔ＋４５８．９２      （５）
Ｒｄ＝−０．０４０５・θｔ２＋０．４０４５・θｔ＋３６４．０５      （６）
Ｒｄ＝０．０３４７・θｔ２−０．４１６１・θｔ＋１８６．５３        （７）
Ｒｄ＝０．００９８・θｔ２−０．１９１２・θｔ＋８９．８７３        （８）
一方、透過領域１２０Ｔについては、ツイスト角θｔが、０°≦θｔ≦９０°の範囲において、図６のハッチングの範囲にあれば、３０％以上の利用効率が得られる。図６のハッチングの領域は、リタデーションＲｄが、式（９）と式（１０）、式（１１）と式（１２）とそれぞれ表される曲線で包囲される範囲である。
Ｒｄ＝−０．００４３・θｔ２−０．０６５・θｔ＋９９５．６６        （９）
Ｒｄ＝−０．００５８・θｔ２−０．０２０２・θｔ＋６６５．８      （１０）
Ｒｄ＝−０．０２４８・θｔ２＋０．６３０７・θｔ＋４３９．５８    （１１）
Ｒｄ＝０．０１８１・θｔ２−０．６６６２・θｔ＋１０９．５１      （１２）
上述の条件のとき、液晶層に十分電圧を印加することによりリタデーションは０となり、コントラストの高い暗表示が実現される。
【００４６】
さらに、リタデーションＲｄが、反射領域のツイスト角θｔが０°≦θｔ≦５４．３°の範囲において、式（７）および式（８）で表される曲線で包囲される範囲、およびリタデーションＲｄが、反射領域のツイスト角θｔが５４．３°＜θｔ≦９０°の範囲において、式（５）と式（８）とで表される曲線で包囲される範囲（図５中のダブルハッチング領域）とし、且つ、透過領域のツイスト角θｔが０°以上９０°以下の範囲においてリタデーションＲｄを式（１１）と式（１２）とで表される曲線で包囲される範囲（図６中のダブルハッチング領域）とすることによって、電圧印加時に、反射領域および透過領域の液晶層のリタデーションは０となり、このとき黒表示となるように設定すれば、反射領域および透過領域に同じ電圧を印加すれば、同時に良好な黒表示が実現される。
【００４７】
それぞれのツイスト角θｔにおけるリタデーションの反射率および透過率に対する影響をそれぞれ図７および図８に示す。先の図５および図６は、図７および図８において、それぞれ反射率が７０％以上および透過率が３０％以上の領域を示したものである。
【００４８】
さらに、上記の条件は、白表示を実現するための条件として、リタデーションが０に最も近い白領域、すなわち、図７、図８における低リタデーション側から第１ピークを選択することに対応しており、階調表示も良好に行える。すなわち、白表示から黒表示へ変化する中間状態において、明るさ（反射率および透過率）が単調減少するので、良好な階調表示が得られる。もし、白表示を実現する条件として、図７および図８における、低リタデーション側からの第２ピークを用いて白表示を行えば、中間調表示領域に第１ピークが存在して、良好な階調表示とすることができない。
【００４９】
同様にして、反射率が９０％以上となる範囲（図９）、透過率が５０％以上の領域（図１０）、透過率が７０％以上の領域（図１１）透過率が９０％以上の領域（図１２）が得られる。それぞれの領域を規定する曲線の式を以下に示す。
反射率９０％以上
Ｒｄ＝−０．００４３・θｔ２−０．０６５・θｔ＋９８７．５７      （１３）
Ｒｄ＝−０．００７４・θｔ２＋０．０４９・θｔ＋９３８．５９      （１４）
Ｒｄ＝−０．００４３・θｔ２＋０．０２８２・θｔ＋７１２．３６    （１５）
Ｒｄ＝−０．００６１・θｔ２＋０．０５６４・θｔ＋６６２．９４    （１６）
Ｒｄ＝−０．０１９２・θｔ２＋０．１７２１・θｔ＋４３５．６８    （１７）
Ｒｄ＝−０．０３４７・θｔ２＋０．５０８５・θｔ＋３８７．１６    （１８）
Ｒｄ＝０．０２１７・θｔ２−０．１５８９・θｔ＋１６２．０９      （１９）
式（１８）と式（１９）の交点はツイスト角θｔ６９．５°
Ｒｄ＝０．０１６７・θｔ２−０．４８８４・θｔ＋１１５．５６      （２０）
透過率５０％以上
Ｒｄ＝−０．００４６・θｔ２−０．０９１３・θｔ＋９５９．６９    （２１）
Ｒｄ＝−０．００３７・θｔ２−０．０７６・θｔ＋６９２．６５      （２２）
Ｒｄ＝−０．０３０８・θｔ２＋０．５９７１・θｔ＋４０７．２      （２３）
Ｒｄ＝０．０２４６・θｔ２−０．７０７９・θｔ＋１４８．６５      （２４）
式（２３）と式（２４）の交点はツイスト角θｔ８１．０°
透過率７０％以上
Ｒｄ＝−０．００７４・θｔ２＋０．０４９・θｔ＋９２２．４１      （２５）
Ｒｄ＝−０．００４３・θｔ２＋０．０２８２・θｔ＋７２８．５４    （２６）
Ｒｄ＝−０．０４１９・θｔ２＋０．５４６１・θｔ＋３７１．２７    （２７）
Ｒｄ＝０．０３４７・θｔ２−０．５０８５・θｔ＋１７９．１４      （２８）
式（２７）と式（２８）の交点はツイスト角θｔ５７．５°
透過率９０％以上
Ｒｄ＝−０．０１２７・θｔ２＋０．１９３１・θｔ＋８７７．６９    （２９）
Ｒｄ＝０．００４８・θｔ２−０．４５２７・θｔ＋７７９．３４      （３０）
Ｒｄ＝−０．０８０９・θｔ２＋０．８０９・θｔ＋３２３．６        （３１）
Ｒｄ＝０．０４０４・θｔ２−０．４０４５・θｔ＋２２６．５２      （３２）
式（３１）と式（３２）の交点はツイスト角θｔ３４．０°
さらに、図９、図１０、図１１および図１２のダブルハッチング領域に液晶層のリタデーションおよびツイスト角を設定することで、白表示から黒表示へ変化する中間状態において明るさが単調減少するので、良好な階調表示が得られる。
【００５０】
上記の説明ではツイスト配向について説明したが、ハイブリッド配向の場合も同様に考えることができる。ハイブリッド配向は片側基板を水平配向、もう一方を垂直配向にするが、このときの最適リタデーションは図５および図６においてツイスト角θｔが０°の場合について考えれば良く、そのときの特性はツイスト角θｔが０°の水平配向と同様の特性になる。
【００５１】
液晶層１４０の液晶材料として、屈折率異方性△ｎ＝０．０６を有し、正の誘電率異方性を示す液晶材料を用いた。
【００５２】
図１に示した液晶表示装置１００において、透過領域１２０Ｔの液晶層１４０のセルギャップｄｔ＝約５．５０μｍ、反射領域１２０Ｒの液晶層１４０のセルギャップｄｒ＝約３．０μｍ、ツイスト角θｔ＝０°、液晶層１４０の屈折率異方性△ｎ＝０．０６を有する正の誘電率異方性を示す液晶材料を用いたときの、垂直入射垂直受光時の電圧対透過率特性、電圧対反射率特性を図１３に示す。
【００５３】
図１３は、空気に対しての垂直入射垂直受光時の分光透過を１としている。この場合、反射領域１２０Ｒにおいて印加電圧が５Ｖのとき、液晶層１４０にα＝３０ｎｍ程度の残留リタデーションがあるため、位相差補償素子１７０ｂのリタデーションを１１０ｎｍとし、位相差補償素子１７０ｂの遅相軸を液晶層１４０の遅相軸と一致させ、この遅相軸に対して４５°回転させた方向に直線偏光が入射するように位相差補償素子１７０ａの遅相軸と偏光板１７２の偏光軸を設定した。位相差補償素子１８０ａのリタデーションは１４０ｎｍとし、光軸の方向は液晶層１４０から出射された楕円偏光の長軸に一致させ、変換された直線偏光を位相差補償素子１８０ｂにより偏光方向を変換し、この直線偏光の偏光軸に直交した方向に偏光板１８２の偏光軸を設定した。
【００５４】
図１４に、得られた反射透過両用型液晶表示装置の白表示および黒表示状態における分光輝度（反射率と透過率）特性を示す。液晶層１４０に電圧を印加していない白表示と、電圧５Ｖ印加時の黒表示において、４００ｎｍから７００ｎｍの波長域全域で十分なコントラスト比が得られていることが、図１４からわかる。このことからも、この表示方式は光の利用効率が高く反射透過両用型液晶表示装置に適していることがわかる。
【００５５】
従って、周囲の光が暗い場合はバックライトを用いて透明領域１２０Ｔを透過する光を利用して表示する透過型液晶表示装置として使用し、周囲光が明るい場合には、反射領域１２０Ｒでの反射光を利用して表示する反射型液晶表示装置として表示が可能になる。また、透過モードで表示を行う場合にも、反射領域は反射モードの表示を行うので、従来の透過型液晶表示装置で見られる、周囲光が画面で反射して表示が見難くなる現象が抑制される。
【００５６】
従って、１枚のパネルで周囲の光が暗い場合ではバックライトを用い、周囲光が明るい場合はバックライトを使わずに周囲光を利用する、あるいは、バックライトと反射光の両方を使用しても表示が可能な反射透過両用型液晶表示装置として用いることが可能になる。
【００５７】
よって、従来の透過型液晶表示装置よりも周囲光が明るい場合にはバックライトを使わない分低消費電力であり、周囲の光が暗い場合ではバックライトを用いることで、従来の反射型液晶表示装置のように周囲の光が暗いと十分な表示が得られないという欠点を克服できる。
【００５８】
また、白表示と黒表示の場合について説明したが、反射領域や透過領域の対応箇所に各色のカラーフィルターを設けてカラー表示を行うこともできる。
【００５９】
反射部および透過部で反射率および透過率の印加電圧依存性（いわゆるγ特性）がほぼ同等であるのが望ましい。
【００６０】
次に、反射領域１２０Ｒの液晶層１４０のセルギャップｄｒ＝約３．０μｍ、液晶層のツイスト角θｔ＝０°、液晶層１４０の屈折率異方性△ｎ＝０．０６を有する正の誘電率異方性を示す液晶材料を用いた場合の、反射領域１２０Ｒにおける１／４波長板１７０ｂ（図４）のリタデーションＲｄ対反射率の関係を図１５（ａ）および（ｂ）に示す。図１５（ａ）は１／４波長板１７０ｂの遅相軸を液晶層１４０の遅相軸に対して平行な方向に設けた場合、および、図１５（ｂ）は１／４波長板１７０ｂの遅相軸を液晶層１４０の遅相軸に対して垂直な方向に設けた場合の結果を示す。なお、本検討は、光に対する視感度が最大となる５５０ｎｍの波長について行われている。
【００６１】
ノーマリーホワイトの液晶表示装置において、電圧ＯＦＦ時での明るさは理想的な反射率に対して約５０％以上であることが好ましいとされている。従って、図１５（ａ）および（ｂ）から、反射側位相差板１７０ｂのリタデーションＲｄは３０ｎｍ以上２５０ｎｍ以下の範囲であることが好ましいことがわかる。この理由を下記に説明する。
【００６２】
位相差板の遅相軸および液晶相の遅相軸の設定角度Ｖと、位相差板のリタデーションと明るさ（反射率）の関係は、図１７のようになる。理想的な反射率をピーク（１００％）とした、上に凸型の曲線がそれぞれの設定温度（０≦Ｖ≦９０）について存在し、曲線は、設定温度Ｖが大きくなれば、右方向（Ｘ軸の正の方向）にシフトする。最適なリタデーションの下限値は平行に配置した状態（Ｖ＝０）で決まり、最適なリタデーションの上限値は垂直に配置した状態（Ｖ＝９０）で決まる。それぞれについて、詳細な検討を行った結果が図１５（ａ）および図１５（ｂ）である。
【００６３】
すなわち、位相差板のリタデーションが３０ｎｍ以上２５０ｎｍ以下の範囲であれば、位相差板の遅相軸と液晶相の遅相軸とを適当な角度に設定することにより、良好な白表示と黒表示とが可能になる。言い換えると、位相差板のリタデーションが３０ｎｍ以下、あるいは、位相差板のリタデーションが２５０ｎｍ以上であれば、設定角度Ｖをどのように調整しても良好な白表示はできない。
【００６４】
続いて、コントラスト比を向上させるために、さらに位相差板を設けることが好ましいので、１／２波長板１７０ａを上述の位相差板１７０ｂと偏光板１７２との間に挿入する。反射領域１２０Ｒにおける１／２波長板１７０ａのリタデーションＲｄ対コントラスト比の関係を図１５（ｃ）に示す。コントラスト比は、波長が３８０ｎｍから７８０ｎｍについて検討を行い、その結果に視感度曲線をかけあわせることによって視感度を考慮し、図１５（ｃ）の結果を得た。
【００６５】
視認性を考慮すれば、反射型液晶表示装置としては、コントラスト比は約１０以上であることが好ましいとされる。従って、図１５（ｃ）から、１／２波長板１７０ａのリタデーションＲｄは、２２０ｎｍ以上３３０ｎｍ以下の範囲であることが好ましいことがわかる。
【００６６】
反射領域１２０Ｒの設定を上述のように優先的に行ったうえで、さらに、透過領域１２０Ｔにおける液晶表示装置の表示品位について検討を行った。透過領域１２０Ｔの液晶層１４０のセルギャップｄｔ＝約５．５μｍ、液晶層のツイスト角θｔ＝０°、液晶層１４０の屈折率異方性△ｎ＝０．０６を有する正の誘電率異方性を示す液晶材料を用いた場合の、１／４波長板１８０ａ（図４）のリタデーションＲｄ対コントラスト比の関係を図１６（ａ）に示す。なお、図１６（ａ）に示されるコントラスト比の算出結果は、上述の反射領域１２０Ｒと同様に行った。
【００６７】
視認性を考慮すれば、透過型液晶表示装置としては、コントラスト比が約１００以上であることが好ましい。従って、図１６（ａ）から、位相差板１８０ａのリタデーションは１２０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下に設定することが好ましいことが分かる。
【００６８】
透過領域１２０Ｔにおいてさらにコントラスト比を向上させるためには、１／４波長板１８０ａと偏光板１８２との間（１／４波長板１８０ａから出射された直線偏光の偏光軸と偏光板１８２の偏光軸との間）に、色補償用の１／２波長板１８０ｂを挿入することが好ましい。１／２波長板１８０ｂのリタデーションＲｄ対コントラスト比の関係を示す図１６（ｂ）から、コントラスト比が約１００以上を満たすように、１／２波長板１８０ｂのリタデーションを２４０ｎｍ以上３１０ｎｍ以下に設定することが好ましいことが分かる。
【００６９】
上述したように、液晶分子のツイスト角が０°であれば、絵素領域内にセル厚の段差があってもディスクリネーションが発生しにくく、液晶分子の配向が良好になる。このように、液晶層のツイスト角が０°の状態で、上記のような液晶層のリタデーションおよび、４種類の位相差板１７０ａ、１７０ｂ、１８０ａおよび１８０ｂのリタデーションを設定すれば、液晶表示装置の反射モードと透過モードとのそれぞれの表示特性を最も向上させることができる。なお、上記４種類の位相差板の表示特性に寄与する優先順位は、位相差板１７０ｂ、１７０ａ、１８０ａ、１８０ｂであり、位相差板１７０ｂが最も重要な構成要件である。上記優先順位から分かるように、反射モードにおける表示の改善を優先的に行うことが好ましい。
【００７０】
【発明の効果】
上述したように、反射モードおよび透過モードを備えた表示装置においてコントラストの高い表示が可能となる。また、反射モードおよび透過モードを併用した場合に同時に黒表示が可能となり両方併用してもコントラストの高い表示が可能となる。また、印加電圧を変化させ、液晶層のリタデーション値を変化させることで、白表示から黒表示への階調表示が可能となる。また、反射領域と透過領域の液晶層のリタデーションを独立に最適化できるので、透過領域と反射領域の液晶層を同時に同電圧で駆動することが可能となる。このため、周囲の環境に影響されることなく同一の駆動で、反射モードの表示と透過モードの表示を行うことができる。従って、周囲の環境に応じて、表示モードを切り替える必要がない。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】実施形態１における反射透過両用型液晶表示装置１００の部分断面図である。
【図１Ｂ】液晶表示装置１００のアクティブマトリクス基板７０の上面図である。
【図２】反射領域１２０Ｒで白表示を行った場合の各層での光の偏光状態を示す図である。
【図３】反射領域１２０Ｒで黒表示を行った場合の各層での光の偏光状態を示す図である。
【図４】透過領域１２０Ｔで表示を行った場合の各層での光の偏光状態を示す図である。
【図５】反射領域１２０Ｒについて、液晶層１４０のツイスト角とリタデーションとの関係（反射率７０％以上の領域）を示す図である。
【図６】透過領域１２０Ｔについて、液晶層１４０のツイスト角とリタデーションとの関係（透過率３０％以上の領域）を示す図である。
【図７】種々のツイスト角におけるリタデーションの反射率に対する影響を示すグラフである。
【図８】種々のツイスト角におけるリタデーションの透過率に対する影響を示すグラフである。
【図９】反射領域１２０Ｒについて、液晶層１４０のツイスト角とリタデーションとの関係（反射率が９０％以上となる領域）を示す図である。
【図１０】透過領域１２０Ｔについて、液晶層１４０のツイスト角とリタデーションとの関係（透過率が５０％以上の領域）を示す図である。
【図１１】透過領域１２０Ｔについて、液晶層１４０のツイスト角とリタデーションとの関係（透過率が７０％以上の領域）を示す図である。
【図１２】透過領域１２０Ｔについて、液晶層１４０のツイスト角とリタデーションとの関係（透過率が９０％以上の領域）を示す図である。
【図１３】実施形態の液晶表示装置の垂直入射垂直受光時の電圧対透過率特性および電圧対反射率特性を示す図である。
【図１４】実施形態の液晶表示装置の白表示および黒表示状態における分光輝度（反射率と透過率）特性を示すグラフである。
【図１５】（ａ）および（ｂ）は、反射領域における１／４波長板１７０ｂのリタデーションＲｄ対反射率の結果を示すグラフであり、（ｃ）は、反射領域における１／２波長板１７０ａのリタデーションＲｄ対コントラスト比の関係を示すグラフである。
【図１６】（ａ）は、透過領域における１／４波長板１８０ａのリタデーションＲｄ対コントラスト比の関係を示し、（ｂ）は、透過領域における１／２波長板１８０ｂのリタデーションＲｄ対コントラスト比の関係を示すグラフである。
【図１７】位相差板の遅相軸および液晶相の遅相軸の設定角度Ｖと、位相差板のリタデーションと明るさ（反射率）の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
６８  透明電極
６９  反射電極
７０  アクティブマトリクス基板
１００  液晶表示装置
１２０Ｒ  反射領域
１２０Ｔ  透過領域
１４０  液晶層
１６０  対向基板（カラーフィルタ基板）
１７０、１８０  位相差補償素子
１７２、１８２  偏光板
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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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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