(57)【要約】【課題】本発明の目的は、液晶表示パネルの上部アレイ基板の屈曲を防止し、セルギャップの均一度を向上し得る液晶表示パネル及びその製造方法を提供することにある。【解決手段】本発明は、液晶を間に置いて互いに対向するように位置する上部アレイ基板及び下部アレイ基板と、前記下部アレイ基板から突出された突起と、前記上部アレイ基板と下部アレイ基板との間に位置し、前記突起と接触されるスペーサーを備え、前記スペーサーは、前記突起と接触された領域から、前記上部アレイ基板側にいくほど、硬度が小さくなることを特徴とする。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液晶を間に置いて互いに対向するように位置する上部アレイ基板及び下部アレイ基板と、前記下部アレイ基板から突出された突起と、前記上部アレイ基板と下部アレイ基板との間に位置し、前記突起と接触されるスペーサーを備え、前記スペーサーは、前記突起と接触された領域から、前記上部アレイ基板側にいくほど、硬度が小さくなることを特徴とする液晶表示パネル。
【請求項２】
前記スペーサーは、前記突起と接触される領域から、前記アレイ基板側にいくほど、分子鎖構造の緻密度が低くなることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示パネル。
【請求項３】
前記スペーサーは、多官能性モノマーMFM、多官能性オリゴマーMFO、多官能性ポリマーMFP、光重合開始剤ＰＩを含むことを特徴とする請求項１または２に記載の液晶表示パネル。
【請求項４】
前記MFMとしては、多官能性アクリレート  モノマーが用いられ、前記MFOとしては、二官能性アクリレート  オリゴマーが用いられ、前記MFPとしては、アクリレート-コポリマ-及び反応性ポリマーのうち何れかが用いられ、前記PIとしては、Irgacure-369（登録商標）またはテレフタル酸(TPA)のうち何れか一つが用いられることを特徴とする請求項３に記載の液晶表示パネル。
【請求項５】
前記スペーサーにおいて、前記突起と隣接する領域は、前記上部アレイ基板と隣接する領域よりMFM及びMFOが更に多く分布することを特徴とする請求項３に記載の液晶表示パネル。
【請求項６】
前記上部アレイ基板が、外部に加える圧力と、前記スペーサーが、前記上部アレイ基板に加える圧力との和は、外部から前記上部アレイ基板に加える圧力と同一であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示パネル。
【請求項７】
前記上部アレイ基板には、セル領域を区画するブラックマトリクス及び前記ブラックマトリクスにより区画されるセル領域に位置するカラーフィルターを含み、前記下部アレイ基板には、互いに交差する信号ライン、前記信号ラインの交差領域に位置する薄膜トランジスタ及び前記薄膜トランジスタと接続された画素電極を含むことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示パネル。
【請求項８】
第１の薄膜パターンが形成された上部アレイ基板を備える段階と、前記上部アレイ基板と対向し、第２の薄膜パターンが形成された下部アレイ基板を備える段階と、前記下部アレイ基板から突出される突起を形成する段階と、前記上部アレイ基板及び下部アレイ基板との間に前記突起と接触されるように位置し、前記突起との接触領域から、前記上部アレイ基板側にいくほど、硬度が小さくなるスペーサーを形成する段階とを含むことを特徴とする液晶表示パネルの製造方法。
【請求項９】
前記スペーサーは、前記突起との接触領域から、前記上部アレイ基板側にいくほど、分子鎖構造の緻密度が低くなるように形成されることを特徴とする請求項８に記載の液晶表示パネルの製造方法。
【請求項１０】
前記スペーサーを 形成する段階は、多官能性モノマーMFM、多官能性オリゴマーMFO、多官能性ポリマーMFP、光重合開始剤PI及び添加剤を含むスペーサー物質を形成する段階と、前記スペーサー物質を露光する段階と、前記現像工程により、前記露光された領域を除く領域を除去する段階とを含むことを特徴とする請求項８または９に記載の液晶表示パネルの製造方法。
【請求項１１】
前記スペーサーを露光する段階は、前記スペーサーの露光により、前記スペーサー物質内で、前記MFM及びMFOと、前記MFP間の位置分布が両分化される段階と、前記露光が進むにつれて、前記上部アレイ基板から遠くなるほど、前記MFM及びMFO間の反応性が大きくなる段階とを含むことを特徴とする請求項１０に記載の液晶表示パネルの製造方法。
【請求項１２】
前記上部アレイ基板が外部に加える圧力と、前記スペーサーが、前記アレイ基板に加える圧力との和は、前記外部から前記上部アレイ基板に加える圧力と同一であることを特徴とする請求項８に記載の液晶表示パネルの製造方法。
【請求項１３】
前記第１の薄膜パターンは、セル領域を区画するブラックマトリクス及び前記ブラックマトリクスにより区画されるセル領域に位置するカラーフィルターを含み、前記第２の薄膜パターンは、互いに交差する信号ライン、前記信号ラインの交差領域に位置する薄膜トランジスタ及び前記薄膜トランジスタと接続された画素電極を含むことを特徴とする請求項８に記載の液晶表示パネルの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はスペーサーを用いて液晶表示パネルの屈曲を防止し、またセルギャップを保持することができる液晶表示パネル及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、液晶表示装置(LCD)は、ビデオ信号に応じて液晶セルの光透過率を調節することにより、液晶セルがマトリクス形態で配列された液晶表示パネルに、ビデオ信号に該当する画像を表示する。このため、液晶表示装置は、液晶セルがアクティブマトリクス形態で配列された液晶表示パネルと、液晶表示パネルを駆動させるための駆動回路とを含む。
【０００３】
図１は、従来の液晶表示パネルを概略的に示す断面図である。
図１に示す液晶表示パネルは、上部アレイ基板(または、カラーフィルターアレイ基板)２、上部アレイ基板２と液晶領域５を間に置いて対向するように位置する下部アレイ基板(または、薄膜トランジスタアレイ基板)２２、上部アレイ基板２と下部アレイ基板２２との間のセルギャップを保持するためのスペーサー１３を備える。
【０００４】
上部アレイ基板２には、ブラックマトリクス、カラーフィルターなどの第１の薄膜パターン４が形成され、下部アレイ基板２２には、薄膜トランジスタ、信号ライン及び画素電極等の第２の薄膜パターン２４などが形成される。スペーサー１３は、上部アレイ基板２に形成され、上部アレイ基板２及び下部アレイ基板２２間のセルギャップを保持し、液晶領域５を確保する役割をする。
【０００５】
このような、従来の液晶表示パネルは、別途の工程により、上部及び下部アレイ基板２，２２が備えられ、上部アレイ基板２及び下部アレイ基板２２のうち何れかに液晶を塗布するバルク(VALC)工程が行われた後、スペーサー１３及び液晶領域５を間に置いて、上部アレイ基板２及び下部アレイ基板２２が合着される。
【０００６】
従来のバルク(VALC)工程の初期状態における液晶は、液晶表示パネルの中央部に集中して集まっていることにより、合着工程の直後には、液晶表示パネルの中央のセルギャップが厚くなる。この後、液晶が徐々に周辺部に広がることにより、液晶表示パネルの中央部の厚いセルギャップは低くなり、周辺部は高くなる。これにより、最終的にセルギャップはスペーサー１３により、均一なセルギャップを保持することができる。
【０００７】
一方、従来にはスペーサー１３と下部アレイ基板２２におけるスペーサー１３と接触される領域間の摩擦を有することにより、液晶表示パネルの内部構造が損傷される問題が生じた。このような問題を防止するため、図２に示すように、下部アレイ基板２２上でスペーサー１３と接触される領域に突起２５を形成する構造が提案された。これにより、スペーサー１３と下部アレイ基板２２との間に摩擦力の発生問題は解決されたが、突起２５と接触されるスペーサー１３に局部的に圧力が集中されることにより、上部アレイ基板２に屈曲が生じ、液晶表示パネルのセルギャップの均一度が低下する問題が生じる。
【０００８】
これを図３を参照して更に詳しく説明すると、以下のようである。
一般に、スペーサー１３が形成された上部アレイ基板２は、図３に示すように、合着工程前に所定の屈曲(周期：5〜20mm、大きさ：0.02〜0.03μm)を有する。このような、上部アレイ基板２は、下部アレイ基板２２と合着された直後には、数学式１のように外部からパネル内部に加えられる力(FEXT)が、内部からパネル外部に加えられる力(FINNER)より大きくなる。
【０００９】
（数学式１）
FEXT>FINNER、(FINNER=FLC+FCS)
(FEXT：外部からパネル内部に加えられる力)
(FINNER:外部の力に対向してパネル内部から外部に加えられる力)
(FLC:液晶が基板を押し出す力)
(FCS:突起がスペーサーを押し出す力)
しかし、所定の時間が経って、液晶がパネル全体に広がることにより、数学式２のように、外部からパネル内部に加えられる力(FEXT)が、内部からパネル外部に加えられる力(FINNER)と同一になる。
【００１０】
(数学式２)
FEXT=FINNER、(FINNER=FLC+FCS)、(FCS＝PCS×ACS)
(PCS:スペーサーと突起接触部に適用される圧力)
(PCS:スペーサーと突起接触部に適用される圧力)
(ACS:スペーサーと突起接触部の面積)
即ち、数学式２のように、外部からパネル内部に加えられる力(FEXT)と、内部からパネル外部に加えられる力(FINNER)が同一になる過程で屈曲を有した上部アレイ基板２が平坦になる。しかし、このように突起２５を備えることにより、突起２５と接触されるスペーサー１３は、局部的に押さえ付けられる。このような局部的な圧力集中により、スペーサー１３と突起２５との間の接触密度は、約50ppm程度であり、スペーサー１３の回復率は６０％以下程度である。これにより、局部的な圧力は、スペーサー１３を介して上部アレイ基板２の全体に伝達されることにより、上部アレイ基板２の屈曲が平坦にならなく、図４に示す実験結果のように、セルギャップが非常に不均一になる問題が生じる。このような、セルギャップの不均一は、画像を具現する場合、むらが生じる原因となっている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
よって、本発明の目的は、液晶表示パネルの上部アレイ基板の屈曲を防止し、セルギャップの均一度を向上し得る液晶表示パネル及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するため、本発明に係る液晶表示パネルは、液晶を間に置いて互いに対向するように位置する上部アレイ基板および下部アレイ基板と、前記下部アレイ基板から突出された突起と、前記上部アレイ基板と下部アレイ基板との間に位置し、前記突起と接触されるスペーサーを備え、前記スペーサーは、前記突起と接触された領域から前記上部アレイ基板側にいくほど、硬度が小さくなることを特徴とする。
【００１３】
前記スペーサーは、前記突起と接触される領域から、前記上部アレイ基板側にいくほど、分子鎖構造の緻密度が低くなることを特徴とする。
前記スペーサーは、多官能性モノマーMFM、多官能性オリゴマーMFO、多官能性ポリマーMFPを含むことを特徴とする。
前記MFMとしては、多官能性アクリレート  モノマ-が用いられ、前記MFOとしては、二官能性アクリレート  オリゴマーが用いられ、前記MFPとしては、アクリレート-コポリマ-(Acrylate co-Polymer)及び反応性ポリマーのうち何れかが用いられ、前記PIとしては、Irgacure-369（登録商標）またはテレフタル酸(TPA)のうち何れかが用いられることを特徴とする。
【００１４】
前記スペーサーにおいて、前記突起と隣接する領域は、前記上部アレイ基板と隣接する領域より多官能性モノマーMFM及び多官能性オリゴマーMFOが更に多く分布することを特徴とする。
【００１５】
前記上部アレイ基板が外部に加える圧力と、前記スペーサーが前記上部アレイ基板に加える圧力との和は、外部から前記上部アレイ基板に加えられる圧力と同一であることを特徴とする。
【００１６】
前記上部アレイ基板には、セル領域を区画するブラックマトリクス及び前記ブラックマトリクスにより区画されるセル領域に位置するカラーフィルターを含み、前記下部アレイ基板には、互いに交差する信号ライン、前記信号ラインの交差領域に位置する薄膜トランジスタ及び前記薄膜トランジスタと接続された画素電極を含むことを特徴とする。
【００１７】
本発明に係る液晶表示パネルの製造方法は、第１の薄膜パターンが形成された上部アレイ基板を備える段階と、前記上部アレイ基板と対向し、第２の薄膜パターンが形成された下部アレイ基板を備える段階と、前記下部アレイ基板から突出された突起を形成する段階と、前記上部アレイ基板及び下部アレイ基板間に前記突起と接触されるように位置し、前記突起との接触領域から、前記上部アレイ基板側にいくほど、硬度が小さくなるスペーサーを形成する段階とを含むことを特徴とする。
【００１８】
前記スペーサーは、前記突起との接触領域から、前記上部アレイ基板側にいくほど、分子鎖構造の緻密度が低く形成することを特徴とする。
【００１９】
前記スペーサーは、多官能性モノマーMFM、多官能性オリゴマーMFO、多官能性ポリマーMFP、光重合開始剤PI及び添加剤を含むスペーサー物質を形成する段階と、前記スペーサー物質を露光する段階と、前記現像工程により、前記露光された領域を除く領域を除去する段階とを含むことを特徴とする。
【００２０】
前記スペーサーを露光する段階は、前記スペーサーの露光により、前記スペーサー物質内で、前記MFM及びMFOと前記MFP間の位置分布が両分化される段階と、前記露光が進むにつれて、前記上部アレイ基板から遠くなるほど、前記MFM及びMFO間の反応性が大きくなる段階とを含むことを特徴とする。
【００２１】
前記上部アレイ基板が外部に加える圧力と、前記スペーサーが前記上部アレイ基板に加える圧力との和は、前記外部から前記上部アレイ基板に加えられる圧力と同一であることを特徴とする。
【００２２】
前記第１の薄膜パターンは、セル領域を区画するブラックマトリクス及び前記ブラックマトリクスにより区画されるセル領域に位置するカラーフィルターを含み、前記第２の薄膜パターンは、互いに交差する信号ライン、前記信号ラインの交差領域に位置する薄膜トランジスタ及び前記薄膜トランジスタと接続された画素電極を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明に係る液晶表示パネル及びその製造方法は、上部領域から下部領域にいくほど、硬度が低くなるスペーサーを用い、上部アレイ基板及び下部アレイ基板間のセルギャップを保持させる。このようなスペーサーの上部領域は、弾性力および回復力が非常に大きいため、突起による加圧によっての変更が殆ど起こらず、スペーサーの下部領域は、上部領域に加えられた局部的な圧力集中をスペーサーの全体に均一に分散させると共に、上部アレイ基板を抵抗力により押し付けることになる。この結果、上部アレイ基板の屈曲が緩和されると共に、セルギャップの均一度も向上される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、添付の図を参照しながら、本発明に係る有機電界発光表示素子について、詳細に説明する。
以下、図６〜図１１を参照して、本発明におけるスペーサーに関し、具体的に説明する。
本発明においては、突起１２５と直接接触されるスペーサー１１３の一領域に局部的な力が集中されることにより現れる従来の問題点を解決するため、突起１２５と接触されるスペーサーの上部領域１１３ａにおける硬度が、スペーサーの下部領域１１３ｂにおける硬度より大きい。これにより、突起１２５と直接接触されるスペーサーの上部領域１１３ａは、弾性力及び回復力が強くなることにより、突起１２５により局部的に押さえ付けられても、接触密度は５０ppm程度であるが、その回復率は８０％以上となる。この結果、スペーサー１１３の上部領域１１３ａにおける力が集中されても、スペーサー１１３の下部領域１１３ｂに均一に分散されることにより、スペーサー１１３が上部アレイ基板を押し出す抵抗力は強くなる。これにより、合着工程後、所定の時間が経った後には、上部アレイ基板１０２の屈曲が緩和される。
【００２５】
このような、スペーサー１１３は、多官能性モノマーMFM、多官能性オリゴマーMFO、多官能性ポリマーMFP、光重合開始剤PI及び添加剤が含められる。
ここで、MFMとしては、多官能性アクリレート  モノマーが用いられ、MFOとしては、二官能性アクリレート  オリゴマーが用いられ、MFPとしては、アクリレート-コポリマー及び反応性ポリマーのうち何れかが用いられ、PIとしては、Irgacure-369（登録商標）またはテレフタル酸(TPA)等が用いられる。
【００２６】
PIは、光により反応し、他の分子の反応を開始させる役割をし、MFM、MFO、MFPは、光により反応し、所定の膜を形成し、現像工程の際に除去されず、スペーサー１１３内に含まれる。添加剤は、コーティング性、膜均一度、下部膜との接着性などを調節する役割をする。
【００２７】
図７においては、多官能性アクリレート  モノマー、二官能性アクリレート  オリゴマー、アクリレート-コポリマー及び反応性ポリマー、Irgacure-369（登録商標）、テレフタル酸(TPA)などの分子構造式及びIrgacure-369（登録商標）、テレフタル酸(TPA)の吸収波長帯を示す。ここで、Irgacure-369（登録商標）は、テレフタル酸(TPA)に比べ、相対的に低い波長帯の光を吸収することがわかる。
【００２８】
上述のような物質を用いると共に、フォトリソグラフィー工程により、本願発明における、硬度が部分的に違うスペーサー１１３を形成する。
【００２９】
以下、スペーサー１１３の製造工程を液晶表示パネルの製造工程と結びつけて説明すると、以下のようである。
まず、ブラックマトリクス、カラーフィルターなどの第１の薄膜パターン１０４が形成された上部アレイ基板１０２を備え、別途の工程により、信号ライン、薄膜トランジスタ及び画素電極等の第２の薄膜パターン１２４が形成された下部アレイ基板１２２を備える。
【００３０】
以後、上部アレイ基板１０２上に、多官能性モノマーMFM、多官能性オリゴマーMFO、多官能性ポリマーMFP，光重合開始剤ＰＩ及び添加剤を含むスペーサー物質を形成した後、露光及び現像工程を含むフォトリソグラフィー工程が行われる。露光工程では、スペーサー１１３が形成される領域がマスクの透過部を介して露出されることにより、光によって露光される。
【００３１】
図８Ａ〜図９Ｂは、露光工程により、スペーサー内の分子の化学変化を示す。
まず、露光前のスペーサー物質１１０内の分子の位置は、図８Ａに示すように、ランダムに位置する。即ち、MFM１５２、MFO１５４、MFP１５６分子がスペーサー物質１１０全体に均一に位置する。これにより、図８Ｂに示すように、分子鎖構造または特定領域に偏ることなく、スペーサー物質１１０全体に均一に分布されている。
露光が始まると、スペーサー物質１１０の上部領域から下部領域にいくほど、露光密度が弱くなることにより、図９Ａに示すように、スペーサー物質１１０上部領域にＭＦＭ１５２，ＭＦＯ１５４が主に位置し、スペーサー物質１１０の下部領域にＭＦＰ１５６が主に位置するなど、分子の位置が両分される。これにより、露光が進むにつれて、スペーサー物質１１０上部領域にＭＦＭ１５２、ＭＦＯ１５４間に互いに固く結合され、スペーサー物質１１０の上部から下部にいくほど、ＭＦＭ１５２，ＭＦＯ１５４の量が少なくなることにより、濃度勾配を形成する。この結果、スペーサー物質１１０の上部から下部にいくほど、分子量が大きく、移動速度が遅かったＭＦＰ１５６と少量のＭＦＭ１５２及びＭＦＯ１５４と反応し、図９Ｂに示すように、スペーサー物質１１０の上部には、分子鎖構造が緻密になって硬度が大きくなり、スペーサー物質の下部には相対的に分子鎖構造の緻密度が劣ることにより、硬度が小さくなる。
【００３２】
この後、現像工程が行われることにより、図１０に示すように、上部領域から下部領域にいくほど、分子鎖構造(または、架橋)の密度が減るスペーサー１１３が形成される。これにより、本願発明におけるスペーサー１１３は、その上部領域から下部領域にいくほど、硬度が小さくなる構造を有し、スペーサーの上部領域Ａは、突起１２５により加えられる荷重により変更されなくなり、スペーサーの下部領域Ｂは、突起に及ぼす荷重を吸収し、スペーサー１１３の全体に均一に分散させる。
【００３３】
このような、スペーサー１１３を用いて、上部アレイ基板１０２及び下部アレイ基板１２２の合着工程が行われると、スペーサー１１３の上部領域Ａは、硬度が強いため、突起１２５に及ぼす集中荷重による変更を防止し、スペーサー１１３の下部領域Ｂは、硬度が弱く、スペーサー１１３の上部領域Ａに集中された荷重を吸収し、スペーサーの全体に分散させる。
【００３４】
図１１は、本発明のスペーサーによる液晶表示パネルのセルギャップの均一度向上の過程及び屈曲された上部アレイ基板を平坦にする過程を示す図である。
図１１を参照すると、上部アレイ基板１０２と、下部アレイ基板１２２の合着直後、突起１２５により、スペーサーの上部領域１１３ａの一時点に力が集中されるが、スペーサーの上部領域１１３ａは硬度が大きいため、押さえ付けられても殆ど回復する。この際、スペーサー上部領域１１３ａに集中された力は、スペーサーの下部領域１１３ｂに分散され、スペーサー１１３全体によって、上部アレイ基板１０２の屈曲領域が押さえ付けられる。これにより、外部から液晶表示パネルに加えられる圧力(Patm)は、上部アレイ基板１０２の外部に作用する圧力(Pglass)と、スペーサー１１３が上部アレイ基板を押し出す圧力(Pcs)と同一になり、屈曲された上部アレイ基板１０２が平坦になると共に、セルギャップの均一度が向上される。
【００３５】
このように、本発明の実施形態に係る液晶表示パネル及びその製造方法は、上部領域から下部領域にいくほど、硬度が小さくなるスペーサー１１３を用い、上部アレイ基板１０２及び下部アレイ基板１２２間のセルギャップを保持させる。この結果、突起１２５による局部的な圧力集中をスペーサー１１３の全体に均一に分散させることにより、上部アレイ基板１０２の屈曲が平坦になり、セルギャップが均一になる。
【００３６】
一方、本発明の実施形態で提示したスペーサーは、ツイストネマティックTNモードの液晶表示パネルだけでなく、水平配列IPSモードの液晶表示パネル、更には電界制御複屈折ECB、垂直配向VAモードの液晶表示パネルにも容易に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】従来の液晶表示パネルを概略的に示す断面図である。
【図２】下部アレイ基板上に突起を備えた液晶表示パネルを示す断面図である。
【図３】上部アレイ基板の屈曲を示す図である。
【図４】従来の液晶表示パネルにおいて、セルギャップの不均一を示す実験データである。
【図５】突起及びスペーサーの接触密度を増加させることにより、セルギャップの均一度が向上されることを示す実験データである。
【図６】本発明の実施形態に係る液晶表示パネルを示す断面図である。
【図７】本発明におけるスペーサーを構成する分子らの構造を示す図である。
【図８Ａ】図７に示したスペーサーの露光前の分子位置分布を示す図である。
【図８Ｂ】図７に示したスペーサーの露光前の分子鎖構造を示す図である。
【図９Ａ】露光後にスペーサーの分子位置分布を示す図である。
【図９Ｂ】露光後にスペーサーの分子鎖構造を示す図である。
【図１０】図８Ａ〜図９Ｂにおける、露光及び現像工程後のスペーサーの内部構造を具体的に示す図である。
【図１１】本発明におけるスペーサーの機能を液晶表示パネルと結びつけて説明するための図である。
【符号の説明】
【００３８】
２，１０２：上部アレイ基板
２２、１２２：下部アレイ基板
４，１０４：第１の薄膜パターン
２４、１２４：第２の薄膜パターン
１３、１１３：スペーサー
２５，１２５：突起
１５２：ＭＦＴ
１５４：ＭＦＯ
１５６：ＭＦＰ
【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８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
2006309138.tif 000014
【図１１】
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