(57)【要約】【課題】液晶混合物、液晶表示装置およびその製造方法を提供する。【解決手段】液晶混合物は、等方性の状態で混合されている液晶分子および光重合性モノマーを含む。液晶表示装置は、相対向する第１表示板および第２表示板と、前記第１表示板と前記第２表示板との間に位置し、複数の液晶領域および前記複数の液晶領域の間に位置する複数の高分子構造を含む液晶層と、を備え、前記液晶層は、等方性の状態で混合されている液晶分子および光重合性モノマーの液晶混合物から形成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
等方性（ｉｓｏｔｒｏｐｉｃ）の状態で混合されている液晶分子および光重合性モノマーを含む液晶混合物。
【請求項２】
前記光重合性モノマーは、下記の化学式（１）で表わされる化合物を含む請求項１に記載の液晶混合物：
Ｒ１−Ａ−Ｒ２      …（１）
式中、Ａは、シクロアルキル基、ビシクロアルキル基およびアリール基の中から選ばれた環を有する環状化合物であり、Ｒ１およびＲ２は、それぞれ別々に、水素、置換または非置換の（メタ）アクリレート基、置換または非置換のビニルエーテル基、置換または非置換のエポキシ基、置換または非置換のチオール基またはこれらの組み合わせを含む。
【請求項３】
前記Ａは、シクロペンタン環、シクロヘキサン環、シクロヘプタン環、シクロオクタン環またはベンゼン環を有する請求項２に記載の液晶混合物。
【請求項４】
前記液晶分子および前記光重合性モノマーは、前記液晶混合物の総含量に対してそれぞれ５０〜９０重量％および１０〜５０重量％で含まれている請求項１乃至３のいずれかに記載の液晶混合物。
【請求項５】
光開始剤をさらに含む請求項１乃至４のいずれかに記載の液晶混合物。
【請求項６】
前記液晶分子、前記光重合性モノマーおよび前記光開始剤は、前記液晶混合物の総含量に対してそれぞれ５０〜９０重量％、１０〜４５重量％および０．５〜５重量％で含まれている請求項５に記載の液晶混合物。
【請求項７】
相対向する第１表示板および第２表示板と、
前記第１表示板と前記第２表示板との間に位置し、複数の液晶領域および前記複数の液晶領域の間に位置する複数の高分子構造を含む液晶層と、
を備え、
前記液晶層は、等方性の状態で混合されている液晶分子および光重合性モノマーの液晶混合物から形成される液晶表示装置。
【請求項８】
前記光重合性モノマーは、下記の化学式（１）で表わされる化合物を含む請求項７に記載の液晶表示装置：
Ｒ１−Ａ−Ｒ２      …（１）
式中、Ａは、シクロアルキル基、ビシクロアルキル基およびアリール基の中から選ばれた環を有する環状化合物であり、Ｒ１およびＲ２は、それぞれ別々に、水素、置換または非置換の（メタ）アクリレート基、置換または非置換のビニルエーテル基、置換または非置換のエポキシ基、置換または非置換のチオール基またはこれらの組み合わせを含む。
【請求項９】
等方性の状態で混合されている液晶分子および光重合性モノマーを含む液晶混合物を準備する段階と、
第１表示板と第２表示板との間に等方性の状態で存在する液晶混合物を配置する段階と、
前記液晶混合物を光照射して複数の液晶領域および複数の高分子構造を形成する段階と、
を含む液晶表示装置の製造方法。
【請求項１０】
前記光重合性モノマーは、下記の化学式（１）で表わされる化合物を含む請求項９に記載の液晶表示装置の製造方法：
Ｒ１−Ａ−Ｒ２      …（１）
式中、Ａは、シクロアルキル基、ビシクロアルキル基およびアリール基の中から選ばれた環を有する環状環化合物であり、Ｒ１およびＲ２は、それぞれ別々に、水素、置換または非置換の（メタ）アクリレート基、置換または非置換のビニルエーテル基、置換または非置換のエポキシ基、置換または非置換のチオール基またはこれらの組み合わせを含む。
【請求項１１】
前記液晶混合物を準備する段階は、
前記液晶分子および前記光重合性モノマーと一緒に光開始剤を混合する段階を含む請求項１０に記載の液晶表示装置の製造方法。
【請求項１２】
前記液晶分子および前記光重合性モノマーは、前記液晶混合物の総含量に対してそれぞれ５０〜９０重量％および１０〜５０重量％で含まれている請求項９乃至１１のいずれかに記載の液晶表示装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は液晶混合物、並びに、前記液晶混合物を用いた液晶表示装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置（ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｄｉｓｐｌａｙ：ＬＣＤ）は、現在広く使用されているフラットパネル表示装置（ｆｌａｔｐａｎｅｌ ｄｉｓｐｌａｙ）の一種である。液晶表示装置は電場生成電極および液晶層を含み、電場生成電極に電圧を印加して液晶層に電場を生成することにより液晶層の液晶の方向を決定し、且つ、液晶層を通過する光の透過率を調節する。
【０００３】
一方、液晶は流体であるため、外部の衝撃に対して安定性を確保することが重要である。このために、液晶層に高分子網（ｐｏｌｙｍｅｒ ｎｅｔｗｏｒｋ）を形成して複数の液晶ドメインを形成する方案が提案されている。
【０００４】
しかしながら、この場合、液晶ドメインが形成された部分と、高分子網が形成された部分とがパネルの領域別に不均一になる結果、パネル全体に亘って表示特性が不均一になるおそれがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、表示特性の均一性を改善することができる液晶混合物を提供することを目的とする。
【０００６】
本発明は、前記液晶混合物を用いた液晶表示装置を提供することを更なる目的とする。
【０００７】
本発明は、前記液晶表示装置の製造方法を提供することを更なる目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る液晶混合物は、等方性（ｉｓｏｔｒｏｐｉｃ）の状態で混合されている液晶分子および光重合性モノマーを含む。
【０００９】
前記光重合性モノマーは、下記の化学式（１）で表わされる化合物を含んでいてもよい。
【００１０】
Ｒ１−Ａ−Ｒ２      …（１）
式中、Ａは、シクロアルキル基、ビシクロアルキル基およびアリール基の中から選ばれた環を有する環状化合物であり、Ｒ１およびＲ２は、それぞれ別々に、水素、置換または非置換の（メタ）アクリレート基、置換または非置換のビニルエーテル基、置換または非置換のエポキシ基、置換または非置換のチオール基またはこれらの組み合わせを含む。
【００１１】
前記Ａは、シクロペンタン環、シクロヘキサン環、シクロヘプタン環、シクロオクタン環またはベンゼン環を有してもよい。
【００１２】
前記液晶分子および前記光重合性モノマーは、前記液晶混合物の総含量に対してそれぞれ約５０〜９０重量％および約１０〜５０重量％で含まれていてもよい。
【００１３】
前記液晶混合物は、光開始剤をさらに含んでいてもよい。
【００１４】
前記液晶分子、前記光重合性モノマーおよび前記光開始剤は、前記液晶混合物の総含量に対してそれぞれ約５０〜９０重量％、約１０〜４５重量％および約０．５〜５重量％で含まれていてもよい。
【００１５】
本発明に係る液晶表示装置は、相対向する第１表示板および第２表示板と、前記第１表示板と前記第２表示板との間に位置し、複数の液晶領域および前記複数の液晶領域の間に位置する複数の高分子構造を含む液晶層と、を備え、前記液晶層は、等方性の状態で混合されている液晶分子および光重合性モノマーの液晶混合物から形成される。
【００１６】
前記光重合性モノマーは、前記化学式（１）で表わされる化合物を含んでいてもよい。
【００１７】
本発明に係る液晶表示装置の製造方法は、等方性の状態で混合されている液晶分子および光重合性モノマーを含む液晶混合物を準備する段階と、第１表示板と第２表示板との間に等方性の状態で存在する液晶混合物を配置する段階と、前記液晶混合物を光照射して複数の液晶領域および複数の高分子構造を形成する段階と、を含む。
【００１８】
前記光重合性モノマーは、前記化学式（１）で表わされる化合物を含んでいてもよい。
【００１９】
前記液晶混合物を準備する段階は、前記液晶分子および前記光重合性モノマーと一緒に光開始剤を混合する段階を含んでいてもよい。
【００２０】
前記液晶分子および前記光重合性モノマーは、前記液晶混合物の総含量に対してそれぞれ約５０〜９０重量％および約１０〜５０重量％で含まれていてもよい。
【発明の効果】
【００２１】
液晶分子と光重合性モノマーとの混合物が温度とは無関係に等方性の状態で存在するので、液晶分子と光重合性モノマーとの分離が起こらずに均一に分布され、これにより、光照射後に液晶層全体に亘って液晶領域および高分子網が均一に分布される。その結果、表示特性の均一性を確保することができる。なお、この種の液晶混合物の等方性の状態は温度とは無関係に維持されるので、液晶表示装置の製造工程を常温で行うことができる結果、フレキシブル表示装置にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態にかかる液晶表示装置を示す断面図である。
【図２】上記の実施形態にかかる液晶混合物を用いた場合における、液晶分子と光重合性モノマーが等方性の状態で存在する液晶層を示す断面図である。
【図３】従来の液晶混合物を用いた場合における、液晶分子とモノマーが不均一に分布している状態を示す断面図である。
【図４Ａ】実施例にかかる液晶表示装置における、液晶層に分布している液晶領域および高分子構造を示す写真である。
【図４Ｂ】比較例にかかる液晶表示装置における、液晶層に分布している液晶領域および高分子構造を示す写真である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、添付図面に基づき、本発明の実施形態について本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳しく説明する。しかしながら、本発明は様々な相異なる形態に実施可能であり、ここで説明する実施形態に限定されない。
【００２４】
図中、各層及び領域を明確に表現するために厚さを拡大して示している。明細書全体を通して類似する部分については同一の図面符号を付している。層、膜、領域、板などの部分が他の部分の「上」にあるとしたとき、これは他の部分の「真上」にある場合だけでなく、その中間に他の部分がある場合をも含む。逆に、ある部分が他の部分の「真上」にあるとしたとき、これは、その中間に他の部分がないことを意味する。
【００２５】
以下、別途の定義がない限り、「置換された」とは、化合物中の水素原子がＣ１〜Ｃ３０のアルキル基、Ｃ２〜Ｃ３０のアルキニル基、Ｃ６〜Ｃ３０のアリール基、Ｃ７〜Ｃ３０のアリールアルキル基、Ｃ１〜Ｃ４のオキシアルキル基、Ｃ１〜Ｃ３０のヘテロアルキル基、Ｃ３〜Ｃ３０のヘテロアリールアルキル基、Ｃ３〜Ｃ３０のシクロアルキル基、Ｃ３〜Ｃ１５のシクロアルケニル基、Ｃ６〜Ｃ３０のシクロアルキニル基、Ｃ２〜Ｃ３０のヘテロシクロアルキル基、ハロゲン原子（Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉ）、ヒドロキシ基、アルコキシ基、ニトロ基、シアノ基、アミノ基、アジド基、アミジノ基、ヒドラジノ基、ヒドラゾノ基、カルボニル基、カルバミル基、チオール基、エステル基、カルボキシル基またはその塩、スルホン酸基またはその塩、リン酸またはその塩、およびこれらの組み合わせの中から選ばれた置換基で置換されたことを意味する。
【００２６】
まず、図１に基づき、本発明の一実施形態にかかる液晶表示装置を説明する。
【００２７】
図１は、本発明の一実施形態による液晶表示装置を示す断面図である。
【００２８】
液晶表示装置は、相対向する第１表示板（下部表示板）１００と、第２表示板（上部表示板）２００と、これらの間に介在している液晶層３００と、を備える。
【００２９】
下部表示板１００および上部表示板２００は、それぞれ電場生成電極が形成されている基板を含む。
【００３０】
基板は、例えば、ガラス基板、高分子膜またはシリコンウェハーであってもよい。基板が高分子で作られている場合、フレキシブル表示装置を実現することができ、このとき、高分子は、例えば、ポリアクリレート、ポリエチレンエーテルフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリエーテルイミド、ポリエーテルスルホンおよびポリイミドなどの中から選ばれた１種または２種以上であってもよい。
【００３１】
下部表示板１００は、基板の上に形成された複数の薄膜トランジスターを備えていてもよく、ここで、薄膜トランジスターはスイッチング素子であってもよい。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、薄膜トランジスターのようなスイッチング素子を含まない受動型素子であってもよく、セグメント（ｓｅｇｍｅｎｔ）タイプのものであってもよい。
【００３２】
下部表示板１００に形成されている電場生成電極は各画素（ｐｉｘｅｌ）ごとに形成されており、前記薄膜トランジスターと電気的に接続されている。
【００３３】
上部表示板２００に形成されている電場生成電極は共通電極（ｃｏｍｍｏｎｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）であってもよく、下部表示板１００の電場生成電極と相対向している。
【００３４】
下部表示板１００の電場生成電極および上部表示板２００の電場生成電極の上にはそれぞれ配向膜が成膜されていてもよい。
【００３５】
液晶層３００は、複数の液晶領域（ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌｄｏｍａｉｎ）３０および複数の高分子構造５０を含む。
【００３６】
液晶領域３０は、複数の液晶分子が集まって一つの領域をなす部分であり、全領域に亘って均一に分布している。
【００３７】
高分子構造５０は高分子網であってもよく、液晶領域３０を取り囲んでいる。しかしながら、高分子構造５０はこれに限定されるものではなく、高分子柱など様々な形状であってもよい。
【００３８】
高分子構造５０は、流体である液晶が複数の液晶領域３０を形成して所定の領域に固定させることができる。これにより、外部の衝撃によって液晶が片側に偏ることを防止して液晶の安定性を高めることができる。
【００３９】
前記液晶層３００は、液晶分子および光重合性モノマーを含む液晶混合物から形成されていてもよい。前記液晶混合物は、光照射によって光重合性モノマーが光重合されて高分子構造５０を形成し、高分子構造５０が形成されない個所に複数の液晶領域３０が形成されてもよい。
【００４０】
前記液晶混合物は、前記液晶分子および前記光重合性モノマーが等方性（ｉｓｏｔｒｏｐｉｃ）の状態で混合されている。このような等方性の状態は温度とは無関係に維持され得る。
【００４１】
液晶分子は、一般的に使用されるネマチック液晶であってもよい。
【００４２】
光重合性モノマーは、下記の化学式（１）で表わされる化合物であってもよい。
【００４３】
Ｒ１−Ａ−Ｒ２      …（１）
式中、Ａは、シクロアルキル基、ビシクロアルキル基およびアリール基の中から選ばれた一つの環構造を有する環状化合物である。
【００４４】
Ｒ１およびＲ２は、それぞれ別々に、水素、置換または非置換の（メタ）アクリレート基、置換または非置換のビニルエーテル基、置換または非置換のエポキシ基、置換または非置換のチオール基またはこれらの組み合わせを含む。但し、Ｒ１およびＲ２が両方とも水素である場合は除く。
【００４５】
前記Ａは、例えば、シクロペンタン環、シクロヘキサン環、シクロヘプタン環、シクロオクタン環またはベンゼン環を有してもよい。
【００４６】
前記液晶分子および前記光重合性モノマーは、前記液晶混合物の総含量に対してそれぞれ約５０〜９０重量％および約１０〜５０重量％で含まれていてもよい。前記範囲で含まれる場合、液晶の特性を有しながらも、液晶領域と高分子構造が一層均一に分布され得る。
【００４７】
また、前記液晶混合物は、光開始剤をさらに含んでいてもよい。光開始剤は、光を受光してラジカルを生成可能な化合物であれば特に制限はなく、例えば、ジメトキシジフェニルエタノン（ｄｉｍｅｔｈｏｘｙｄｉｐｈｅｎｙｌ ｅｔｈａｎｏｎｅ）であってもよい。
【００４８】
光開始剤を含む場合、前記液晶分子、前記光重合性モノマーおよび前記光開始剤は、前記液晶混合物の総含量に対してそれぞれ約５０〜９０重量％、約１０〜４５重量％および約０．５〜５重量％で含まれていてもよい。
【００４９】
前記化学式（１）で表わされる光重合性モノマーは液晶分子との混和性（ｍｉｓｃｉｂｉｌｉｔｙ）に優れているので、全領域に亘って光重合性モノマーと液晶分子が均一に混合され得る。また、前記化学式（１）で表わされる光重合性モノマーは、液晶分子の秩序度を妨害して液晶分子が方向性を失って無秩序に配列される等方性の状態で混合されるようにする。
【００５０】
これについて、図２および図３に基づき、図１と結び付けて説明する。
【００５１】
図２は、上記の実施形態にかかる液晶混合物を用いた場合における、液晶分子と光重合性モノマーが等方性の状態で存在する液晶層を示す断面図であり、図３は、従来の液晶混合物を用いた場合における、液晶分子とモノマーが不均一に分布している状態を示す断面図である。
【００５２】
図２を参照すれば、上記の実施形態にかかる液晶混合物を用いた場合、光重合性モノマーが液晶分子の秩序度を妨害して無秩序に配列されるようにする一方、液晶分子との混和性を高めて、全領域に亘って液晶分子３０ａと光重合性モノマー５０ａが等方性の状態で分布され得る。これにより、光照射後に液晶分子３０ａが集まっている液晶領域３０および光重合性モノマー５０ａが重合されてなる高分子構造５０が均一に分布されるので、表示領域全体に亘って表示特性を均一に維持することができる。
【００５３】
これに対し、従来の液晶混合物を用いた場合、液晶分子３０ａとモノマー５０ａとの混和性が良くないため、局部的に液晶分子３０ａとモノマー５０ａとの間に分離が起こったり、混合物を注入または塗布する段階で液晶分子３０ａとモノマー５０ａが拡散する速度が異なり、これらの間に分離が起こる可能性がある。この場合、図３に示すように、所定の領域Ａには液晶分子３０ａが多量分布しており、他の領域Ｂにはモノマー５０ａが多量分布していて、液晶分子３０ａとモノマー５０ａの分布が不均一になることがある。このように液晶分子３０ａとモノマー５０ａが不均一に分布された状態で光照射を行う場合、領域によって液晶領域３０および高分子構造５０の分布が不均一になり、その結果、駆動に際して表示板全体に亘って輝度が不均一になるなど表示特性が劣化するおそれがある。
【００５４】
上記の実施形態では、上述のように、液晶分子と光重合性モノマーとの混和性を高め、且つ、混合物に等方性の状態を持たせることにより表示特性を改善することができる。
【００５５】
以下、図１に示す液晶表示装置の製造方法について説明する。
【００５６】
まず、等方性の状態で混合されている液晶分子および光重合性モノマーを含む液晶混合物を準備する。液晶混合物は、光開始剤をさらに含んでいてもよい。
【００５７】
液晶分子、光重合性モノマーおよび光開始剤は、前述の通りである。
【００５８】
次いで、第１表示板１００と第２表示板２００をそれぞれ別々に準備する。
【００５９】
第１表示板１００は、基板の上に薄膜トランジスター、電場生成電極および配向膜などを積み重ねて形成し、第２表示板２００は、共通電極および配向膜などを積み重ねて形成する。
【００６０】
次いで、第１表示板１００と第２表示板２００との間に前記等方性の状態で存在する液晶混合物を配置する。このとき、第１表示板１００または第２表示板２００の上に液晶混合物を滴下した後に第１表示板１００と第２表示板２００を貼合してもよく、第１表示板１００と第２表示板２００を貼合した後にこれらの間に液晶混合物を注入してもよい。
【００６１】
次いで、第１表示板１００および第２表示板２００のうち少なくとも一方の側から光を照射する。光照射によって光重合性モノマーは重合されて高分子構造５０を形成し、高分子構造５０の間には複数の液晶領域３０が形成される。
【実施例】
【００６２】
以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明する。但し、下記の実施例は単に説明の目的で開示されるものに過ぎず、本発明の範囲を制限するものではない。
【００６３】
＜実施例１＞
〔液晶混合物の製造〕
液晶ＭＬＣ７０２６（Ｍｅｒｃｋ社製）７０重量％と光重合性モノマー３０重量％を混合して液晶混合物を製造する。ここで、光重合性モノマーは、イソボニルメタクリレート（ｉｓｏｂｏｎｙｌｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）（ＳｉｇｍａＡｌｄｒｉｃｈ社製）８０重量％、ヘキサンジオールジアクリレート（ｈｅｘａｎｅｄｉｏｌｄｉａｃｒｙｌａｔｅ）（Ｓｉｇｍａ Ａｌｄｒｉｃｈ社製）１８重量％およびベンゾフェノン（ｂｅｎｚｏｐｈｅｎｏｎｅ）（ＳｉｇｍａＡｌｄｒｉｃｈ社製）２重量％を混合して製造した。
【００６４】
〔液晶表示装置の製造〕
ポリカーボネート製高分子基板の片面にＩＴＯ電極を形成し、その上に垂直配向膜ＳＥ１２１１（ＮｉｓｓａｎＣｈｅｍｉｃａｌ社製）を塗布した後に１８０℃で１時間硬化させた。
【００６５】
次いで、前記液晶混合物を４μｍ直径のセラミックビードスペース（ｃｅｒａｍｉｃｂｅａｄ ｓｐａｃｅｒ）と混合して前記垂直配向膜の上に塗布した後、ＩＴＯ電極が形成されている他の高分子基板と貼合した。
【００６６】
次いで、高分子基板の片面から３６５ｎｍ波長の紫外線を照射して光重合性モノマーを重合した。
【００６７】
＜比較例１＞
光重合性モノマーとして市販のＮＯＡ６５（ＮｏｒｌａｎｄＩｎｃ．社製）を使用した以外は、前記実施例１の方法と同様にして液晶混合物を製造して液晶表示装置を製造した。
【００６８】
＜評価＞
実施例１および比較例１にかかる液晶表示装置について、図４Ａおよび図４Ｂに基づいて説明する。
【００６９】
図４Ａおよび図４Ｂは、それぞれ実施例１および比較例１にかかる液晶表示装置における、液晶層に分布している液晶領域および高分子構造を示す写真である。
【００７０】
図４Ａを参照すれば、実施例１による液晶表示装置は、液晶層全体に亘って液晶領域３０および高分子構造５０が均一に分布していることが分かる。液晶領域３０が均一に分布する場合、輝度のような表示特性が優れているので、表示特性を改善することができる。
【００７１】
これに対し、図４Ｂを参照すれば、比較例１による液晶表示装置は、液晶層全体に亘って様々な大きさの液晶領域３０が分布することが分かり、これより、液晶領域３０が不均一に分布することが分かる。液晶領域３０が不均一に分布する場合、輝度のような表示特性も不均一になるため、表示特性が低下するおそれがある。
【００７２】
このように、この実施例によれば、液晶分子と光重合性モノマーとの混合物が等方性の状態で存在するので、液晶層全体に亘って液晶分子と光重合性モノマーとの分離が起こらずに、均一に分布して表示特性の均一性を確保することができる。なお、このような液晶混合物の等方性の状態は温度とは無関係に維持されるため、液晶表示装置の製造工程を常温で行うことができるため、フレキシブル表示装置にも適用することができる。
【００７３】
以上で本発明の好適な実施例について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されるものではなく、特許請求の範囲で定義している本発明の基本概念を用いた当業者の各種多様な変形および改良形態も本発明の権利範囲に属するものである。
【符号の説明】
【００７４】
１００：第１表示板、
２００：第２表示板、
３００：液晶層、
３０：液晶領域、
５０：高分子構造、
３０ａ：液晶分子、
５０ａ：光重合性モノマー、
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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