(57)【要約】【課題】本発明は、垂直配向型の液晶表示装置及びその製造方法に関し、良好な表示品質の得られる液晶表示装置及びその製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】対向配置された一対の基板２、４と、基板２、４間に封止された負の誘電率異方性を有する液晶層６と、液晶層６と基板２、４との界面近傍に形成され、液晶層６に電圧が印加されたときに液晶分子８が一画素内で複数の方向に傾斜するように液晶層６を配向規制するポリマー層３８と、基板２、４の外側に配置された一対の１／４波長板と、一対の１／４波長板の外側に配置された一対の偏光板とを有するように構成する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向配置された一対の基板と、
前記一対の基板間に負の誘電率異方性を有する液晶が封止された液晶層と、
前記液晶層と前記一対の基板との界面近傍に形成され、前記液晶に電圧が印加されたときに前記液晶の液晶分子が一画素内で複数の方向に傾斜するように前記液晶分子を配向規制するポリマー層と、
前記一対の基板の外側に配置された一対の１／４波長板と、
前記一対の１／４波長板の外側に配置された一対の偏光板と
を有することを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
請求項１記載の液晶表示装置において、
前記一対の基板の一方は、画素毎に画素電極を有し、
前記画素電極は、複数の電極ユニットと、隣り合う前記複数の電極ユニット間に形成されたスリットと、前記複数の電極ユニットを電気的に接続する接続電極とを有していること
を特徴とする液晶表示装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の液晶表示装置において、
前記ポリマー層は、前記液晶に混入された光重合性成分が重合して形成されていること
を特徴とする液晶表示装置。
【請求項４】
重合性成分を混入した液晶を一対の基板間に封止して液晶層を形成し、
前記液晶の閾値電圧より大きさの小さい第１の電圧を前記液晶層に印加し、
前記液晶層に印加する電圧を前記第１の電圧から前記閾値電圧より大きさの大きい第２の電圧まで徐々に変化させ、
前記第２の電圧を前記液晶層に所定時間印加し、
前記液晶層に印加する電圧を前記第２の電圧から前記第２の電圧より大きさの大きい第３の電圧まで変化させ、
前記第３の電圧を前記液晶層に印加しながら前記重合性成分を重合させて、前記液晶層と前記一対の基板との界面近傍にポリマー層を形成し、
前記一対の基板の外側に一対の１／４波長板を配置し、
前記一対の１／４波長板の外側に一対の偏光板を配置すること
を特徴とする液晶表示装置の製造方法。
【請求項５】
請求項４記載の液晶表示装置の製造方法において、
前記所定時間は１分以上であること
を特徴とする液晶表示装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電圧無印加時に液晶分子が基板面に対しほぼ垂直に配向する垂直配向型の液晶表示装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
垂直配向型の液晶表示装置は、所定のセルギャップを介して対向配置された一対の基板と、一対の基板の対向面側にそれぞれ形成された電極と、両電極上にそれぞれ形成された垂直配向膜と、一対の基板間に封止された、負の誘電率異方性を有する液晶とを有している。電極間に電圧を印加していない状態での液晶は、液晶分子の長軸が基板面に対してほぼ垂直になる垂直配向になっている。両基板の外側には一対の偏光板がクロスニコルに配置されている。電極間に電圧を印加して液晶中の電界強度を変化させると、それに応じて液晶分子は基板面方向に傾斜する。液晶分子の傾斜の程度に応じてその屈折率異方性は変化する。したがって、一方の偏光板側から液晶に入射した直線偏光の光は液晶分子の傾斜の程度に応じた楕円偏光の光となる。液晶から出射した楕円偏光の光のうち他方の偏光板の光透過軸に平行な成分の光が当該偏光板から射出して観察者に視認される。
【０００３】
このような動作を行う垂直配向型の液晶表示装置では、画像表示領域をどの方向から見ても良好な表示品質が得られるように、電圧印加時の液晶分子の傾斜方向が偏らないようにする広視野角技術が用いられている。広視野角技術としては、例えば特許文献１に開示されているようなＭＶＡ（Ｍｕｌｔｉ−ｄｏｍａｉｎ  Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）方式が用いられる。ＭＶＡ方式では、液晶を直交４方向に配向規制する突起状構造物が垂直配向膜の下層に形成され、電圧印加時には液晶分子が４つの領域に分かれてそれぞれ４方向に傾斜するようになっている。各領域の視角特性が混ざる結果、広い視野角が得られる。
【０００４】
一方、高輝度の表示が得られるように、遅相軸が互いに直交する一対の１／４波長板を液晶表示パネルと両偏光板との間にそれぞれ配置する技術がある（例えば、特許文献２参照）。偏光板と１／４波長板とをこの順に透過した光は円偏光になるため、ノーマリーブラックモードの液晶表示装置にこの技術を適用することにより、光透過率が液晶分子の傾斜方向には依存せず、液晶分子の傾斜角度にのみ依存して変化するようになる。したがって、液晶に電圧を印加したときに液晶分子がどの方向に傾斜しても光透過率が増加するため、液晶表示装置の輝度を大幅に向上できる。
【０００５】
ＭＶＡ方式の液晶表示装置に１／４波長板を組み合わせることによって、広視野角で高輝度の表示が得られるとも考えられる。ところが、一般的なＭＶＡ方式の液晶表示装置では画素領域内に突起状構造物が形成されるため、開口面積がその分減少して輝度が低下してしまうことに加え、突起状構造物により生じる液晶の配向乱れやセル厚の変化によってコントラストが大きく低下してしまう。このため、突起状構造物を設けず、例えば放射状に延びる微細スリットを画素電極外周部に形成して液晶を配向規制する技術がある。これにより、液晶表示装置の輝度及びコントラストを向上させることができる。また、突起状構造物を形成する工程が不要になるため、液晶表示装置の製造工程が削減される。
【０００６】
１／４波長板を用いた液晶表示装置であっても、液晶分子の傾斜方向が画素毎に不均一になると中間調表示での視認性（特に視角特性）が低下し、表示品質が極めて低下してしまうため、液晶分子の傾斜方向は画素毎に均一である必要がある。しかしながら、液晶表示パネルを実際に駆動する場合には様々な横電界が生じ、また基板表面は平坦ではなく構造上の凸凹が形成されるため、所望の液晶配向を得るのは容易ではない。特に、突起状構造物を用いず、微細スリットのみを用いて液晶を配向規制する場合には、所望の液晶配向を得るのは極めて困難である。このように、広視野角で高輝度、高コントラストの液晶表示装置を実現するのは困難であるという問題があった。
【０００７】
【特許文献１】特許第２９４７３５０号公報
【特許文献２】特開２００２−３０３８６９号公報
【特許文献３】特開２００３−１０７４７７号公報
【特許文献４】特開２００３−１７７４０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、良好な表示品質の得られる液晶表示装置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】
【０００９】
上記目的は、対向配置された一対の基板と、前記一対の基板間に封止された負の誘電率異方性を有する液晶と、液晶層に電圧が印加されたときに前記液晶層の液晶分子が一画素内で複数の方向に傾斜するように前記液晶分子を配向制御する画素電極構造と、前記液晶層と前記一対の基板との界面近傍に形成され、前記液晶分子の傾斜方向を記憶するような働きをするポリマー層と、前記一対の基板の外側に配置された一対の１／４波長板と、前記一対の１／４波長板の外側に配置された一対の偏光板とを有することを特徴とする液晶表示装置によって達成される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、良好な表示品質の得られる液晶表示装置を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の一実施の形態による液晶表示装置及びその製造方法について図１乃至図７を用いて説明する。図１は、本実施の形態による液晶表示装置の構成を模式的に示している。図１に示すように、液晶表示装置は、負の誘電率異方性を有する液晶が一対の基板間に封止され、ポリマー配向支持（ＰＳＡ；Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｓｕｓｔａｉｎｅｄ  Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）技術により液晶が配向規制される液晶表示パネル１を有している。液晶表示パネル１を挟んだ外側には、偏光方位の互いに直交する直線偏光の光の間にほぼ１／４波長の光路差を生じさせる１／４波長板８０、８１がそれぞれ配置されている。また、１／４波長板８０、８１を挟んだ外側には、偏光板８２、８３がそれぞれ配置されている。偏光板８３の図中下方には、不図示のバックライトユニットが配置される。
【００１２】
図２は、液晶表示パネル１の断面構成を模式的に示している。図２に示すように、液晶表示パネル１は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）基板２と、対向基板４と、両基板２、４間に封止された液晶層６とを有している。ＴＦＴ基板２は、例えば透明なガラス基板１０と、ガラス基板１０上の画素毎に形成された画素電極１６とを有している。対向基板４は、例えば透明なガラス基板１１と、ガラス基板１１上のほぼ全面に形成された共通電極４２とを有している。画素電極１６及び共通電極４２は、例えば透明導電膜により形成されている。画素電極１６上及び共通電極４２上には、液晶層６の液晶分子８を基板面にほぼ垂直に配向させる垂直配向膜３６がそれぞれ形成されている。垂直配向膜３６は、例えばポリイミドにより形成されている。両基板２、４上に形成された垂直配向膜３６と液晶層６との界面近傍には、液晶層６に電圧が印加されたときに液晶分子８が一画素内で複数の方向に傾斜するように液晶層６を配向規制するポリマー層３８がそれぞれ形成されている。ポリマー層３８は、例えば液晶層６に混入された光重合性成分が重合して形成されている。
【００１３】
図３は、液晶表示パネル１のＴＦＴ基板２の１画素の構成を示している。図３に示すように、ＴＦＴ基板２上には、図中左右方向に延びるゲートバスライン１２が互いにほぼ平行に複数形成されている。不図示の絶縁膜を介してゲートバスライン１２に交差して、図中上下方向に延びるドレインバスライン１４が、互いにほぼ平行に複数形成されている。ゲートバスライン１２とドレインバスライン１４とで囲まれた領域は画素領域になっている。画素領域を横切って、ゲートバスライン１２にほぼ平行に延びる蓄積容量バスライン１８が形成されている。ゲートバスライン１２及びドレインバスライン１４の交差位置近傍には、ＴＦＴ２０が形成されている。ゲートバスライン１２の一部はＴＦＴ２０のゲート電極として機能し、ＴＦＴ２０のドレイン電極２１はドレインバスライン１４に電気的に接続されている。蓄積容量バスライン１８上には、絶縁膜を介して画素領域毎に蓄積容量電極１９が形成されている。蓄積容量電極１９は、ＴＦＴ２０のソース電極２２に電気的に接続され、コンタクトホール２４を介して画素電極１６に電気的に接続されている。蓄積容量バスライン１８及び蓄積容量電極１９は、画素毎に形成される蓄積容量の一対の電極として機能する。
【００１４】
画素電極１６は、画素領域の大きさより小さく、例えば正方形状の外周を有する３つの電極ユニット５０と、隣接する電極ユニット５０間に形成された電極の抜き部（スリット）５２と、スリット５２で分離された電極ユニット５０を互いに電気的に接続する接続電極５４とを有している。３つの電極ユニット５０は、ドレインバスライン１４の延びる方向に配列している。各電極ユニット５０には、その外周部からゲートバスライン１２又はドレインバスライン１４の延びる方向に対して斜めの４方向に切り込まれた複数の微細スリット５６が形成されている。微細スリット５６の延びる方向は、各電極ユニット５０の図中右上の領域では右上から左下に向かう方向であり、図中左上の領域では左上から右下に向かう方向であり、図中左下の領域では左下から右上に向かう方向であり、図中右下の領域では右下から左上に向かう方向である。これらの４つの領域の面積は、電極ユニット５０毎にほぼ同一になっている。液晶分子８には、微細スリット５６の延びる方向に平行なプレチルトがポリマー層３８によって付与されている。したがって、液晶層６に電圧を印加したときには液晶分子８は微細スリット５６の延びる方向に平行に傾斜するため、１画素内の液晶分子８は直交４方向にほぼ均一に傾斜するようになる。本実施の形態では、両基板２、４の対向面の双方に配向規制用の突起状構造物が形成されていないため、基板２、４の対向面はほぼ平坦になっている。
【００１５】
図４（ａ）〜（ｃ）は、画素電極１６の構成の変形例を示している。図４（ａ）に示す例では、画素電極１６の電極ユニット５０は、中心部の比較的広い領域に配置されたべた電極５７と、電極ユニット５０の外周部からべた電極５７の外周部まで切り込まれた微細スリット５６とを有している。図４（ｂ）に示す例では、電極ユニット５０の微細スリット５６の延びる方向がゲートバスライン１２又はドレインバスライン１４の延びる方向にほぼ平行になっている。図４（ｃ）に示す例では、画素電極１６が１２（＝２×６）個の電極ユニット５０を有している。電極ユニット５０は、ゲートバスライン１２の延びる方向に２つ配列し、ドレインバスライン１４の延びる方向に６つ配列している。図４（ａ）〜（ｃ）に示す例では、いずれも１画素内の液晶分子８は電圧印加時に直交４方向にほぼ均一に傾斜するようになっている。なお画素電極１６は、図３及び図４（ａ）〜（ｃ）に示した例に限らず、例えば電極ユニット５０の微細スリット５６が放射状に延び、電圧印加時の液晶分子８が電極ユニット５０毎に放射状に傾斜する構成など、他の構成を有していてもよい。
【００１６】
図５は、偏光板８２、８３及び１／４波長板８０、８１の光学軸の配置を示している。図５に示すように、基板面に垂直に見ると、偏光板８２の偏光軸８２ａ及び偏光板８３の偏光軸８３ａはほぼ直交している。また、１／４波長板８０の光学軸（遅相軸）８０ａ及び１／４波長板８１の光学軸８１ａはほぼ直交している。偏光軸８２ａと光学軸８０ａとのなす角、及び偏光軸８３ａと光学軸８１ａとのなす角は共に約４５°である。すなわち、偏光板８２と１／４波長板８０、及び偏光板８３と１／４波長板８１は、それぞれ円偏光子を構成している。バックライトユニットから射出し、偏光板８３及び１／４波長板をこの順に透過した光は円偏光になるため、液晶分子８の傾斜方向には依存せず、液晶分子８の傾斜角度に依存して光透過率が変化するようになっている。
【００１７】
本実施の形態によれば、基板界面のほぼ全域に形成されたポリマー層３８により液晶分子８の傾斜方向が規制されるため、液晶分子８は横電界等の影響を受けずに直交４方向にほぼ均一に傾斜するようになり、指押し等により基板２、４が局所的に加圧されても液晶の配向乱れが生じ難くなる。したがって、広視野角で表示特性の良好な液晶表示装置が得られる。また本実施の形態によれば、円偏光子を用いることにより液晶分子８の傾斜角度のみに依存して光透過率が変化するため、輝度の高い液晶表示装置が得られる。さらに本実施の形態によれば、基板２、４のいずれにも配向規制用の突起状構造物を形成しないため、開口面積の低下や液晶の配向乱れ等が生じず、高輝度かつ高コントラストの表示が得られる。また、突起状構造物を形成する工程が不要であるため、液晶表示装置の製造工程を簡略化できる。
【００１８】
次に、本実施の形態による液晶表示装置の製造方法について説明する。図６は、本実施の形態による液晶表示装置の製造工程を模式的に示している。まず、図６（ａ）に示すように、それぞれ所定の工程を経て作製されたＴＦＴ基板２及び対向基板４の各対向面に垂直配向膜３６を形成し、両基板２、４を貼り合わせ、光重合性モノマー３７（例えば大日本インキ化学工業製のＵＣＬ−００１）が混入された液晶を両基板２、４間に封止して液晶層６を形成し、液晶表示パネル１を作製する。このとき、液晶分子８は基板面にほぼ垂直に配向している。次に、図６（ｂ）に示すように、例えば所定の直流電圧を表示領域全体の液晶層６に均一に印加して液晶分子８を傾斜させた状態で紫外光（ＵＶ光）を例えば１００秒程度照射し、光重合性モノマー３７を重合させて、ＴＦＴ基板２及び対向基板４上の垂直配向膜３６と液晶層６との界面近傍にそれぞれポリマー層３８を形成する（図２参照）。ポリマー層３８は、垂直配向膜３６上に積層されるように形成される。
【００１９】
図７は、ポリマー層３８を形成する工程での液晶層６への印加電圧の変化を示すグラフである。図７の横軸は電圧印加開始からの経過時間（ｍｉｎ）を表し、縦軸は液晶層６への印加電圧（Ｖ）を示している。図７に示すように、まず液晶層６の閾（しきい）値電圧（例えば２Ｖ）より低い第１の電圧を液晶層６に印加する。この状態での液晶分子８は、電圧無印加時と同様に基板面にほぼ垂直に配向している。次に、印加電圧を徐々に高くしていき、電圧印加開始から例えば１分後に閾値電圧をわずかに超える第２の電圧（例えば２．２Ｖ）が液晶層６に印加されるようにして、この電圧を例えば１分以上維持する。閾値電圧を超える電圧が液晶層６に印加されることによって、液晶分子８は基板面に対して傾き始める。傾き始めの段階では液晶分子８の配向に乱れが生じ得るが、この電圧を１分程度維持することによって配向の乱れはほぼ解消され、液晶分子８は電極ユニット５０の微細スリット５６の延びる方向に沿って傾斜する。その後、印加電圧をさらに高くしていき、電圧印加開始から例えば５分後に、第３の電圧（例えば５．５Ｖ以上）が液晶層６に印加されるようにする。液晶分子８の配向乱れは既にほぼ解消されているため、印加電圧を高くしても配向乱れが再び生じることはない。この電圧が液晶層６に印加されている状態で、液晶層６にＵＶ光が照射される。ＵＶ光の照射により、液晶層６に混入された光重合性モノマー３７が重合し、垂直配向膜３６との界面近傍にポリマー層３８が形成される。ポリマー層３８によって、電圧印加を取り去っても液晶分子８は基板面に対し所定のプレチルト角で傾斜し、液晶表示パネル１を実際に駆動する際の液晶分子８の傾斜方向が規制される。なお、本例では液晶層６に直流電圧を印加しているが、交流電圧を印加してもよい。
【００２０】
次に、液晶表示パネル１の外側に１／４波長板８０、８１をそれぞれ配置し、１／４波長板８０、８１のさらに外側に偏光板８２、８３をそれぞれ配置する。その後、所定のモジュール工程を経て、液晶表示装置が完成する。
【００２１】
本実施の形態によれば、閾値電圧をわずかに超える電圧を液晶層６に所定時間印加し続けることによって、ポリマー層３８を形成する際の液晶分子８の配向乱れを解消させることができるため、形成されたポリマー層３８により付与される液晶分子８のプレチルトの向きを画素毎に均一にすることができる。したがって、液晶表示パネル１を実際に駆動する際には各画素の液晶分子８が直交４方向にほぼ均一に傾斜するため、表示のざらつき等が生じず、視角特性に優れた良好な表示品質が得られる。
【００２２】
本発明は、上記実施の形態に限らず種々の変形が可能である。
また、上記実施の形態では透過型の液晶表示装置を例に挙げたが、本発明はこれに限らず、反射型や半透過型等の他の液晶表示装置にも適用できる。
【００２３】
以上説明した実施の形態による液晶表示装置及びその製造方法は、以下のようにまとめられる。
（付記１）
対向配置された一対の基板と、
前記一対の基板間に負の誘電率異方性を有する液晶が封止された液晶層と、
前記液晶層と前記一対の基板との界面近傍に形成され、前記液晶に電圧が印加されたときに前記液晶の液晶分子が一画素内で複数の方向に傾斜するように前記液晶分子を配向規制するポリマー層と、
前記一対の基板の外側に配置された一対の１／４波長板と、
前記一対の１／４波長板の外側に配置された一対の偏光板と
を有することを特徴とする液晶表示装置。
（付記２）
付記１記載の液晶表示装置において、
前記一対の基板の一方は、画素毎に画素電極を有し、
前記画素電極は、複数の電極ユニットと、隣り合う前記複数の電極ユニット間に形成されたスリットと、前記複数の電極ユニットを電気的に接続する接続電極とを有していること
を特徴とする液晶表示装置。
（付記３）
付記２記載の液晶表示装置において、
前記電極ユニットは、複数の方向に延びる微細スリットを少なくとも外周部に有していること
を特徴とする液晶表示装置。
（付記４）
付記１乃至３のいずれか１項に記載の液晶表示装置において、
前記一対の基板の双方は、前記液晶を配向規制するための突起状構造物を有していないこと
を特徴とする液晶表示装置。
（付記５）
付記１乃至４のいずれか１項に記載の液晶表示装置において、
前記ポリマー層は、前記液晶に混入された光重合性成分が重合して形成されていること
を特徴とする液晶表示装置。
（付記６）
付記１乃至５のいずれか１項に記載の液晶表示装置において、
前記一対の１／４波長板は、光学軸が互いにほぼ直交するように配置され、
前記一対の偏光板は、それぞれ内側に配置された前記１／４波長板の光学軸と当該偏光板の偏光軸とのなす角がほぼ４５°になるように配置されていること
を特徴とする液晶表示装置。
（付記７）
重合性成分を混入した液晶を一対の基板間に封止して液晶層を形成し、
前記液晶の閾値電圧より大きさの小さい第１の電圧を前記液晶層に印加し、
前記液晶層に印加する電圧を前記第１の電圧から前記閾値電圧より大きさの大きい第２の電圧まで徐々に変化させ、
前記第２の電圧を前記液晶層に所定時間印加し、
前記液晶層に印加する電圧を前記第２の電圧から前記第２の電圧より大きさの大きい第３の電圧まで変化させ、
前記第３の電圧を前記液晶層に印加しながら前記重合性成分を重合させて、前記液晶層と前記一対の基板との界面近傍にポリマー層を形成し、
前記一対の基板の外側に一対の１／４波長板を配置し、
前記一対の１／４波長板の外側に一対の偏光板を配置すること
を特徴とする液晶表示装置の製造方法。
（付記８）
付記７記載の液晶表示装置の製造方法において、
前記第２の電圧は、前記閾値電圧より大きさがわずかに大きいこと
を特徴とする液晶表示装置の製造方法。
（付記９）
付記７又は８に記載の液晶表示装置の製造方法において、
前記所定時間は１分以上であること
を特徴とする液晶表示装置の製造方法。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施の形態による液晶表示装置の構成を模式的に示す図である。
【図２】本発明の一実施の形態による液晶表示装置の液晶表示パネルの断面構成を模式的に示す図である。
【図３】本発明の一実施の形態による液晶表示装置の一方のガラス基板の構成を示す図である。
【図４】画素電極の構成の変形例を示す図である。
【図５】偏光板及び１／４波長板の光学軸の配置を示す図である。
【図６】本発明の一実施の形態による液晶表示装置の製造方法を模式的に示す図である。
【図７】ポリマー層を形成する工程での液晶への印加電圧の変化を示すグラフである。
【符号の説明】
【００２５】
１  液晶表示パネル
２  ＴＦＴ基板
４  対向基板
６  液晶層
８  液晶分子
１０、１１  ガラス基板
１２  ゲートバスライン
１４  ドレインバスライン
１６  画素電極
１８  蓄積容量バスライン
１９  蓄積容量電極
２０  ＴＦＴ
２１  ドレイン電極
２２  ソース電極
２４  コンタクトホール
３６  垂直配向膜
３７  光重合性モノマー
３８  ポリマー層
４２  共通電極
５０  電極ユニット
５２  スリット
５４  接続電極
５６  微細スリット
５７  べた電極
８０、８１  １／４波長板
８０ａ、８１ａ  光学軸
８２、８３  偏光板
８２ａ、８３ａ  偏光軸
【図１】
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【図２】
2006133619.tif 000004
【図３】
2006133619.tif 000005
【図４】
2006133619.tif 000006
【図５】
2006133619.tif 000007
【図６】
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【図７】
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