(57)【要約】【課題】本発明は、パソコン、液晶、携帯電話、モバイル端末などのディスプレイとして使用されるか、又はそれらから情報を取得して独立して運搬できる表示体、例えばデジタルペーパーやデジタルブックなどにも使用できること。【解決手段】種々の波長を選択反射する高分子分散型のコレステリック液晶ａが、複数の独立中空筒体２内にそれぞれ単独で封入されたセット状の表示ユニットであって、前記コレステリック液晶ａが帯電状態によって異なる色を表示すること。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
種々の波長を選択反射する高分子分散型のコレステリック液晶が、複数の孔部を有する透明な中空筒体の孔部にそれぞれ封入された表示ユニットであって、前記コレステリック液晶が帯電状態によって異なる色を表示することを特徴とする表示ユニット。
【請求項２】
種々の波長を選択反射する高分子分散型のコレステリック液晶が、複数の独立中空筒体内にそれぞれ単独で封入されたセット状の表示ユニットであって、前記コレステリック液晶が帯電状態によって異なる色を表示することを特徴とする表示ユニット。
【請求項３】
前記中空筒体の断面形状が円状、楕円体状からなる群より選択される何れかであることを特徴とする請求項１又は２に記載の表示ユニット。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の表示ユニットを表示領域の全域にわたって複数配置されたことを特徴とする表示装置。
【請求項５】
表示領域に表示ユニットを複数有し、且つその全ての表示ユニットが略平行となるように配置された請求項４に記載の表示装置。
【請求項６】
表示ユニットに電界を与えるための電界印加手段を有する請求項１又は２に記載の表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パソコン、液晶、携帯電話、モバイル端末などのディスプレイとして使用されるか、又はそれらから情報を取得して独立して運搬できる表示体、例えばデジタルペーパーやデジタルブックなどにも使用できる表示装置及びその構成単位としての表示ユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の技術として、例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３がある。
【０００３】
【特許文献１】
特開平６−２５８６２２号公報
【特許文献２】
特開平１１−１４９０８８号公報
【特許文献３】
特開２００２−２０２５３６号公報
【０００４】
【従来の技術】
特許文献１（特開平６−２５８６２２号公報）には、表示・記録媒体，表示・記録方法および表示・記録装置として、種々の波長を選択反射する高分子分散型のコレステリック液晶を積層し、加熱しながら電界を印加することによって書き込みが行われ、冷却後，配向状態が無電界で保持されることが記載されている。
【０００５】
また、特許文献２（特開平１１−１４９０８８号公報）には、表示記憶媒体，画像書き込み方法および画像書き込み装置として、可視光中の異なる色を選択反射するコレステリック液晶を複数積層した記録媒体が開示されている。この記録媒体は外部から電界を印加することによって画像が書き込まれ、カラー画像を表示できる。コレステリック液晶にはメモリ効果があり、表示画面を無電界で保持することができる。
【０００６】
特許文献３（特開２００２−２０２５３６号公報）には、表示記憶媒体，画像書き込み方法および画像書き込み装置として、独立して回転可能な１個以上の表示素子の形状が球状、楕円体状および柱片状からなる表示素子を透明な中空筒体に封入した表示ユニットであって、該表示素子の表面には表示のための異なる色の領域を区分してあり、かつ該表示素子が帯電状態の異なる少なくとも２極に分極されていることを特徴とする表示ユニット、また表示ユニットを表示領域の全域にわたって配置したことを特徴とする表示装置が受光型であるため印刷物のように目になじみ易く、また、外光によるちらつきを原因とする目の疲労のないことが記載されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許文献２で公開されている、外部電界によりコレステリック液晶の相変化を誘起する画像表示方法は、紙ライクのカラー可逆表示媒体として優れている。しかしながら，流動性のある液晶を薄膜状に３層以上積層することは難しく、さらに各液晶層を分離するための中間層を設けなければならないためコストが多大にかかってしまう欠点がある。
【０００８】
また、従来技術における製造法と、これによって得た表示装置には種々の問題がある。すなわち、上述の製造法による場合、シートの成形後に熱硬化が必要であったり、誘電性液体に浸したりと複雑な工程を必要とする。また、エラストマーの膨潤によって空隙を形成するので、これに用い得る液体の種類は制限される。さらに膨潤状態は温度に依存するので、各部一様の大きさでかつ優れた形状、空隙を得ることが難しい。このようなばらつきが原因で、目的の画像を再現性よく形成することができないという問題があった。すなわち、空隙が高分子分散型のコレステリック液晶に対して小さ過ぎたり、その形状が均一でない場合は、空隙内での高分子分散型のコレステリック液晶の自由な回転を阻害するため、外部電界の作用下で表示素子が電気的異方性に従って、回転し画像を形成する際、画像表示に必要なだけの空隙を得られない。
【０００９】
このようなことから、本発明の課題
（目的）は、印刷物のように目になじみ易く、また、外光による目の疲労のない受光型の表示装置の特徴を生かしつつ、上記表示装置の製造上、および品質上の問題点を克服した表示ユニット、表示装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
そこで、発明者は上記課題を解決すべく鋭意，研究を重ねた結果、本発明を、種々の波長を選択反射する高分子分散型のコレステリック液晶が、複数の孔部を有する透明な中空筒体の孔部にそれぞれ封入された表示ユニットであって、前記コレステリック液晶が帯電状態によって異なる色を表示する表示ユニットとしたり、或いは、種々の波長を選択反射する高分子分散型のコレステリック液晶が、複数の独立中空筒体内にそれぞれ単独で封入されたセット状の表示ユニットであって、前記コレステリック液晶が帯電状態によって異なる色を表示する表示ユニットとしたことにより、前記課題を解決したものである。
【００１１】
さらに、前述の構成の表示ユニットを表示領域の全域にわたって複数配置された表示装置としたり、或いは、表示領域に前述の構成の表示ユニットを複数有し、且つその全ての表示ユニットが略平行となるように配置された表示装置等としたことにより、前記課題を解決したものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。図１は本発明の表示ユニットＡの第１実施形態の断面図であって、仕切りタイプの表示ユニットＡである。１は透明な中空筒体であって、筒を複数に仕切る仕切り壁１ａ，１ａ，…が形成されている。具体的には、該仕切り壁１ａは、２つ設けられ、これによって、第１孔部Ｈ１  ，第２孔部Ｈ２  及び第３孔部Ｈ３  が形成されている。このように仕切られた孔部には、それぞれ種々の波長を選択反射する高分子分散型のコレステリック液晶ａ、すなわち、反射率の異なる高分子分散型のコレステリック液晶ａが封入されている。
【００１３】
該コレステリック液晶ａについては、具体的には、４００〜５００ｎｍに選択反射率のピークを有するコレステリック液晶（第１反射率特性）ａ１  、５００〜６００ｎｍに選択反射率のピークを有するコレステリック液晶（第２反射率特性）ａ２  、６００〜７００ｎｍに選択反射率のピークを有するコレステリック液晶（第３反射率特性）ａ３  とし、それぞれを前記中空筒体１の第１孔部Ｈ１  ，第２孔部Ｈ２  及び第３孔部Ｈ３  に封入した。すなわち、コレステリック液晶（第１反射率特性）ａ１  は第１孔部Ｈ１  に、コレステリック液晶（第２反射率特性）ａ２  は第２孔部Ｈ２  に、コレステリック液晶（第３反射率特性）ａ３  は第３孔部Ｈ３  にそれぞれ封入されている。
【００１４】
また、４００〜５００ｎｍに選択反射率のピークを有するコレステリック液晶（第１反射率特性）ａ１  では青色領域として、５００〜６００ｎｍに選択反射率のピークを有するコレステリック液晶（第２反射率特性）ａ２  では緑色領域として、６００〜７００ｎｍに選択反射率のピークを有するコレステリック液晶（第３反射率特性）ａ３  では赤色領域としてＲＢＧのフルカラーが表示される。つまり、青色領域である４００〜５００ｎｍにあるもの、緑色領域である５００〜６００ｎｍにあるもの、赤色領域である６００〜７００ｎｍにあるものを含んでいる場合は、ＲＧＢのフルカラー表示をすることができる。この場合、３色の光を反射させることで白色表示ができる。また、４００ｎｍ以下又は７００ｎｍ以上の不可視領域に選択反射率のピークを有するコレステリック液晶ａを含んだ場合は、表示媒体中に不可視情報を書き込むことができる。
【００１５】
図２は本発明の表示ユニットの第２実施形態の断面図であって、独立タイプの表示ユニットＡである。２は透明な独立中空筒体である。該独立中空筒体２は、最小限で、３群必要となる。つまり、Ｒ型（赤）タイプ、Ｂ型（青）タイプ、Ｇ型（緑）タイプの３つでセットとなる。具体的には、前述したように、青色領域としての４００〜５００ｎｍに選択反射率のコレステリック液晶（第１反射率特性）ａ１  と、、緑色領域としての５００〜６００ｎｍに選択反射率のピークを有するコレステリック液晶（第２反射率特性）ａ２  と、赤色領域としての６００〜７００ｎｍに選択反射率のピークを有するコレステリック液晶（第３反射率特性）ａ３  とが、それぞれの独立中空筒体２，２，２に封入されている。これらの群によって、はＲＢＧのフルカラーが表示されるものである。この独立タイプであっても、４００ｎｍ以下または７００ｎｍ以上の不可視領域に選択反射率のピークを有するコレステリック液晶ａについては除くようにした。
【００１６】
次に、前述した表示ユニットＡを、表示領域全域にわたって配置した、表示装置について図１乃至図３に基づいて説明する。仕切りタイプ又は独立タイプの表示ユニットＡは、同タイプの多数のユニットによって表示装置が構成される。まず、仕切りタイプの表示ユニットＡの場合は、同一の表示ユニットＡ，Ａ，…が行と列とに並べられる。その表面側に、透明の表面基板３が、その裏面側には、光吸着層５付き支持基板４がそれぞれ設けられ、扁平状となった多数の表示ユニットＡ，Ａ，…が、前記表面基板３と光吸着層５付き支持基板４とで挟持されており、前記表面基板３と表示ユニットＡと光吸着層５との間の隙間には、バインダー剤ｂが封入されている。
【００１７】
また、前記高分子分散型のコレステリック液晶ａでは外部からの何らかの刺激によって、中空筒体１又は独立中空筒体２内の高分子分散型のコレステリック液晶ａの反射率が上がり、画像を表示する。外部からの刺激としては、電界が一般的にあるが、その他に、磁界、光、熱等を用いてもよい。
【００１８】
本発明の表示ユニットＡ内には種々の波長を選択反射する高分子分散型のコレステリック液晶ａが封入されている。いずれにしても、前記表示ユニットＡを並べた表示装置の表面から見える柱片の部分が１つのドットの色であり、複数のドットが文字や画像を表示することになる。
【００１９】
前記表示ユニットＡの切断はレーザーあるいは回転刃、直線刃により形成することが可能である。切断する長手方向の長さは、中空筒体１又は独立中空筒体２が５ｎｍ〜表示装置の幅まで、さらに１ｍｍ〜表示装置の幅までが好ましい。
【００２０】
〈表示装置〉
まず、独立タイプの表示ユニットＡの場合には、青色領域としての４００〜５００ｎｍに選択反射率のピークを有するコレステリック液晶（第１反射率特性）ａ１  入り表示ユニットＡと、、緑色領域としての５００〜６００ｎｍに選択反射率のピークを有するコレステリック液晶（第２反射率特性）ａ２  入りの表示ユニットＡと、赤色領域としての６００〜７００ｎｍに選択反射率のピークを有するコレステリック液晶（第３反射率特性）ａ３  入り表示ユニットＡとが列方向にセットとなるようにして、繰り返し多数設けられ、且つ行方向には、前述したコレステリック液晶（第１反射率特性）ａ１  、コレステリック液晶（第２反射率特性）ａ２  又はコレステリック液晶（第３反射率特性）ａ３  入りの表示ユニットＡが並べられている。このようにセットの多数の表示ユニットＡ，Ａ，…は、前述の仕切りタイプの表示ユニットＡと同様に、前記表面基板３と光吸着層５付き支持基板４とで挟持されており、前記表面基板３と表示ユニットＡと光吸着層５との間の隙間には、バインダー剤ｂが封入されている（図２参照）。また、仕切りタイプの表示ユニットＡの場合には、図３に示すように、表示装置が構成されている。
【００２１】
また、表示装置を構成するのに、例えば、極めて薄いシート状支持体上に、前記の表示ユニットＡ，Ａ，…を塗布して、シート状に成形する。あるいは、網目状の支持体上に広げ、分散液から液分を取り除くことにより、複数の表示ユニットの絡み合いによるシートとして成形してもよい。
【００２２】
前記のシートの各部に、例えば電界や磁界を与える装置を配置することで、情報の記入・消去・書替えが可能となる。電界や磁界を与える装置は、公知の手段を適用できる。前記表示ユニットＡに電極板を設置する場合には、上側の電極板の材質としては、一般にはガラスを用いるが、透明性プラスチック、例えば、ポリカーボネート樹脂、またはアクリル系ではポリメチルメタクリレート、あるいは、スチレン系では、ステレン−アクリロニトリル共重合体等を用いてもよい。前記電極板の極繰はＩＴＯを蒸着したものが望ましい。一方、下側に設置する電極板の場合は、特に透明性を必要としないので、不透明性の高い材料を用いてもかまわない。
【００２３】
液晶分子が螺旋構造を持つコレステリック液晶ａは、液晶の長軸が電界と直角方向に向くと同時に、コレステリック液晶ａであるため螺旋軸が電界方向に向いた螺旋構造をとる。このため、螺旋ピッチで決まる特定の波長が反射される。コレステリック液晶ａが持つ螺旋構造で決まる波長の光が反射されるため、カラー表示が得られる利点がある。高分子中に液晶を分散させた構造は、一般的に高分子分散型液晶ＰＤＬＣと呼ばれるが、コレステリック液晶ａを分散した高分子分散型液晶は特にＰＤＣＬＣ（Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｄｉｓｐｅｒｓｅｄ  Ｃｈｏｒｅｓｔｅｒｃ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ）  と呼ばれる。
【００２４】
また、液晶分子が螺旋構造を持つコレステリック液晶ａは、螺旋軸に平行に入射した光を右円偏光と左円偏光に分け、螺旋の涙じれ方向に一致する円偏光成分をブラッグ反射し、残りの光を透過させる選択反射現象を起こす。反射光の中心波長λ、および反射波長幅Δλは、螺旋ピッチをｐ、螺旋軸に直交する平面内の平均屈折率をｎ、複屈折率をΔｎとすると、それぞれλ＝ｎ・ｐ、Δλ＝Δｎ・ｐで表され、コレステリック液晶層による反射光は螺旋ピッチに依存した鮮やかな色を呈する。
【００２５】
正の誘電率異方性を有するコレステリック液晶ａは、図４（Ａ）に示すように、螺旋軸がセル表面に垂直になり、入射光に対して上記の選択反射現象を起こすプレーナー相、図４（Ｂ）に示すように、螺旋軸がほぼセル表面に平行になり、入射光を少し前方散乱させながら透過させるフォーカルコニック相、及び図４（Ｃ）に示すように、螺旋構造がほどけて液晶ダイレクタが電界方向を向き、入射光をほぼ完全に透過させるホメオトロピック相、の３つの状態を示す。
【００２６】
上記の３つの相のうち、プレーナー相とフォーカルコニック相は、無電界で双安定に存在することができる。従って、コレステリック液晶ａの相状態は、液晶層に印加される電界強度に対して一義的に決まらず、プレーナー相が初期状態の場合には、電界強度の増加に伴って、プレーナー相、フォーカルコニック相、ホメオトロピック相の順に変化し、フォーカルコニック相が初期状態の場合には、電界強度の増加に伴って、フォーカルコニック相、ホメオトロピック相の順に変化する。
【００２７】
一方、液晶層に印加した電界強度を急激にゼロにした場合には、プレーナー相とフォーカルコニック相はそのままの状態を維持し、ホメオトロピック相はプレーナー相に相変化する。従って、パルス信号を印加した直後のコレステリック液晶層は、図６に示すようなスイッチング挙動を示し、印加されたパルス信号の電界強度が、▲１▼以上のときには、ホメオトロピック相からプレーナー相に相変化した選択反射状態となり、▲２▼と▲３▼の間のときには、フォーカルコニック相による透過状態となり、▲４▼以下のときには、パルス信号印加前の状態を継続した状態、すなわちプレーナー相による選択反射状態またはフォーカルコニック相による透過状態となる。
【００２８】
ここで，パルス電界などで短時間だけ電圧を印加した場合における前記コレステリック液晶ａの選択反射率と印加電圧の関係をまとめると、図５に示すようなグラフになる。電界を印加しないときはグランジャン組織のため選択反射率が高い。低電界を印加した場合はフォーカルコニック組織となり選択反射率が低くなる。高電界を印加した場合はネマチック構造となり選択反射率が低くなるが、メモリ性がないため、すぐにグランジャン組織に相変化し、結果として選択反射率が高くなる。従って、この原理を用いれば、コレステリック液晶ａの選択反射色の可逆的な表示、消去がパルス電界を利用して容易にできる。また、選択反射波長および相変化しきい電界の異なる複数種類のコレステリック液晶ａを含んでいる場合は、印加電圧によって様々な色を表示することができる。
【００２９】
図５において、３種類のコレステリック液晶ａ（ａ１  ，ａ２  ，ａ３  ）の相変化しきい電界に応じた電界強度をＥ１〜Ｅ６とする。Ｅ１以上でかつＥ２以下の電界強度を印加するとコレステリック液晶（第１反射率特性）ａ１  のみがフォーカルコニック組織に相変化し、選択反射率が低くなる。従ってコレステリック液晶（第２反射率特性）ａ２  及びコレステリック液晶（第３反射率特性）ａ３  の選択反射色が表示される。また、Ｅ２以上でかつＥ３以下の電界強度を印加するとコレステリック液晶（第１反射率特性）ａ１  及びコレステリック液晶（第２反射率特性）ａ２  がフォーカルコニック組織に相変化し、選択反射率が低くなる。従ってコレステリック液晶（第３反射率特性）ａ３の選択反射色のみが表示される。
【００３０】
コレステリック液晶（第１反射率特性）ａ１  のみの単色表示をする場合はＥ４以上でかつＥ５以下の電界強度を印加すればよい。コレステリック液晶（第２反射率特性）ａ２  のみの単色表示をする場合はパルス電界を２回印加すればよい。すなわち、Ｅ５以上でかつＥ６以下の電界強度を印加する。この状態ではコレステリック液晶（第１反射率特性）ａ１  及びコレステリック液晶（第２反射率特性）ａ２  の選択反射色か表示される。次にＥ１以上でかつＥ２以下の電界強度を印加するとコレステリック液晶（第１反射率特性）ａ１  がフォーカルコニック組織に相変化し、選択反射率が低くなる。コレステリック液晶（第３反射率特性）ａ３  は１回目の電界印加（Ｅ５以上でかつＥ６以下の電界強度）でフォーカルコニック組織になり、２回目の電界印加（Ｅ１以上でかつＥ２以下の電界強度）では印加電圧が低いため相変化が起こらないので、選択反射率が低い。従って、異なるパルス電界を２回印加することにより、コレステリック液晶（第２反射率特性）ａ２  のみの単色表示ができる。
【００３１】
黒色の表示はＥ３以上でかつＥ４以下の電界強度を印加することで、すべてのコレステリック液晶ａの選択反射率を低くすればよい。画像表示媒体中のコレステリック液晶ａの選択反射率のピークが青色領域である４００〜５００ｎｍにあるもの、緑色領域である５００〜６００ｎｍにあるもの、赤色領域である６００〜７００ｎｍにあるものを含んでいる場合、ＲＧＢのフルカラー表示をすることができる。この場合、３色の光を反射させることで白色表示ができる。また、４００ｎｍ以下または７００ｎｍ以上の不可視領域に選択反射率のピークを有すコレステリック液晶ａを含んだ場合は、表示媒体中に不可視情報を書き込むことができる。
【００３２】
上記構成によれば、表示ユニットＡが個々に独立しているため、塗工などの簡便な方法での製造が可能である。例えば、表示ユニットＡを液体中に分散させ、これをシート状支持体上に塗工することによる製造、あるいは網目状支持体上に広げ、液を取り除くことによって表示ユニットＡ，Ａ同士を絡み合わせてシート状にすることによる製造が可能である。製造の際、表示ユニットＡを一定の方向に向けておけば、表示ユニットＡを平行に配置すること、それを直交（垂直）方向に積層すれば、格子状に表示領域を形成することも可能である。
【００３３】
また、封入用の高分子分散型のコレステリック液晶ａは任意に選定することができる。表示ユニットＡとしての中空筒体１の作製法として、溶融紡糸法などを利用すれば、膨潤による球状空隙の形成に比べ、高い精度で中空筒体１又は独立中空筒体２を形成することができる。これによって、良好な画像の形成が可能になる。図１及び図２に示すように、いわゆる凸レンズ効果により、内部の表示素子（高分子分散型のコレステリック液晶ａ）を実際より太く見せることができるので、表示領域全体に占める、見かけ上の表示素子の面積が大きくなり、結果として良好なコントラストを得ることが可能になる。
【００３４】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、画像表示媒体として中空筒体１又は独立中空筒体２内の高分子分散型のコレステリック液晶ａを用いたことから、カラー記録層を容易な方法で作製することができる利点がある。
【００３５】
請求項１の表示ユニットＡによれば、高分子分散型のコレステリック液晶ａを用いた仕切りタイプであり、１画素で多色表示が可能になり、表示面の輝度を向上することができる。また、青色、緑色、赤色の選択反射色を利用することから、フルカラーの表示ができる。さらに、不可視領域の選択反射色を利用することから、画像表示媒体に不可視情報を付加することができる。また、青色、緑色、赤色の選択反射色を同時に発色することから、コントラストの高い良好な白色表示をすることができる。
【００３６】
また、請求項２の表示ユニットＡによれば、独立タイプであり、外部電界によって各色を独立して制御することから、３色以上の表示が容易にできる。他の効果は請求項１と同様である。
【００３７】
さらに、請求項４の発明の表示装置においては、印刷物のように目になじみ易く、また、外光による目の疲労のない受光型の表示装置を容易に製造することができ、更には、画像情報を正確に再現できる表示媒体が得られるので、産業界への寄与が大である。さらに、受光型であるため印刷物のように目になじみ易く、また、外光によるちらつきを原因とする目の疲労のない表示装置として期待されたものである。さらに、本発明の表示装置では、高分子分散型のコレステリック液晶ａを用い、中空筒体１又は独立中空筒体２を用いることにより、記録層の耐久性を向上させることができる利点もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）は本発明の第１実施形態の略示図
（Ｂ）は（Ａ）の要部拡大断面図
【図２】（Ａ）は本発明の第２実施形態の略示図
（Ｂ）は（Ａ）の要部拡大断面図
【図３】（Ａ）は表示装置の略示斜視図
（Ｂ）は中空筒体の断面斜視図
【図４】（Ａ）はコレステリック液晶の相変化のプレーナー相の状態図
（Ｂ）はコレステリック液晶の相変化のフォーカルコニック相の状態図
（Ａ）はコレステリック液晶の相変化のホメオトロピック相の状態図
【図５】３種類のコレステリック液晶の印加電界強度と選択反射率の関係グラフ
【図６】３種類のコレステリック液晶の代表的な印加電界強度と選択反射率の関係グラフ
【符号の説明】
１…中空筒体
２…独立中空筒体
ａ…コレステリック液晶
ａ１  …コレステリック液晶（第１反射率特性）
ａ２  …コレステリック液晶（第２反射率特性）
ａ３  …コレステリック液晶（第３反射率特性）
【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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