(57)【要約】【課題】広い視角範囲で映り込みを抑制する光拡散性を有しながら、しかも特定の視角範囲において特に明るく見えるような反射体、およびこの反射体を用いた反射型液晶表示装置を得る。【解決手段】光反射性を有する複数の凹部を有し、凹部の内面は最深部を通過する縦断面を有する形状からなり、縦断面は、内面形状が第１曲線と第２曲線とを含み、第１曲線および第２曲線が凹状の弧であり、第１曲線の傾斜角の絶対値の平均値が、第２曲線の傾斜角の絶対値の平均値より大きく設定され、第２曲線の面で反射されることで基材表面に対する正反射の方向からずれた反射特性を有し、且つ、斜め上方から入射した入射光に対する反射光は、基材表面に対する垂直位置方向にシフトした反射特性を有し、３０°の入射角で外光を照射したときに、その受光角が１５°から４５°の範囲で高い反射率になるように設定される。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光反射性を有する複数の凹部を有し、前記凹部の内面は最深部を通過する縦断面を有する形状からなり、前記縦断面は、内面形状が第１曲線と第２曲線とを含み、前記第１曲線および第２曲線が凹状の弧であり、前記第１曲線の傾斜角の絶対値の平均値が、前記第２曲線の傾斜角の絶対値の平均値より大きく設定され、前記第２曲線の面で反射されることで基材表面に対する正反射の方向からずれた反射特性を有し、且つ、斜め上方から入射した入射光に対する反射光は、前記基材表面に対する垂直位置方向にシフトした反射特性を有し、３０°の入射角で外光を照射したときに、その受光角が１５°から４５°の範囲で高い反射率になるように設定されることを特徴とする反射体。
【請求項２】
基材表面に対する正反射の角度より小さい反射角度範囲の反射率の積分値が、正反射の角度より大きい反射角度範囲の反射率の積分値より大きいことを特徴とする請求項１に記載の反射体。
【請求項３】
基材表面に対する正反射の角度より小さい反射角度範囲に反射率の最大値を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の反射体。
【請求項４】
前記入射角の外光が、斜め上方から入射するように前記基材を斜めに設置した状態で観察する場合、複数の前記凹部における前記第２曲線を観察者に対して下側方向になるように配向することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の反射体。
【請求項５】
前記複数の凹部は、互いに不規則に隣接して配置され、各々の前記縦断面の方向が等しく、かつ、各々の前記第２曲線が単一方向に配向するように形成されたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の反射体。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の反射体が設けられたことを特徴とする反射型液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反射体および反射型液晶表示装置に係わり、特に反射光を特定の視角から観察したとき、他の視角より明るく見えるような反射特性を有する反射体およびこの反射体を用いた反射型液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置には大別して透過型と反射型とがある。この内、反射型液晶表示装置は照明を外光に依存したり、フロントライトを用いて視認するものであり、携帯型コンピュータ、電算機、デジタル時計、通信機器、ゲーム機、計測器、電子掲示板などの電子機器の表示部として多く用いられている。
前記反射型液晶表示装置は、一例を図８に示すように、液晶層３０を挟んで光透過性の表示側基板２０と光反射性の反射側基板１０とが対向配置されてなっている。表示側基板２０の外側面は表示面になっていて、反射側基板１０には反射層１２が形成されている。この反射型液晶表示装置において、表示面から入射した外光は表示側基板２０および液晶層３０を透過して反射側基板１０の反射層１２によって反射され、その反射光が再び液晶層３０を透過して表示面から出射することにより画像が視認される。
図８において反射側基板１０は下層から順に、ガラス基板１１、反射層１２、介在層１３、カラーフィルタ層１４、平坦化層１５、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）膜またはネサ膜などからなる透明電極１６、および配向層１７が積層され、また液晶層３０を挟んで表示面側に対向配置される表示側基板２０は、液晶層３０の側から順に配向層２１、絶縁層２２、ＩＴＯ膜またはネサ膜などからなる透明電極２３、ガラス基板２４、および光学変調層（偏光板、位相差板など）２５が積層されてなっている。
【０００３】
例示した液晶表示装置において、反射側基板１０のカラーフィルタ層１４はストライプ状に形成されたＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の着色膜が順次に平行配列されてなり、この各着色膜に対応してストライプ状の透明電極１６が平行配列されている。また表示側基板２０において透明電極２３は、前記反射側基板の透明電極１６と直交するように平行配列され、この表示側透明電極２３と反射側透明電極１６とが交差する液晶層３０の部分が各色に対応する画素を形成している。
また、この液晶表示装置においては、必要に応じて表示側基板２０のさらに外側にフロントライトが配置されるが（図示せず）、この場合フロントライトの光も、外光と同様に、表示側基板２０および液晶層３０を透過して反射側基板１０の反射層１２によって反射され、その反射光が再び液晶層３０を透過して表示面から出射する。
【０００４】
反射側基板１０の反射層１２は、大別して平滑反射型と拡散反射型とに分類できる。図９（ａ）に示す平滑反射型は、反射層１２（ａ）の反射面が平滑に仕上げられていて、表示面に垂直な法線を挟む光の入射角（絶対値）と出射角（絶対値）とが等しくなっている。従ってこの表示面を観察するとき、光源と視点との位置関係から表示面の明るさにムラが生じ、また光源や観察者の顔が映り込んで視認性を低下させるという問題が起こる。この問題を解決するために拡散反射型では、図９（ｂ）および図１０に示すように、反射層１２（ｂ）の反射面に多数の微細な凹凸（図１０では凹部３１…）が不規則に隣接して形成されている。このために拡散反射型では一定角度で入射した外光がこの反射層１２（ｂ）の表面で乱反射して反射光が拡散し、視点を移動しても明るさがあまり変わらず、映り込みも少ない、いわゆる広視野角の反射型液晶表示装置が得られる。
【０００５】
拡散反射型の反射層１２（ｂ）の材質、凹凸の形状や分布状態、凹凸の形成方法などについては、反射特性や生産性の観点から種々の提案がなされている。
凹凸の形成方法としては、例えば感光性樹脂層等からなる平板状の樹脂基材の表面にパターンマスクを通して光を照射し、現像処理によって隣接する多数の微細な球面状凹部３１…を形成し、凹部が形成された表面にアルミニウムや銀などを蒸着またはメッキして鏡面化する方法、またはアルミニウム板や銀板などの平滑な基材表面に半球状先端を有するポンチ（打刻具）を押入して隣接する多数の微細な球面状凹部３１…を形成する方法などが知られている。
前記凹部３１…の形状は従来から、深さが０．１μｍ〜３μｍの範囲内に分布する球面とされ、その相互距離は、隣接する凹部間のピッチ（中心間の距離）が５μｍ〜５０μｍの範囲内でばらつくように設定されている。
【特許文献１】特開平１１−５２３６７号公報
【特許文献２】特開平１１−５２１１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
卓上電算機や携帯式コンピュータなどの電子機器は、例えば卓上電算機の例を図１１（ａ）に、また携帯式コンピュータの例を図１１（ｂ）に示すように、観察者が実際に液晶表示装置の表示面を目視する際に表示面を斜め下方から観察する場合が多い。すなわち観察者の視点Ｏｂは、表示面に垂直な法線Ｘに対して角θだけ表示面の下方に傾斜している。
【０００７】
一方、反射型液晶表示装置においては、照明を外光に依存する場合が多く、その外光は偏光板などの光学変調層２５や、２層の透明電極１６，２３、液晶層３０、カラーフィルタ層１４、その他の層を往復して通過する間に大幅に減衰し、しかも拡散反射型では反射層１２（ｂ）によって入射光が広範囲に拡散されるので、観察する視点Ｏｂにおける表示画面は一般に相当に暗くなっている。このため外光が少ないと視認性が大幅に低下する。特に従来の反射型液晶表示装置では、できるだけ視角による明るさの変動を排除するように凹部の形状と配置とが設計されているので、法線Ｘに対して斜め下方という特定の視角範囲から観察する場合には十分な明るさが得られないという問題があった。また、フロントライトを用いる場合にも、外光と同様に、減衰や拡散の問題があるので、照明用の消費電力を徒に増加させることなく、特定視覚範囲の充分な明るさを確保することは、難しかった。
【０００８】
そこで、広い視角範囲で映り込みを抑制しながら、しかも特定の視角範囲において表示画面が特に明るく観察できるような反射型液晶表示装置が求められていた。
本発明は前記の課題を解決するためになされたものであって、従ってその目的は、広い視角範囲で映り込みを抑制する光拡散性を有しながら、しかも特定の視角範囲において特に明るく見えるような反射体、およびこの反射体を用いた反射型液晶表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記の課題を解決するために、本発明の請求項１に係る反射体は、光反射性を有する複数の凹部を有し、前記凹部の内面は最深部を通過する縦断面を有する形状からなり、前記縦断面は、内面形状が第１曲線と第２曲線とを含み、前記第１曲線および第２曲線が凹状の弧であり、前記第１曲線の傾斜角の絶対値の平均値が、前記第２曲線の傾斜角の絶対値の平均値より大きく設定され、前記第２曲線の面で反射されることで基材表面に対する正反射の方向からずれた反射特性を有し、且つ、斜め上方から入射した入射光に対する反射光は、前記基材表面に対する垂直位置方向にシフトした反射特性を有し、３０°の入射角で外光を照射したときに、その受光角が１５°から４５°の範囲で高い反射率になるように設定されることを特徴とする。
また、本発明の請求項２に係る反射体は、前記請求項１に記載の反射体において、基材表面に対する正反射の角度より小さい反射角度範囲の反射率の積分値が、正反射の角度より大きい反射角度範囲の反射率の積分値より大きいことを特徴とする。
また、本発明の請求項３に係る反射体は、前記請求項１又は２に記載の反射体において、基材表面に対する正反射の角度より小さい反射角度範囲に反射率の最大値を有することを特徴とする。
また、本発明の請求項４に係る反射体は、前記請求項１乃至３のいずれか一項に記載の反射体において、前記入射角の外光が、斜め上方から入射するように前記基材を斜めに設置した状態で観察する場合、複数の前記凹部における前記第２曲線を観察者に対して下側方向になるように配向することを特徴とする。
また、本発明の請求項５に係る反射体は、前記請求項１乃至４のいずれか一項に記載の反射体において、前記複数の凹部が、互いに不規則に隣接して配置され、各々の前記縦断面の方向が等しく、かつ、各々の前記第２曲線が単一方向に配向するように形成されたことを特徴とする。
また、請求項６に係る反射型液晶表示装置は、前記請求項１乃至５のいずれか一項に記載の反射体が設けられたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の反射体によれば、広い視角範囲で映り込みを抑制する光拡散性を有すると共に、観察者の通常の視角範囲における反射光量を大きくすることができる。本発明の反射体を装着した本発明の反射型液晶表示装置は、広い視角範囲で映り込みが抑制されると共に、表示面を特定の視角から観察するとき特に明るく見える視認性の改善された反射型液晶表示装置となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
次に本発明の実施の形態を図面を用いて具体的に説明するが、以下の実施形態は本発明を何ら制限するものではない。
図１は本実施形態の反射体を示す図である。図１に示すように、本実施形態の反射体１は、例えばアルミニウムからなる平板状の基材２の表面Ｓ（基準面）に多数の光反射性を有する凹部３ａ、３ｂ、３ｃ、…（一般に凹部３と称する）が互いに不規則に隣接して形成されている。
【００１２】
これらの凹部３は、斜視図を図２に、また断面図を図３に示すように、凹部３の特定縦断面Ｘにおける内面形状は、凹部の一の周辺部Ｓ１から最深点Ｄに至る第１曲線Ａと、この第１曲線Ａに連続して、凹部の最深点Ｄから他の周辺部Ｓ２に至る第２曲線Ｂとからなっている。これら両曲線は、最深点Ｄにおいて共に基材表面Ｓに対する傾斜角がゼロとなり、互いにつながっている。
第１曲線Ａの基材表面Ｓに対する傾斜角は第２曲線Ｄの傾斜角よりも急であって、最深点Ｄは凹部３の中心Ｏからｘ方向にずれた位置にある。すなわち、第１曲線Ａの基材表面Ｓに対する傾斜角の絶対値の平均値は、第２曲線Ｂの基材表面Ｓに対する傾斜角の絶対値の平均値より大きくなっている。凹部３ａ、３ｂ、３ｃ、…における第１曲線Ａの基材表面Ｓに対する傾斜角の絶対値の平均値は１〜８９゜の範囲で不規則にばらついている。また、凹部３ａ、３ｂ、３ｃ、…における第２曲線Ｂの基材表面Ｓに対する傾斜角の絶対値の平均値は０．５〜８８゜の範囲で不規則にばらついている。
両曲線の傾斜角は、いずれもなだらかに変化しているので、第１曲線Ａの最大傾斜角δmax（絶対値）は、第２曲線の最大傾斜角（絶対値）δｂよりも大きくなっている。また、第１曲線Ａと第２曲線Ｂとが接する最深点Ｄの基材表面に対する傾斜角はゼロとなっており、傾斜角が負の値である第１曲線Ａと傾斜角が正の値である第２曲線Ｂとは、なだらかに連続している。
本実施形態の反射体において、凹部３ａ、３ｂ、３ｃ、…におけるそれぞれの最大傾斜角δmaxは、２〜９０゜の範囲内で不規則にばらついている。しかし多くの凹部は最大傾斜角δmaxが４°〜３５°の範囲内で不規則にばらついている。
【００１３】
またこの凹部３は、その凹面が単一の極小点（傾斜角がゼロとなる曲面上の点）Ｄを有している。そしてこの極小点Ｄと基材の基材表面Ｓとの距離が凹部３の深さｄを形成し、この深さｄは、凹部３ａ、３ｂ、３ｃ、…についてそれぞれ０．１μｍ〜３μｍの範囲内で不規則にばらついている。
【００１４】
本実施形態においては、凹部３ａ、３ｂ、３ｃ、…における各特定縦断面Ｘは、いずれも同じ方向になっている。また、各々の第１曲線Ａが単一の方向に配向するように形成されている。すなわち、何れの凹部でも、図２、図３に示すｘの方向が同一になるように形成されている。
【００１５】
本実施形態の反射体１では、各々の第１曲線Ａが単一の方向に配向するように形成されているため、その反射特性は、図４に示すように、基材表面Ｓに対する正反射の方向からずれたものとなっている。すなわち、図４に示すように、ｘ方向の斜め上方からの入射光Ｊに対する反射光Ｋは、正反射の方向Ｋ０よりも、基材表面Ｓに対する方向Ｈにシフトした方向に明るい表示範囲がシフトしたものとなっている。
【００１６】
その結果、特定縦断面Ｘにおける総合的な反射特性としては、第２曲線Ｂ周辺の面によって反射される方向の反射率が増加したものとなる。したがって、特定の方向に反射光を適度に集中させた反射特性とすることができる。
すなわち、図５は本実施形態の反射装置１の表示面に、入射角３０°で外光を照射し、受光角を、表示面（基材表面）に対する正反射の方向である３０゜を中心として、垂線位置（０°）から６０°まで振ったときの受光角（θ°）と明るさ（反射率）との関係を示している。図５では、比較例として、従来から用いられている球面状凹部を有する反射体を用いた反射型液晶表示装置の受光角と反射率との関係も示した。
図５から明らかなように、比較例が受光角約１５°から約４５°までの範囲内でほぼ均等な反射率を示したのに対して、本実施形態の反射装置１では、基材表面Ｓに対する正反射の角度である３０゜より小さい反射角度範囲の反射率の積分値が、正反射の角度より大きい反射角度範囲の反射率の積分値より大きくなっている。すなわち、角度２０゜前後の視野において、充分な明るさを達成できるものである。
【００１７】
以上のように、本発明の反射体によれば、特定の視角範囲において特に明るく見えるような反射体とすることができる。また、本発明の反射体によれば、広い視角範囲で映り込みを抑制する光拡散性を有することも可能である。このような構成の反射体が設けられた本発明の反射型液晶表示装置によれば、広い視角範囲で映り込みが抑制されると共に、表示面を特定の視角から観察するとき特に明るく見える視認性の改善された反射型液晶表示装置となる。
【００１８】
また、本発明の反射体においては、斜め上方から入射した入射光に対する反射光は、正反射の方向よりも、基材表面に対する垂直位置にシフトした方向に明るい表示範囲がシフトした反射特性を有するものであってもよく、あるいは基材表面に対する正反射の角度より小さい反射角度範囲の反射率の積分値が、正反射の角度より大きい反射角度範囲の反射率の積分値より大きいものであってもよく、あるいは基材表面に対する正反射の角度より小さい反射角度範囲に反射率の最大値を有する反射特性を備えたものであってもよい。このような反射体によれば、観察者の通常の視野角が、正反射の方向とずれている場合に、当該通常の視野角の方向に重点的に光を反射可能な反射体とすることができる。
【００１９】
このような構成の反射体が設けられた本発明の反射型液晶表示装置によれば、通常、主として上方から入射する外光等を、観察者の足下方向よりも基材表面に対する法線方向にシフトさせることができる。このため、たとえば、携帯電話やノートパソコンの表示装置として使用した場合に、観察者の視線の方向に反射する光量が増加し、実用の視点において明るい画面の反射型液晶表示装置が実現する。
【００２０】
なお、正反射の方向は、表示面（基材の表面）に入射した入射光の入射角度と対称（対称軸は表示面に対する法線方向）になる角度（受光角）であり、入射角度が変わればこの正反射の方向（受光角）も変わる。
【００２１】
反射体１の製造方法は、特に限定するものではないが、例えば以下のように製造することができる。
まず、前記凹部の形状を凸面に変換した先端形状を有するポンチ（目打ち具）を作製し、このポンチの先端をアルミニウム基材に対向させ、ポンチのアルミニウム基材に対する相対的な配向方向を一定に保ったまま、打刻ストロークを不規則に変化させ、かつ打刻間隔を不規則に変化させて、アルミニウム基材の所定領域全面を打刻する。打刻ストロークは凹部の深さが所定範囲に入るように調節する。打刻間隔はモアレ模様が発生しないように調節する。
【００２２】
図６は、本実施形態の反射装置１を組み込んだ反射型液晶表示装置１００の層構成を示す断面図である。
図６においてこの反射型液晶表示装置１００は、液晶層３０を挟んで光透過性の表示側基板２０と光反射性の反射側基板１０とが対向配置されてなっている。表示側基板２０の外側面は表示面になっていて、反射側基板１０には反射体１が組み込まれている。
【００２３】
反射側基板１０は下層から順に、ガラス基板１１、反射体１、透明介在層１３、カラーフィルタ層１４、透明平坦化層１５、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）膜またはネサ膜などからなる透明電極１６、および配向層１７が積層され、また液晶層３０を挟んで表示面側に対向配置される表示側基板２０は、液晶層３０の側から順に配向層２１、絶縁層２２、ＩＴＯ膜またはネサ膜などからなる透明電極２３、ガラス基板２４、および光学変調層（偏光板、位相差板など）２５が積層されてなっている。
また、液晶層３０を挟む透明電極１６と透明電極２３とは、互いに直交するストライプ状に形成されていてその交点領域が画素となる単純マトリックス型の液晶装置を構成している。 
【００２４】
この反射型液晶表示装置１００において、反射体１は、各凹部３ａ、３ｂ、３ｃ、…の第１曲線Ａが、傾斜の緩やかな第２曲線Ｂよりもｘ方向側となるように装着されている。そして、このｘ方向を上側として、文字等の表示がなされるようになっている。
【００２５】
図７は、かかる液晶表示装置１００の使用状態を示す説明図である。なお、図７においては、説明の便宜上、反射型液晶表示装置１００の第１曲線Ａと第２曲線Ｂのみを図示し、その他の構成部材の図示を省略している。
このような反射型液晶表示装置１００は、ｘ方向を上にして携帯電話やノートパソコン等に組み込まれる。この場合反射型液晶表示装置１００は、通常、図７に示すようにｘ方向を斜め上方として、水平面に対して斜めに設置、又は保持される。すなわち、使用時において、それぞれの凹部における第１曲線Ａが、観察者から見て第２曲線Ｂよりも上方に位置するように設けられている。そして、観察者は、この反射型液晶表示装置１００を、水平よりも斜め上方から見下ろすのが通常である。
この場合、主として上方から入射する外光（入射光Ｊ）の反射光Ｋは、主として第２曲線Ｂ周辺の面で反射されるので、図５において説明したように、観察者の足下の方向には反射しにくくなり、正反射の方向Ｋ０よりも上の方向に重点的に反射するようになる。このため、観察者の通常の観察範囲と明るい表示範囲とが一致して、実用上、明るい表示装置を実現することができる。
【００２６】
図６に示した実施形態の反射型液晶表示装置は、反射体１を透明電極１６とは別の層として形成したが、透明電極１６自体を反射体１により形成し、かつ透明電極１６を図６の反射体１の位置に形成すれば、透明電極が反射体を兼ねることができて、反射型液晶表示装置の層構成が単純化される。
【００２７】
また前記反射体を例えばハーフミラーのような半透過半反射性基材で形成し、液晶パネルの背面に照明板を配置すれば、外光が明るいときは反射型となり、外光が暗くなったとき前記照明板を点灯すれば透過型として使用できる半透過半反射型液晶表示装置が得られる。この半透過反射型液晶表示装置も本発明に含まれるものである。 
【００２８】
また前記表示側基板２０の表示面側にフロントライトを設ければ、外光が明るいときは外光のみを利用し、外光が暗くなったとき前記フロントライトを点灯するようなフロントライト型の液晶表示装置が得られる。このフロントライト型の液晶表示装置も本発明に含まれるものである。
【００２９】
本発明の液晶駆動方式は特に限定されるものではなく、前記単純マトリックス型の他に、薄膜トランジスタまたは薄膜ダイオードを用いたアクティブマトリックス型、またはセグメント型などにも同様に適用が可能である。これらの液晶表示装置はいずれも本発明に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】実施形態の反射体の部分を示す斜視図。
【図２】実施形態の一凹部を示す斜視図。
【図３】前記凹部の特定縦断面における断面図。
【図４】実施形態の反射体の反射特性の説明図。
【図５】受光角と反射率との関係を示すグラフ。
【図６】実施形態の反射型液晶表示装置の層構成を示す断面図。
【図７】実施形態の反射型液晶表示装置の使用状態の説明図。
【図８】一般的な反射型液晶表示装置の一例を示す断面図。
【図９】（ａ）は平滑反射型、（ｂ）は拡散反射型液晶表示装置のそれぞれ反射側基板を示す断面図。
【図１０】従来の反射体の部分を示す斜視図。
【図１１】（ａ）は卓上電算機を、（ｂ）は携帯式コンピュータをそれぞれ目視する際の視角を示す斜視図。
【符号の説明】
【００３１】
１：反射体  ２：基材  ３、３ａ、３ｂ、３ｃ：凹部  １０：反射側基板  Ａ：第１曲線  Ｂ：第２曲線  Ｘ：特定縦断面 
【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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