(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一基板上に二つ以上の異なる分光特性を有する着色層が隣接して配列されてなる液晶表示装置用カラーフィルタにおいて、該着色層に含有するいずれの顔料も、白金−白金ロジウム１３％熱電対を測定子とした示差熱分析の昇温測定における７０〜１３０℃の範囲のピーク面積が顔料１ｍｇあたり１Ｖ・ｓ以下であることを特徴とする液晶表示装置用カラーフィルタ。
【請求項２】
請求項１記載の液晶表示装置用カラーフィルタと対向する基板と貼り合わされ、加熱後直ちに脱気した状態で液晶が封入されて製造されたことを特徴とする液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置用カラーフィルタ及び液晶表示装置に関するものであり、特に、耐湿性に優れた液晶表示装置の技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置は、時計、カメラ等の小面積のものから、コンピュータ端末表示装置、テレビ画像表示装置などの大面積のものまで広く使用されており、近年大面積の用途を中心としてカラー表示化が急速に進んでいる。液晶表示装置のカラー表示にはカラーフィルタが広く用いられておりカラー液晶表示装置の性能を決める重要な部材である。
【０００３】
従来の液晶表示装置用カラーフィルタの製造方法としては、例えば、染色法、インクジェット法、印刷法、フォトレジスト法、エッチング法などが知られている。その中で、フォトレジスト法は、色素と高分子結合体とを含む感光性着色組成物を基板上に塗布して着色層を設け、着色層をパータン露光、現像することで一色のパターンを形成する方法である。
【０００４】
このフォトレジスト法は、染色法と同様に各色毎にこの工程を繰り返し行うが、染色工程及び防染処理を必要としないため、工程数が染色法のそれに比べて簡単になるばかりでなく、分光特性のコントロールが容易である。さらに、解像度が高く、印刷法やインクジェット法では困難なより高精細なカラーフィルタを作製することが可能であり、近年、液晶表示装置用のカラーフィルタの製造において、主流になっている方法である。
【０００５】
このような液晶表示装置用カラーフィルタに用いる色素としては一般に耐熱性、耐光性、及び耐薬品性に優れることから顔料が多く使用されてきている。そして顔料を用いたカラーフィルタは液晶表示装置に組み込まれても、長期間変色、色ムラなどの表示不良を起こさないとされてきた。
【０００６】
しかし、最近になって、顔料を用いた液晶表示装置用カラーフィルタ、及びそれを用いた液晶表示装置でも使用環境によっては変色・色ムラなどの表示不良を生ずるものがあることが明らかとなってきた。具体的には高湿度下での変色・色ムラである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、耐湿性が極めて優れた液晶表示装置用カラーフィルタ、及びそれを用いた液晶表示装置を提供することを課題とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、同一基板上に二つ以上の異なる分光特性を有する着色層が隣接して配列されてなる液晶表示装置用カラーフィルタにおいて、該着色層に含有するいずれの顔料も、白金−白金ロジウム１３％熱電対を測定子とした示差熱分析の昇温測定における７０〜１３０℃の範囲のピーク面積が顔料１ｍｇあたり１Ｖ・ｓ以下であることを特徴とする液晶表示装置用カラーフィルタである。
【０００９】
また、本発明は、上記発明による液晶表示装置用カラーフィルタを用いた液晶表示装置において、該液晶表示装置用カラーフィルタが対向する基板と貼り合わされ、加熱後直ちに脱気した状態で液晶が封入されて製造されたことを特徴とする液晶表示装置である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
本発明者らは耐候性、特に耐湿性に優れる液晶表示装置用カラーフィルタを得るために、液晶表示装置用カラーフィルタの各構成材料について検討を行った結果、着色層に含有する色素として、白金−白金ロジウム１３％熱電対を測定子とした示差熱分析の昇温測定において７０〜１３０℃の範囲のピーク面積が色素１ｍｇあたり１Ｖ・ｓ以下である色素、すなわち、顔料または染料を用いた場合、極めて耐湿性に優れ、液晶表示装置に組み込まれたときに色ムラが生じない液晶表示装置用カラーフィルタが得られることを見出した。
【００１１】
示差熱分析の測定子として用いる熱電対にはいくつか種類があり、クロメル−アルメル熱電対、プラチネル熱電対、白金−白金ロジウム１０％熱電対、白金−白金ロジウム１３％熱電対などが代表的なものとして挙げられる。
いずれの熱電対を用いても同様な測定は可能であり特に問題はない。しかし、本発明では、測定装置の汎用性を鑑み、比較的高温まで可能であり汎用性が高い白金−白金ロジウム１３％熱電対を測定子として選択することとした。
【００１２】
白金−白金ロジウム１３％熱電対を測定子とした示差熱分析の昇温時に７０〜１３０℃の範囲に観測されるピーク面積、及び吸熱ピークは、主に化学吸着水の脱離によるものだと考えらる。この化学吸着水が脱離・再吸着する際に色素は吸光にシフトを生ずる。
この化学吸着水は常温・常圧下では色素に強く結合して安定な状態にあり、加熱により脱離しても１〜３分以内に再び吸着するため、通常の使用においては色ムラなどの原因となることはない。
【００１３】
しかし、液晶表示装置の製造工程においては、液晶の特性に悪い影響を与えないように液晶封入時に加熱後直ちに脱気が行われることが多い。したがって、このような色素を液晶表示装置用カラーフィルタに用いた場合、カラーフィルタは加熱後直ちに脱気下に置かれることになるため、加熱により脱離した水が色素に再吸着することができず、色素は不安定な状態のまま液晶表示装置に封入されることになる。
【００１４】
このようにして製造された液晶表示装置について、高湿度下の動作試験などの耐湿性試験を行うと、シール部からわずかな水分が侵入し、この水分が液晶表示装置に封入された不安定な状態にある色素に容易に吸着する。水分が吸着した色素は吸光のシフトを起こす。この吸着は液晶表示装置の周辺部から徐々に起こるため周辺部と中央部とで色の差、すなわち、色ムラが生ずることになる。
【００１５】
白金−白金ロジウム１３％熱電対を測定子とした示差熱分析の昇温測定にて７０〜１３０℃の範囲のピーク面積が色素１ｍｇあたり１Ｖ・ｓ以下である色素を用いることで、耐湿性に優れ、液晶表示装置に組み込まれたときに上記のよな変色・色ムラなどの表示不良を起こさない液晶表示装置用カラーフィルタを得ることが可能となる。
このピーク面積は、色素１ｍｇあたり１Ｖ・ｓ以下、好ましくは０Ｖ・ｓ、また、吸熱ピークの高さは、好ましくは色素１ｍｇあたり０μＶである。
【００１６】
本発明による液晶表示装置は、従来既知の構造を有するもので、通常の同一基板上に二つ以上の異なる分光特性を持つ着色層が隣接して配列されてなる液晶表示装置用カラーフィルタと対向基板とからなる液晶セルと通常のバックライト装置からなる。
【００１７】
図１は、本発明による液晶表示装置の一実施例の断面図である。図１に示す液晶表示装置（３０）は、対向電極（１４）、配向膜（１５）、偏光板（１６）が設けられ液晶表示装置用カラーフィルタ（１０）と、液晶（ＬＣ）と、対向基板（２０）とで構成されたものである。
液晶（ＬＣ）としては、通常ねじれネマチック液晶（ＴＮ）や超ねじれネマチック液晶（ＳＴＮ）が使用され、それぞれの駆動モードに応じて９０〜２７０度の範囲で液晶分子がねじれて配向される。
対向基板（２０）は、透明基板（２１）上に、画素電極（２２）が形成され、その上にラビング等の配向処理が施された配向膜（２３）が設けられ、透明基板（２１）の画素電極を形成した面の裏面には、偏光板（２４）が設けられているものである。
【００１８】
他方の透明基板（１１）上には、ブラックマトリックス（遮光パターン）（１３）を介して、着色層（１２）すなわち赤色着色層（１２１）、緑色着色層（１２２）、及び青色着色層（１２３）が形成され、本発明の液晶表示装置用カラーフィルタを構成している。
この液晶表示装置用カラーフィルタ（１０）上には、対向電極（１４）が設けられ、その上に配向膜（２３）と同様に配向処理が施された配向膜（１５）が設けられ、透明基板（１１）の着色層（１２）を形成した面の裏面には偏光板（１６）が設けられている。
これらにより構成される液晶表示装置（３０）の対向基板（２０）側に、バックライト装置（３１）が設けられている。
【００１９】
液晶表示装置用カラーフィルタの作製方法は、公知の染色法、インクジェット法、印刷法、フォトレジスト法、エッチング法など何れの方法で作製しても構わない。
しかし、高精細、分光特性の制御性及び再現性等を考慮すれば、顔料を透明な樹脂中に、光開始剤、重合性モノマーと共に適当な溶剤に分散させた感光性着色組成物を透明基板上に塗布し着色層を設け、着色層をパータン露光、現像することで一色の着色パターンを形成する工程を各色毎に繰り返し行って液晶表示装置用カラーフィルタを作製するフォトレジスト法がより好ましい。
【００２０】
この感光性着色組成物の調製は、顔料を透明な樹脂中に光重合剤、重合性モノマーと共に適当な溶剤に分散させて調製する。分散させる方法はミルベース、３本ロール、ジェットミル等様々な方法があり特に限定されるものではない。
用いる顔料は、上記白金−白金ロジウム１３％熱電対を測定子とした示差熱分析の昇温測定にて７０〜１３０℃の範囲のピーク面積が顔料１ｍｇあたり１Ｖ・ｓ以下、好ましくは０Ｖ・ｓ、または吸熱ピークの高さが好ましくは０μＶのものである。
【００２１】
得られた感光性着色組成物を用いて、上述の方法により同一基板上に二つ以上の異なる分光特性を持つ着色層が隣接して配列されてなる液晶表示装置用カラーフィルタを得る。
また、本発明による液晶表示装置は、液晶表示装置用カラーフィルタと、画素電極を形成した透明基板に配向膜を形成し、通常の方法で貼りあわせ、加熱後直ちに脱気して液晶を注入した後、封止することで得られる。
【００２２】
【実施例】
本発明を、具体的な実施例をあげて詳細に説明する。
＜実施例１＞
［感光性着色組成物の調製］
カラーフィルタの作製に用いる感光性着色組成物用の顔料には以下のものを使用した。
・赤色用顔料：Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ  Ｒｅｄ  ２５４（チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製「イルガーフォーレッド  Ｂ−ＣＦ」）、およびＣ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ  Ｒｅｄ  １７７（チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製「クロモフタールレッド  Ａ２Ｂ」）
・緑色用顔料：Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ  Ｇｒｅｅｎ  ３６（東洋インキ製造（株）製「リオノールグリーン  ６ＹＫ」）、およびＣ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ  Ｙｅｌｌｏｗ  １５０（バイエル社製「ファンチョンファーストイエロー  Ｙ−５６８８」）
・青色用顔料：Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ  Ｂｌｕｅ  １６（東洋インキ製造（株）製「リオノールブルーＥＳ」）
【００２３】
それぞれの顔料について示差熱分析を行った。測定にはセイコー電子工業（株）製ＳＳＣ５２００Ｈ熱分析システムのＴＧ／ＤＴＡ２２０示差熱熱重量同時測定装置を用いた。
それぞれの顔料を１０ｍｇアルミニウム製のパンに固く詰め、空のパンを参照として３０〜２３０℃を５℃／ｍｉｎ．の速度で昇温した。結果を図２〜図６に示す。
いずれの顔料についても７０〜１３０℃の範囲の面積が顔料１ｍｇあたり１Ｖ・ｓ以下、及び吸熱ピークの高さが１μＶ以下であった。
【００２４】
それぞれの顔料を用いて赤色、緑色、青色の感光性着色組成物を調製した。
（感光性赤色着色組成物）
下記組成の混合物を均一に攪拌混合した後、直径１ｍｍのガラスビースを用いて、サンドミルで５時間分散した後、５μｍのフィルタで濾過して赤色顔料の分散体を作製した。
・赤色顔料：Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ  Ｒｅｄ  ２５４            １８部
・赤色顔料：Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ  Ｒｅｄ  １７７              ２部
・アクリルワニス                                            １０８部
その後、下記組成の混合物を均一になるように攪拌混合した後、１μｍのフィルターで濾過して感光性赤色着色組成物を得た。
・上記分散体                                                １５０部
・トリメチロールプロパントリアクリレート                      １３部
（新中村化学（株）社製「ＮＫエステルＡＴＭＰＴ」）
・光開始剤（チバガイギー社製「イルガキュアー９０７」）          ３部
・増感剤（保土ヶ谷化学（株）社製「ＥＡＢ−Ｆ」）                １部
・シクロヘキサノン                                          ２５３部
【００２５】
（感光性緑色着色組成物）
組成は、それぞれ下記組成で，感光性赤色着色組成物と同様の方法で作製した。
・緑色顔料：Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ  Ｇｒｅｅｎ  ３６          １１部
・黄色顔料：Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ  Ｙｅｌｌｏｗ  １５０        ８部
・アクリルワニス                                            １０２部
・トリメチロールプロパントリアクリレート                      １４部
（新中村化学（株）社製「ＮＫエステルＡＴＭＰＴ」）
・光開始剤（チバガイギー社製「イルガキュアー９０７」）          ４部
・増感剤（保土ヶ谷化学社製「ＥＡＢ−Ｆ」）                      ２部
・シクロヘキサノン                                          ２５７部
【００２６】
（感光性青色着色組成物）
組成は、それぞれ下記組成で，感光性赤色着色組成物と同様の方法で作製した。
・青色顔料：Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ  Ｂｌｕｅ  １６            ６０部
・分散剤（ゼネカ社製「ソルスバーズ２００００」）                ６部
・アクリルワニス                                            ２００部
・トリメチロールプロパントリアクリレート                      １９部
（新中村化学（株）社製「ＮＫエステルＡＴＭＰＴ」）
・シクロヘキサノン                                          １３４部
・光開始剤（チバガイギー社製「イルガキュアー９０７」）          ４部
・増感剤（保土ヶ谷化学（株）社製「ＥＡＢ−Ｆ」）                ２部
・シクロヘキサノン                                          ２１４部
【００２７】
［カラーフィルタの作製］
得られた感光性着色組成物を用いて液晶表示装置用カラーフィルタを作製した。
ガラス基板に、感光性赤色着色組成物をスピンコートにより膜厚１．２μｍとなるように塗布した。乾燥の後、露光機にてストライプ状のパターン露光をし、アルカリ現像液にて９０秒間現像して、ストライプ形状の赤色着色層を得た。なお、アルカリ現像液は以下の組成からなる。
・炭酸ナトリウム                                          １．５重量％
・炭酸水素ナトリウム                                      ０．５重量％
・陰イオン系界面活性剤（花王・ペリレックスＮＢＬ）        ８．０重量％
・水                                                        ９０重量％
【００２８】
次に、感光性緑色着色組成物も同様にスピンコートにて膜厚が１．２μｍとなるように塗布。乾燥後、露光機にてストライプ状の着色層を前述の赤色着色層とはずらした場所に露光し現像することで、前述赤色着色層と隣接した緑色着色層を得た。
【００２９】
さらに、赤色、緑色と全く同様にして、感光性青色着色組成物についても膜厚１．２μｍで赤色、緑色の着色層と隣接した青色着色層を得た。これで、透明基板上に赤、緑、青の３色のストライプ状の着色層を持つ液晶表示装置用カラーフィルタが得られた。
【００３０】
［液晶表示装置の作製］
得られた液晶表示装置用カラーフィルタと画素電極を形成した透明基板を貼りあわせ、１９０℃に加熱後、直ちに脱気下で冷却し液晶を注入し、封止して本発明による液晶表示装置を得た。
【００３１】
得られた液晶表示装置について温度４０℃、湿度９５％の条件下で放置し耐湿性試験を行ったところ、図７〜図９に示すように中央部と周辺部で色の差がなくムラが認められないという極めて良好な耐湿性を示した。
【００３２】
＜比較例１＞
［感光性着色組成物］
カラーフィルタの作製に用いる感光性着色組成物用の色素には以下のものを使用した。
・赤色用顔料：Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ  Ｒｅｄ  ４８：１（東洋インキ製造（株）製「リオノールレッド  ２Ｂ」）
・緑色用顔料、青色用顔料は実施例１に同じ。
【００３３】
赤色用顔料Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ  Ｒｅｄ  ４８：１について示差熱分析を行った。用いた測定装置、方法は実施例１と同様とした。結果を図１０に示す。
１１０℃付近に、ピーク面積が顔料１ｍｇあたり３．４８Ｖ・ｓで、かつピーク高さが２．１μＶの吸熱ピークが観測された。同時に測定した熱重量分析から化学吸着水の数を見積もると顔料１分子に水１分子が吸着していることが確かめられた。
【００３４】
（感光性赤色着色組成物）
上記顔料を用いて赤色着色組成物を作製した。
下記組成の混合物を均一に攪拌混合した後、直径１ｍｍのガラスビースを用いて、サンドミルで５時間分散した後、５μｍのフィルタで濾過して赤色顔料の分散体を作製した。
・赤色顔料：Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ  Ｒｅｄ  ４８：１          ２０部
・アクリルワニス                                            １０８部
その後、下記組成の混合物を均一になるように攪拌混合した後、１μｍのフィルターで濾過して感光性赤色着色組成物を得た。
・上記分散体                                                  １５０部
・トリメチロールプロパントリアクリレート                        １３部
（新中村化学（株）社製「ＮＫエステルＡＴＭＰＴ」）
・光開始剤（チバガイギー社製「イルガキュアー９０７」）            ３部
・増感剤（保土ヶ谷化学（株）社製「ＥＡＢ−Ｆ」）                  １部
・シクロヘキサノン                                            ２５３部
【００３５】
［カラーフィルタの作製］
得られた感光性着色組成物を用いて液晶表示装置用カラーフィルタを作製した。感光性緑色着色組成物、感光性青色着色組成物については実施例１と同様のものを使用した。
ガラス基板に、上記感光性赤色着色組成物をスピンコートにより膜厚１．２μｍとなるように塗布した。乾燥の後、露光機にてストライプ状のパターン露光をし、アルカリ現像液にて９０秒間現像して、ストライプ形状の赤色着色層を得た。なお、アルカリ現像液は以下の組成からなる。
・炭酸ナトリウム                                          １．５重量％
・炭酸水素ナトリウム                                      ０．５重量％
・陰イオン系界面活性剤（花王・ペリレックスＮＢＬ）        ８．０重量％
・水                                                        ９０重量％
【００３６】
次に、感光性緑色着色組成物も同様にスピンコートにて膜厚が１．２μｍとなるように塗布。乾燥後、露光機にてストライプ状の着色層を前述の赤色着色層とはずらした場所に露光し現像することで、前述赤色着色層と隣接した緑色着色層を得た。
【００３７】
さらに、赤色、緑色と全く同様にして、感光性青色着色組成物についても膜厚１．２μｍで赤色、緑色の着色層と隣接した青色着色層を得た。これで、透明基板上に赤、緑、青の３色のストライプ状の着色層を持つ液晶表示装置用カラーフィルタが得られた。
【００３８】
［液晶表示装置の作製］
得られた液晶表示装置用カラーフィルタと画素電極を形成した透明基板を貼りあわせ、１９０℃に加熱後、直ちに脱気下で冷却し液晶を注入し、封止して本発明による液晶表示装置を得た。
【００３９】
得られた液晶表示装置について温度４０℃、湿度９５％の条件下で放置し耐湿性試験を行った。その結果、外周部にカラーフィルタの赤色着色層の色変化によるムラが発生した。図１１に耐湿試験後の赤色着色層の中央部と周辺部の色の比較を示す。中央部と周辺部で色差が最大でΔＥab＝１０程度と容易に視認できるものであった。
【００４０】
【発明の効果】
本発明は、同一基板上に二つ以上の異なる分光特性を有する着色層が隣接して配列されてなる液晶表示装置用カラーフィルタにおいて、該着色層に含有する色素が、白金−白金ロジウム１３％熱電対を測定子とした示差熱分析の昇温測定における７０〜１３０℃の範囲のピーク面積が色素１ｍｇあたり１Ｖ・ｓ以下であるので、耐湿性が極めて優れた液晶表示装置用カラーフィルタとなる。
【００４１】
また、本発明は、上記液晶表示装置用カラーフィルタを用いた液晶表示装置において、該液晶表示装置用カラーフィルタが対向する基板と貼り合わされ、加熱後直ちに脱気した状態で液晶が封入されて製造された液晶表示装置であるので、耐湿性が極めて優れた液晶表示装置となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による液晶表示装置の一実施例の断面図である。
【図２】Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ  Ｒｅｄ  １７７の示差熱熱重量同時分析測定結果である。
【図３】Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ  Ｒｅｄ  ２５４の示差熱熱重量同時分析測定結果である。
【図４】Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ  Ｇｒｅｅｎ  ３６の示差熱熱重量同時分析測定結果である。
【図５】Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ  Ｙｅｌｌｏｗ  １５０の示差熱熱重量同時分析測定結果である。
【図６】Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ  Ｂｌｕｅ  １５の示差熱熱重量同時分析測定結果である。
【図７】（ａ）、（ｂ）は、実施例１で作製した液晶表示装置の耐湿試験後の、赤色着色層の中央部と周辺部の色を比較した説明図である。
【図８】（ａ）、（ｂ）は、実施例１で作製した液晶表示装置の耐湿試験後の、緑色着色層の中央部と周辺部の色を比較した説明図である。
【図９】（ａ）、（ｂ）は、実施例１で作製した液晶表示装置の耐湿試験後の、青色着色層の中央部と周辺部の色を比較した説明図である。
【図１０】Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ  Ｒｅｄ  ４８：１の示差熱熱重量同時分析測定結果である。
【図１１】（ａ）、（ｂ）は、比較例１で作製した液晶表示装置の耐湿試験後の、赤色着色層の中央部と周辺部の色を比較した説明図である。
【符号の説明】
１１…透明基板
１２…着色層
１２１…赤色着色層
１２２…緑色着色層
１２３…青色着色層
１０…本発明による液晶表示装置用カラーフィルタ
１３…遮光パターン
１４…対向電極
１５…配向膜
１６…偏光板
２０…対向基板
２１…透明基板
２２…画素電極
２３…配向膜
２４…偏光板
３０…液晶表示装置
３１…バックライト
ＬＣ…液晶
【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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