(57)【要約】【課題】均一な電子放出を得る多数の電子源を所望の配置で形成した自発光型平面表示装置とその製造方法を提供する。【解決手段】カソード電極１０２の上に一様な厚みで印刷したナノチューブの混合ペーストを金型で個々の電子源形状としたものを、焼成してカーボンナノチューブの積み重ねから形成された微小な略円錐形とし、この略円錐形電子源１０７はその表面にカーボンナノチューブ１０８が起毛している構成を有する。【選択図】        図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
背面基板上に、第１の方向に延在し第１の方向と交差する第２の方向に並設され、ナノチューブからなる多数の電子源を有する複数のカソード電極と、前記カソード電極とは絶縁層を介して前記第２の方向に延在し第１の方向に並設されて前記電子源からの電子の取り出しを制御する複数のゲート電極を備え、前記カソード電極と前記ゲート電極の交差部に形成される多数の画素で表示領域を構成する背面パネルと、
前記背面パネルの表示領域に有する前記電子源から取り出される電子の励起で発光する複数色の蛍光体層とアノード電極を有する前面パネルとを具備する自発光型平面表示装置であって、
前記電子源は、前記カソード電極の上に一様な厚みで印刷したナノチューブの混合ペーストを金型で個々の電子源形状としたものを焼成して前記ナノチューブの積み重ねから形成された微小な凸形状を呈することを特徴とする自発光型平面表示装置。
【請求項２】
前記電子源の凸形状が略円錐形であることを特徴とする請求項１に記載の自発光型平面表示装置。
【請求項３】
前記凸形状の電子源の表面に前記ナノチューブが起毛していることを特徴とする請求項１または２に記載の自発光型平面表示装置。
【請求項４】
前記ナノチューブはカーボンナノチューブであることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の自発光型平面表示装置。
【請求項５】
背面基板上に、第１の方向に延在し第１の方向と交差する第２の方向に並設され、ナノチューブからなる多数の電子源を規則的に配列した複数のカソード電極と、前記カソード電極とは絶縁層を介して前記第２の方向に延在し第１の方向に並設されて前記電子源からの電子の取り出しを制御する複数のゲート電極を備え、前記カソード電極と前記ゲート電極の交差部に形成される多数の画素で表示領域を構成する背面パネルと、
前記背面パネルの表示領域に有する前記電子源から取り出される電子の励起で発光する複数色の蛍光体層とアノード電極を有する前面パネルとを具備する自発光型平面表示装置の製造方法であって、
前記背面基板上に、導電性粒子および固着剤を混合したカソード材料ペーストを印刷する工程と、
印刷した前記カソード材料ペーストを焼成し、硬化してカソード電極とする工程と、
硬化したした前記カソード電極上にナノチューブを含有した有機化合物からなる電子源ペーストの印刷膜を一様の厚みに形成する工程と、
前記電子源ペーストの印刷膜に前記電子源の前記規則的な配列に対応した凹部を予め形成した金型を押し付け、前記金型の凹部の形状を凸部として反転転写する工程と、
前記凸部を焼成して前記有機化合物を選択的に燃焼させて凸形状に積み重ねたナノチューブからなる電子源を形成する工程と、
を含むことを特徴とする自発光型平面表示装置の製造方法。
【請求項６】
前記電子源が円錐形状であることを特徴とする請求項５に記載の自発光型平面表示装置の製造方法。
【請求項７】
前記ナノチューブはカーボンナノチューブであることを特徴とする請求項５または６に記載の自発光型平面表示装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、真空中への電子放出を利用した表示装置に係り、特に、ナノチューブで構成した電子源を有するカソード電極とこの電子源からの電子の放出量を制御するゲート電極を備えた背面パネルから取り出された電子の励起で発光する複数色の蛍光体層とアノード電極を有する前面パネルとを具備した自発光型平面表示装置とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高輝度、高精細に優れたディスプレイデバイスとして従来からカラー陰極線管が広く用いられている。しかし、近年の情報処理装置やテレビ放送の高画質化に伴い、高輝度、高精細の特性をもつと共に軽量、省スペースの平面型表示装置の要求が高まっている。
【０００３】
その典型例として液晶表示装置、プラズマ表示装置などが実用化されている。また、特に、高輝度化が可能なものとして、電子源から真空への電子放出を利用した電子放出型表示装置、または電界放出型表示装置や、低消費電力を特徴とする有機ＥＬディスプレイなど、種々の型式のパネル型表示装置の実用化も近い。なお、補助的な照明光源を必要としないプラズマ表示装置、電子放出型表示装置あるいは有機ＥＬ表示装置を自発光型平面表示装置と称する。
【０００４】
このような平面型の表示装置のうち、上記電界放出型の表示装置には、Ｃ．Ａ．Ｓｐｉｎｄｔらにより発案されたコーン状の電子放出構造をもつもの、メタル−インシュレータ−メタル（ＭＩＭ）型の電子放出構造をもつもの、量子論的トンネル効果による電子放出現象を利用する電子放出構造（表面伝導型電子源とも呼ばれる）をもつもの、さらにはダイアモンド膜やグラファイト膜、カーボンナノチューブに代表されるナノチューブなどが持つ電子放出現象を利用するもの、等が知られている。
【０００５】
自発光平面型表示装置の一例である電界放出型の表示装置は、内面に電界放出型の電子源と制御電極であるゲート電極を形成した背面パネルと、この背面パネルと対向する内面に複数色の蛍光体層とアノード電極（陽極）とを備えた前面パネルの両者の内周縁に封止枠を介挿して封止し、当該背面パネルと前面パネルおよび封止枠で形成される内部を真空にして構成される。背面パネルは、ガラスあるいはアルミナ等を好適とする背面基板の上に、第１の方向に延在しこの第１の方向と交差する第２の方向に延在し第１の方向に並設されて電子源をもつ複数の陰極配線と、第２の方向に延在し第１の方向に並設して設けたゲート電極を有する。そして、カソード電極とゲート電極との間の電位差で電子源からの電子の放出量（放出のオン・オフを含む）を制御する。
【０００６】
また、前面パネルはガラス等の光透過性の材料で形成された前面基板の上に蛍光体層とアノード電極を有する。封止枠は背面パネルと前面パネルとの内周縁にフリットガラスなどの接着材で固着される。背面パネルと前面パネルおよび封止枠で形成される内部の真空度は、例えば１０−５〜１０−７Ｔｏｒｒである。表示面サイズが大きいものでは、背面パネルと前面パネルの間に間隙保持部材（スペーサ）を介挿して固定し、両基板間の間を所定の間隔に保持している。
【０００７】
なお、ナノチューブとしての典型例であるカーボンナノチューブを電子源とした自発光型平面表示装置に関する従来技術を開示したものとして、「非特許文献１」等、数多く報告されている。
【０００８】
【非特許文献１】
Ｅｕｒｏｄｉｓｐｌａｙ  ２００２  Ｄｉｇｅｓｔ  ｐｐ．２２９−２３１（ｐａｐｅｒ  １２−４）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
カーボンナノチューブ等のナノチューブを利用した電子放出素子、およびそれを用いた自発光型平面表示装置は数多く報告されている。前記「非特許文献１」にはフォトリソグラフィープロセスを用いて形成したカーボンナノチューブ電子源で公称５型の自発光型平面表示装置を作成した例が開示されている。このようなナノチューブをフォトリソグラフィープロセスによって形成した電子源を用いた自発光型平面表示装置では、概してナノチューブがカソード電極上で横に寝ているため、起毛状態にあるナノチューブの数が極めて少ない。従来は、研磨等の機械的な処理でナノチューブを垂直方向に起毛させることが行われている。この方法では、ナノチューブを一定の間隔で垂直方向に配列させることは困難であり、またカソード電極の面内に寝ているナノチューブを起毛させるために、印刷面を機械的に研磨する方法が多く用いられている。
【００１０】
しかしながら、印刷面の表面には凹凸があり、上記のような研磨では窪んだ部分にあるナノチューブを起毛させることが困難である。また、電子を放出させるための電界がナノチューブの配列に対して効果的にかからず、表示面内で均一な発光パターンを実現することは難しかった。そして、ナノチューブを電子源とした自発光型平面表示装置では、電子源に対して電子取り出し制御を行うためのゲート電極を設ける必要がある。そのため、ナノチューブはゲート電極よりも下層の窪み構造の底部に存在するのが一般的であり、このような構造を形成後に非接触でナノチューブを研磨し、起毛させることは困難である。
【００１１】
本発明の目的は、研磨等の処理を用いることなく、起毛したナノチューブを所定の配列でカソード電極上に形成し、表示面内で均一な発光パターンを実現した自発光型平面表示装置とその製造方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明による自発光型平面表示装置は、背面基板上に、第１の方向に延在し第１の方向と交差する第２の方向に並設され、ナノチューブからなる多数の電子源を有する複数のカソード電極と、前記カソード電極とは絶縁層を介して前記第２の方向に延在し第１の方向に並設されて前記電子源からの電子の取り出しを制御する複数のゲート電極を備え、前記カソード電極と前記ゲート電極の交差部に形成される多数の画素で表示領域を構成する背面パネルと、
前記背面パネルの表示領域に有する前記電子源から取り出される電子の励起で発光する複数色の蛍光体層とアノード電極を有する前面パネルとを具備する。そして、前記電子源が、前記カソード電極の上に一様な厚みで印刷したナノチューブの混合ペーストを金型で個々の電子源形状としたものを焼成して前記ナノチューブの積み重ねから形成された微小な凸形状を呈することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明は、前記電子源の凸形状が略円錐形であり、この凸形状の電子源の表面に前記ナノチューブが起毛していることを特徴とする。そして、本発明では、前記ナノチューブをカーボンナノチューブとするのが好適である。
【００１４】
上記電子源を印刷技術を用いて製作する。このとき、電子源としてカソード電極の上にナノチューブの混合ペーストを所定の厚みで印刷し、これを金型で個々の電子源の形状に成形した後、焼成することでナノチューブの積み重ねから形成された微小な凸形状を呈する電子源とした。
【００１５】
すなわち、本発明による自発光型平面表示装置の製造方法では、前記背面基板上に、導電性粒子および固着剤を混合したカソード材料ペーストを印刷する工程と、
印刷した前記カソード材料ペーストを焼成し、硬化してカソード電極とする工程と、
硬化した前記カソード電極上にナノチューブを含有した有機化合物からなる電子源ペーストの印刷膜を一様の厚みに形成する工程と、
前記電子源ペーストの印刷膜に前記電子源の前記規則的な配列に対応した凹部を予め形成した金型を押し付け、前記金型の凹部の形状を凸部として反転転写する工程と、
前記凸部を焼成して前記有機化合物を選択的に燃焼させて凸形状に積み重ねたナノチューブからなる電子源を形成する工程と、
を含む。
【００１６】
なお、本発明は上記の構成および後述する実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、本発明の技術思想を逸脱することなく種々の変形が可能であることは言うまでもない。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、カーボンナノチューブを電子源とした実施例の図面を参照して詳細に説明する。先ず、本発明の自発光型平面表示装置の製造方法から説明する。図１乃至図６は本発明の自発光型平面表示装置の製造方法を順を追って説明する模式図であり、特に電子源を配置する基板（所謂、背面基板）側の製造を説明するものである。図１に示したように、背面基板１０１の主面にカソード電極材料をスクリーン印刷し、これを焼成してカソード電極１０２を形成する。カソード電極材料としては銀ペーストを用いる。なお、ここでは電子源の製法を主眼としているので、このカソード電極１０２をスクリーン印刷以外の、例えば蒸着法あるいはスパッタ法でカソード電極１０２を形成してもよい。
【００１８】
次に、このカソード電極１０２の上に、カーボンナノチューブペースト膜１０３を所定の膜厚でスクリーン印刷して形成する（図２）。カーボンナノチューブペースト膜１０３は有機化合物を母体とし、その中にカーボンナノチューブを混入したものであるが、金属微粒子やガラス成分を添加させたものであってもよい。
【００１９】
そして、図３に示したように、予め用意した金型１０４をカーボンナノチューブペースト膜１０３に重ね合わせ、所定の圧力で当該金型１０４の下面がカソード電極１０２に当接するように押し付ける。図４は金型１０４の形状例を説明する下面図である。この金型１０４は、製作すべき電子源の規則的な配列に対応した多数の凹部１０５を有している。上記の押し付けにより、図３に示した状態で面状に塗布されたカーボンナノチューブペースト膜１０３の凹部以外の部分が、それぞれの直近の凹部１０５の中に押し込まれる。そして、金型１０４を取り去ることで、図５に示したように規則的に配列された円柱状のカーボンナノチューブペーストの塊１０６が得られる。この円柱状のカーボンナノチューブペーストの塊１０６は、例えば高さが１μｍ、直径が１μｍ、間隔が１μｍである。
【００２０】
次に、このカーボンナノチューブペーストの塊１０６を適当な温度で有機化合物を選択的に燃焼させる焼成を施すことで、図６に示したようなカーボンナノチューブからなる電子源１０７が得られる。図６（ａ）はカソード電極１０２上の電子源１０７の配列を示し、図６（ｂ）は図６（ａ）のＡ−Ａ’断面を示す。電子源１０７は、図６（ｂ）に示したように、焼成前では有機化合物中に混在していたカーボンナノチューブ１０８が焼成で有機化合物が消散し、カーボンナノチューブ１０８がカソード電極１０２上に積み重なった状態で、かつ円錐形を保持した状態で電子源として形成される。
【００２１】
この電子源は、上記焼成処理でその底部がカソード電極１０２に錨着し、かつカーボンナノチューブ同士が不織物様に絡まって円錐形を維持している。図６（ｂ）に示したように、多数のカーボンナノチューブ１０８は、カソード電極１０２上でそれらの端部が背面基板１０１に対して略上方に向いているため、カソード電極１０２と図示しないアノード電極との間に印加される電界が効率よく電子源１０７に印加される。そのため、この電界による電子放出は各電子源１０７で均一となり、後述する蛍光体層を有する前面基板と共に表示装置として組み立てた際に、面内で一様な発光を得ることができ、高画質の表示を達成できる。
【００２２】
次に、上記した電子源を備えた本発明による自発光型平面表示装置の一実施例を説明する。図７は本発明による自発光型平面表示装置の一実施例を説明する模式図で、斜め上から見た展開斜視図である。また、図８は図７の自発光型平面表示装置の全体構成を展開して説明する斜め下方から見た模式図である。図７と図８において、この自発光型平面表示装置は、背面パネル１と前面パネル２を封止枠３で貼り合わせて構成される。前面パネル１は、ガラスを好適とする前面基板１０１の主面上に前記した電子源を有する複数のカソード電極２０２と複数のゲート電極２０１を有する。カソード電極２０２は第１の方向に延在し第１の方向と交差する第２の方向に複数本並設されている。また、ゲート電極２０１は第２の方向に延在し第２の方向と交差する第１の方向に複数本並設されている。そして、カソード電極２０２とゲート電極２０１の交差部のそれぞれに画素が形成されている。カソード電極７０１には映像信号（図中、走査信号と表記）が印加され、ゲート電極７０２には選択信号（図中、ゲート信号と表記）が印加される。
【００２３】
前面パネル２を構成する前面基板２０３は透明ガラスを好適とし、その内面に複数の（ここでは、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色）蛍光体層２０３が第１の方向にストライブ状に塗布され、その上に透明導電膜としてアルミニウムを数十乃至数百ｎｍ厚に蒸着したアノード電極２０４を全面に形成してある。このアノード電極２０４には加速電圧が印加される。蛍光体層２０３は図示したようなストライブ状に限らず、各色毎にドット状としてもよい。なお、封止枠３は背面パネル１と前面パネル２の貼り合わせ内部を真空状態に保つ機能と共に対向面の間隙を所定値に維持する機能を有する。また、画面サイズが大きい場合には、封止枠３で封止される両パネル間にガラスビーズやプラスチックビーズもしくはフォトリソグラフィー法で形成したレジストからなる柱状スペーサを介在して対向面の間隙を所定値に保持することが行われる。なお、封止枠３もガラスとするのが好適である。
【００２４】
図９は本発明の自発光型平面表示装置を構成する背面パネルの構成例の模式的な説明図であり、図９（ａ）は平面図、図９（ｂ）は図９（ａ）の要部である一画素の構成を示す。背面パネル１を構成する背面基板１０１の表示領域２０６には、前記したカソード電極２０２とゲート電極２０１がマトリクス状に配置されている。カソード電極２０２とゲート電極２０１は図示しない絶縁層で電気的に絶縁されており、図９（ｂ）に示したように各交差部にカーボンナノチューブで形成した電子源２０７を有している。この電子源２０７はカソード電極２０２上に形成され、ゲート電極２０１に設けた制御開口（後述）から露呈している。
【００２５】
図１０は本発明の自発光型平面表示装置を構成する前面パネルの構成例の模式的な説明図であり、図１０（ａ）は平面図、図１０（ｂ）は図１０（ａ）の要部である蛍光体層の配列例を示す。なお、この蛍光体層の上面には前記したアノード電極が形成されているが、図示は省略した。前面パネル２は映像観察面であり、前面基板２０３は透明ガラスを好適とする。前面基板２０３の内面には、ストライプ状に繰り返し配列した３色の蛍光体３０１（赤）、３０２（緑）、３０３（青）を有し、各蛍光体３０１、３０２、３０３の境界には遮光層すなわちブラックマトリクス３０４が配置されている。各蛍光体３０１、３０２、３０３は前記したカーボンナノチューブからなる電子源を有する一画素（ここでは、カラーの副画素に相当）すなわちカソード電極とゲート電極の交差部のそれぞれと対向して配置される。これら蛍光体３０１、３０２、３０３とブラックマトリクス３０４からなる蛍光体層は次のようにして形成される。
【００２６】
先ず、前面基板２０３上に公知のリフトオフ法でブラックマトリクス３０４を形成する。次に、同じく公知のスラリー法を用い各蛍光体がブラックマトリクス３０４で区画されるように赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色の蛍光体を順に形成する。その上を覆って前記したアノード電極を形成する。
【００２７】
こうして製作した前面パネル２を前記の背面パネル１に対して電子源と蛍光体との位置決めを行い、封止枠３を介して重ね合わせ、フリットガラスで接着する。フリットガラスは前面パネル２、背面パネル１、封止枠３の各対向面の何れかあるいは双方に塗布され、４５０°Ｃで加熱し、その後の温度低下で硬化させる。両パネルと封止枠で構成される内部空間は図示しない排気管から真空引きした後、排気管を封じ切る。排気管は背面基板１０１の一部あるいは封止枠３の一部に設けるのが好ましい。そして、カソード電極に映像信号を、ゲート電極に制御信号を、アノード電極に陽極電圧（アノード電圧：高電圧）を与えることで所望の映像（画像）を表示させることができる。
【００２８】
次に、本発明による自発光型平面表示装置の第二実施例を背面パネルの製造プロセスを参照して説明する。図１１は背面パネルの要部構造を模式的に説明する平面図であり、２×２の画素部分を示す。図１１に示すように、背面基板１０１の主面上に下部ゲート電極４０２をスクリーン印刷で形成し、焼成する。下部ゲート電極４０２の幅Ｗ１は７００μｍ、間隔Ｄ１は１００μｍである。そして、この下部ゲート電極４０２の材料は銀ペーストであり、その印刷膜厚は焼成後に５μｍとなるようにする。この下部ゲート電極４０２を７２０本形成する。
【００２９】
図１２では、この下部ゲート電極４０２の上に絶縁層４０３をスクリーン印刷で形成し、焼成する。この絶縁層４０３には、下部ゲート電極４０２上で絶縁層開口４１０が開いた構造となっている。この絶縁層４０３の膜厚は、焼成後に１０μｍとなるようにする。
【００３０】
次に、図１３に示したように、スクリーン印刷で絶縁層４０２上に上部ゲート電極４０４とカソード電極４０５を同時に形成し、焼成する。上部ゲート電極４０４は図１２に示した絶縁層開口４１０を含んで、この絶縁層開口４１０よりも広い面積に形成され、絶縁層開口４１０で下部ゲート電極４０２と電気的に接続している。上部ゲート電極４０４の材料も銀ペーストであり、その膜厚は焼成後に５μｍとなるようにする。また、カソード電極４０５の幅Ｗ２は１００μｍ、間隔Ｄ２は１００μｍである。このようなカソード電極４０５のストライプ構造を１２８０×３本形成する。
【００３１】
図１４では、カソード電極４０５上にカーボンナノチューブペースト４０６をスクリーン印刷で形成する。カーボンナノチューブペースト４０６の印刷幅Ｗ３はカソード電極４０５の幅より狭く、またその長さＬは隣接する上部ゲート電極４０４の同方向長さよりも短く形成される。この後、前記図１乃至図６で説明した製造方法と同様の工程でカソード電極４０５の表面にカーボンナノチューブからなる略円錐形の電子源を複数形成する。
【００３２】
なお、以上の製造工程において、各工程での焼成は、各層の形成後毎に行うが、カーボンナノチューブペーストの印刷前の各層を印刷し、これを焼成後、カーボンナノチューブペーストを図５の形状に成形した後に比較的低温で再度焼成することも可能である。
【００３３】
本発明の各実施例により、電子源となるカーボンナノチューブに効率よく電界が集中するような幾何学的配置が実現できるため、１Ｖ／μｍ以下の低電界で、しかも面内で均一な電子放出特性を得ることができる。その結果、各画素の全電子放出領域における平均的な電子放出密度が１００万個／ｃｍ２  以上、さらには１０００万個／ｃｍ２  以上とすることが可能となる。これにより、面内で均一な輝度の表示を得ることができる。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、多数の微細な電子源を所望の配置で構成でき、面内で均一な電子放出特性を得ることを可能とした自発光型平面表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の自発光型平面表示装置の製造方法を説明する模式図である。
【図２】本発明の自発光型平面表示装置の製造方法を説明する図１に続く模式図である。
【図３】本発明の自発光型平面表示装置の製造方法を説明する図２に続く模式図である。
【図４】本発明の自発光型平面表示装置の製造方法を説明する図３に続く模式図である。
【図５】本発明の自発光型平面表示装置の製造方法を説明する図４に続く模式図である。
【図６】本発明の自発光型平面表示装置の製造方法を説明する図５に続く模式図である。
【図７】本発明による自発光型平面表示装置の一実施例を説明する模式図で、斜め上から見た展開斜視図である。
【図８】図７の自発光型平面表示装置の全体構成を展開して説明する斜め下方から見た模式図である。
【図９】本発明の自発光型平面表示装置を構成する背面パネルの構成例の模式的な説明図である。
【図１０】本発明の自発光型平面表示装置を構成する前面パネルの構成例の模式的な説明図である。
【図１１】本発明による自発光型平面表示装置の他の実施例の製造方法を説明する模式図である。
【図１２】本発明による自発光型平面表示装置の他の実施例の製造方法を説明する図１１に続く模式図である。
【図１３】本発明による自発光型平面表示装置の他の実施例の製造方法を説明する図１２に続く模式図である。
【図１４】本発明による自発光型平面表示装置の他の実施例の製造方法を説明する図１３に続く模式図である。
【符号の説明】
１・・・背面パネル、２・・・前面パネル、３・・・封止枠、１０１・・・背面基板、１０２・・・カソード電極、１０３・・・カーボンナノチューブペースト膜、１０４・・・金型、１０５・・・凹部、１０６・・・カーボンナノチューブペーストの塊、１０７・・・電子源、２０１・・・ゲート電極、２０２・・・カソード電極、２０３・・・前面基板、２０４・・・アノード電極、２０６・・・表示領域、２０７・・・電子源、２０５・・・蛍光体層、３０１・・・赤（Ｒ）蛍光体、３０２・・・緑（Ｇ）蛍光体、３０３・・・青（Ｂ）蛍光体、３０４・・・ブラックマトリクス。
【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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