(57)【要約】【課題】  表示品質の良好な液晶表示素子を提供する。【解決手段】  電極を備え、８８．５°〜８９．５°のプレティルト角を備える第１及び第２基板と、両基板間に挟持され、電圧無印加時には両基板にほぼ垂直に配向し、電圧印加時には、１６０°以上２４０°以下のねじれ角でねじれ構造を形成する液晶分子材料を含む、厚さｄの液晶層であって、カイラルピッチｐのカイラル材を含み、ｄ／ｐが０．２〜０．７４である液晶層と、第１基板の液晶層とは反対側の面に向き合うように配置され、透過軸の方向が第１方向である第１偏光板と、第２基板の液晶層とは反対側の面に向き合うように配置され、かつ、第１及び第２基板の法線方向から見たとき、透過軸の方向が、第１方向と８５°〜９５°の角度をなす第２方向である第２偏光板と、第１基板と第１偏光板との間、第２基板と第２偏光板との間の少なくとも一方に、第１及び第２偏光板と面内方向が相互に略平行となるように配置された光学異方性板とを有する液晶表示素子を提供する。【選択図】          図３
2007264461.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極を備え、８８．５°以上８９．５°以下のプレティルト角を付与する配向処理の施された第１の基板と、
前記第１の基板と略平行に対向配置され、電極を備え、８８．５°以上８９．５°以下のプレティルト角を付与する配向処理の施された第２の基板と、
前記第１の基板と前記第２の基板との間に挟持され、前記第１及び第２の基板に施された配向処理にしたがって、電圧無印加時には、前記第１及び第２の基板にほぼ垂直に配向し、電圧印加時には、１６０°以上２４０°以下のねじれ角でねじれ構造を形成する液晶分子材料を含む、厚さがｄの液晶層であって、カイラルピッチがｐのカイラル材を含んで構成され、ｄ／ｐが０．２以上０．７４以下である液晶層と、
前記第１の基板の前記液晶層とは反対側の面に向き合うように配置され、透過軸の方向が第１の方向である第１の偏光板と、
前記第２の基板の前記液晶層とは反対側の面に向き合うように配置され、かつ、前記第１及び第２の基板の法線方向から見たとき、透過軸の方向が、前記第１の方向と８５°以上９５°以下の角度をなす第２の方向である第２の偏光板と、
前記第１の基板と前記第１の偏光板との間、前記第２の基板と前記第２の偏光板との間の少なくとも一方に、前記第１及び第２の偏光板と面内方向が相互に略平行となるように配置された光学異方性板と
を有する液晶表示素子。
【請求項２】
前記液晶分子材料の複屈折率をΔｎとするとき、Δｎと前記液晶層の厚さｄとの積である、リタデーションΔｎ・ｄが５８０ｎｍ以上である請求項１に記載の液晶表示素子。
【請求項３】
前記光学異方性板は負の一軸光学異方性を有し、前記光学異方性板が、前記第１の基板と前記第１の偏光板との間、または、前記第２の基板と前記第２の偏光板との間のどちらか一方に配置される請求項１または２に記載の液晶表示素子。
【請求項４】
前記光学異方性板が、遅相軸が相互に直交するように配置された２枚の正の一軸光学異方性板を含んで構成され、前記光学異方性板は、前記第１の基板と前記第１の偏光板との間、または、前記第２の基板と前記第２の偏光板との間のどちらか一方に配置される請求項１または２に記載の液晶表示素子。
【請求項５】
前記光学異方性板は負の二軸光学異方性を有し、前記光学異方性板が、前記第１の基板と前記第１の偏光板との間、または、前記第２の基板と前記第２の偏光板との間のどちらか一方に配置される請求項１または２に記載の液晶表示素子。
【請求項６】
前記光学異方性板が、正の一軸光学異方性を有する光学異方性板と、負の一軸光学異方性を有する光学異方性板とを含んで構成され、前記光学異方性板は、前記第１の基板と前記第１の偏光板との間、または、前記第２の基板と前記第２の偏光板との間のどちらか一方に配置される請求項１または２に記載の液晶表示素子。
【請求項７】
前記光学異方性板が、負の二軸光学異方性を有する光学異方性板と、負の一軸光学異方性を有する光学異方性板とを含んで構成され、前記光学異方性板は、前記第１の基板と前記第１の偏光板との間、または、前記第２の基板と前記第２の偏光板との間のどちらか一方に配置される請求項１または２に記載の液晶表示素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示素子、殊に垂直配向型の液晶表示素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
２枚の透明基板と、その間に挟持された液晶層とをもち、基板と液晶層との境界面に、液晶分子を垂直、または垂直から若干傾斜して配列させる、いわゆる垂直配向型の液晶表示素子（ｌｉｑｕｉｄ  ｃｒｙｓｔａｌ  ｄｉｓｐｌａｙ；ＬＣＤ）は、電圧無印加状態で正面観察した場合における液晶層のリタデーションが０またはほぼ０であるため、液晶セルの外側に、偏光板をクロスニコル配置すると、クロスニコル配置した２枚の偏光板自体の消光性能により、良好な黒表示特性を有するノーマリブラックタイプの表示素子を作製することが可能である。
【０００３】
良好な視角特性を有する垂直配向型ＬＣＤの一例として、一つの画素に複数の配向方向を有するように液晶分子配向を制御する、マルチドメイン化された垂直配向型ＬＣＤが知られている。
【０００４】
マルチドメイン化は、たとえば基板内面に配置される電極にスリットを設け上下基板間に斜め方向の電界を発生させるようにしたり（たとえば、特許文献１参照）、基板面内に突起物を形成したりして（たとえば、特許文献２参照）実現される。
【０００５】
これらのマルチドメイン化手法は、基板表面にラビング処理などの積極的な配向処理を行う必要がないが、画素内にスリットや突起物を配置するため、開口率が減少し、ＬＣＤの光透過率が低下するという欠点がある。
【０００６】
開口率の減少が回避され、光透過率の低下が抑止された垂直配向型ＬＣＤの一例として、従来のＴＮ−ＬＣＤなどと同様な電極構造で基板表面突起がないかわりに、積極的な一様配向処理を行い、均一なプレティルト角をもつモノドメインプレティルト垂直配向型ＬＣＤが知られている。
【０００７】
図７は、モノドメインプレティルト垂直配向型ＬＣＤを示す概略的な分解斜視図である。
【０００８】
モノドメインプレティルト垂直配向型ＬＣＤは、一対の基板（上側基板３１及び下側基板３２）と、その間に挟持される液晶層３９とを含んで構成される。上側基板３１及び下側基板３２は、それぞれ、たとえば平板なガラス基板である上側及び下側透明基板３３，３４、上側及び下側透明基板３３，３４の対向面上に、ＩＴＯ（ｉｎｄｉｕｍ  ｔｉｎ  ｏｘｉｄｅ）等の透明導電材で形成され、所定のパタンを有する上側及び下側透明電極３５，３６、上側及び下側透明電極３５，３６を覆うように形成される上側及び下側垂直配向膜３７，３８とを含んで構成される。
【０００９】
一対の基板（上側基板３１及び下側基板３２）は、両垂直配向膜３７，３８が向き合うように略平行に対向配置され、両垂直配向膜３７，３８間に、液晶層３９が挟持される。両透明電極３５，３６間には、電圧印加手段４３が接続されており、電圧印加手段４３により両透明電極３５，３６間の液晶層３９に任意の電圧を印加することができる。なお、図７には、両透明電極３５，３６間に電圧を印加していないときの液晶層３９の状態を示した。
【００１０】
上側または下側または両側の垂直配向膜３７，３８には、一様な配向処理（均一なプレティルト角の付与）が施されている。これにより、無欠陥のモノドメインＬＣＤが構成される。
【００１１】
配向処理の方法には、（ｉ）ＳｉＯ２無機金属酸化物の斜方蒸着や、インラインスパッタ成膜による異方的表面基板形状による方法（たとえば、特許文献３参照）、更にその形成後、その表面上に界面活性剤膜などを形成し、それを配向膜として用いる方法（たとえば、特許文献４参照）、（ｉｉ）感光性垂直配向膜に紫外線を膜面に対して斜め方向から照射する光配向法（たとえば、特許文献５参照）、（ｉｉｉ）適切な表面自由エネルギを有する垂直配向膜に対して、適当な条件によってラビング処理を施す方法等がある。
【００１２】
一対の基板（上側基板３１及び下側基板３２）の外側に、略平行に、上側及び下側偏光板４１，４２が、クロスニコル状態に配置される。矢印で、各偏光板４１，４２の透過軸の方向を示してある。各偏光板４１，４２は、透過軸の方向に偏光する光だけを透過させる。
【００１３】
電圧無印加時においては、素子法線上の下方から入射する光は、下側偏光板４２により矢印方向と平行な方向に偏光し、液晶層３９をそのまま透過して、上側偏光板４１に遮られる。このため、垂直配向型ＬＣＤは「黒」を表示する。
【００１４】
電圧印加時にあっては、電圧無印加時から液晶分子３９ａの配向状態が変化し、下側偏光板４２側から入射した光は、上側偏光板４１の透過軸方向の成分を有するようになり、上側偏光板４１を透過する。このため、「白」を表示する。
【００１５】
なお、ここで、図示するように、上側基板３１及び下側基板３２の面内方向において互いに直交するＸ方向、Ｙ方向（矢印の方向を正方向とする。）を画定する。更に、上側基板３１及び下側基板３２に垂直な方向に、下側基板３２から上側基板３１に向かう方向を正の向きとしてＺ方向を画定し、右手系の座標系を考える。また、Ｚ正方向から上側基板３１及び下側基板３２を見たとき、Ｙ正方向を０°方位として反時計回り（Ｘ負方向に向かう回転方向）に、基板面内方向における角度座標を定める。この角度座標によれば、Ｘ負方向が９０°方位、Ｙ負方向が１８０°方位、Ｘ正方向が２７０°方位となる。
【００１６】
上側偏光板４１の透過軸の方位（矢印で示した方位）は、４５°−２２５°方位であり、下側偏光板４２の透過軸の方位は、１３５°−３１５°方位である。
【００１７】
垂直配向型ＬＣＤにおいては、基板法線方向を基準に、深い極角角度から観察した場合、光抜けを生じ、コントラストが低下するという問題がある。光抜けによる視角特性の劣化は、特に電圧無印加時に顕著である。光抜けの発生要因には、液晶層におけるリタデーションの増大に起因する複屈折効果の発現によるものと、偏光板の視角依存性によるものとの２つが考えられる。
【００１８】
偏光板の視角依存性による光抜けとは次のようなものである。上側及び下側基板の外側に、偏光板がクロスニコル配置されている場合、偏光板の透過軸または吸収軸方向以外の方向については、観察極角角度を深くするにしたがって、見た目の上下偏光板配置がクロスニコル状態から離れていく。極端な場合として、基板面内方向（観察極角角度＝９０°）から観察すると、完全なパラレルニコル状態となる。すなわち法線方向から観察極角角度を深くしていくと、偏光板クロスニコル状態が解消されていくことによって、光抜けが生じる。
【００１９】
リタデーションの増大に起因する光抜けは、たとえば、液晶層が正の一軸光学異方性を有する場合、その光学異方性を相殺する負の一軸光学異方性を有する透明媒質で形成された視角補償板を用いることにより改善される。
【００２０】
図８は、視角補償板を含むモノドメインプレティルト垂直配向型ＬＣＤを示す概略的な分解斜視図である。
【００２１】
図７に示すＬＣＤとは、上側透明基板３３と上側偏光板４１との間に、視角補償板４５が配置されている点において異なる。視角補償板４５は、図に示すように、片側の基板と偏光板との間に挿入してもよいし、両側の基板と偏光板との間に挿入してもよい。
【００２２】
図９に、視角補償板を使用する場合（図８に示す垂直配向型ＬＣＤ）と、使用しない場合（図７に示す垂直配向型ＬＣＤ）の光透過率の極角観察角度依存性を示す。
【００２３】
極角観察角度依存性は、視角補償板４５の厚さ方向のリタデーションＲｔｈ、液晶層３９のリタデーションΔｎｄ（Δｎ：液晶材料の複屈折率、ｄ：液晶層３９の厚さ）としたとき、Ｒｔｈ≒Δｎｄ−１４０ｎｍという条件のもとで、電圧無印加時における、０°−１８０°方位（右−左方位）について示した。
【００２４】
横軸は、観察角度（極角）を単位「°（度）」で示す。ここではＺ正方向からＹ正方向（０°方位）またはＹ負方向（１８０°方位）への傾き角（観察角度、極角）を示してある。また、Ｚ正方向からＹ正方向（０°方位）への傾き角を正の値で表し、Ｚ正方向からＹ負方向（１８０°方位）への傾き角を負の値で表した。なお、負の観察角度の絶対値は、Ｚ正方向からＹ負方向（１８０°方位）に傾いた角度に等しい。
【００２５】
縦軸は、各観察角度における光透過率を、単位「％」で示す。
【００２６】
曲線ａは、視角補償板が使用されていない垂直配向型ＬＣＤ（図７に示す垂直配向型ＬＣＤ）、曲線ｂは、視角補償板が使用されている垂直配向型ＬＣＤ（図８に示す垂直配向型ＬＣＤ）のそれぞれの観察角度と光透過率との関係を示す。
【００２７】
視角補償板を用いない場合（曲線ａ）、極角約２０°までは、光透過率は０近傍であるが、極角約２０°から光透過率は徐々に増大し、極角６０°では３％以上になる。
【００２８】
視角補償板が使用されている垂直配向型ＬＣＤの光透過率（曲線ｂ）は、特に約２０°以上の極角において、使用されていないそれ（曲線ａ）よりも小さく、極角６０°においては半分以下である。本図からわかるように、視角補償板を使用することにより、特に深い観察角度において、光抜けを抑制し、良好な表示を実現することができる。
【００２９】
しかし曲線ｂからわかるように、視角補償板を用いた垂直配向型ＬＣＤであっても、光抜けは完全には解消されない。これは偏光板の視角依存性による光抜けが残っているためである。
【００３０】
液晶層のリタデーションに起因する光抜けと、偏光板の視角依存性による光抜けとの双方を防止するＬＣＤの提案もある（たとえば、特許文献６参照）。
【００３１】
図１０（Ａ）〜（Ｅ）は、ＬＣＤの概略的な分解斜視図である。
【００３２】
図１０（Ａ）を参照する。本図に示すＬＣＤは、上側基板３１と上側偏光板４１との間に、Ｃプレート４６が加入されている点、及び、下側基板３２と下側偏光板４２との間に、Ａプレート４７が加入されている点において、図７に示したＬＣＤと異なる。
【００３３】
光学フィルム（位相差板）の面内方向に、相互に直行するＸ軸とＹ軸、厚さ方向にＺ軸を画定し、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸方向の屈折率をそれぞれｎｘ、ｎｙ、及びｎｚとするとき、Ａプレートは、ｎｘ＞ｎｙ＝ｎｚという屈折率分布を有し、Ｃプレートは、ｎｘ≒ｎｙ＞ｎｚという屈折率分布を有する。
【００３４】
Ａプレート４７は、面内に光軸を有する正の一軸光学異方性を有する光学フィルム（位相差板）であり、Ｃプレート４６は、厚さ方向に光軸を有する負のほぼ一軸光学異方性を有する光学フィルム（位相差板）である。
【００３５】
Ａプレート４７及びＣプレート４６を用いることにより、液晶層のリタデーションに起因する光抜けと、偏光板による光抜けとの双方を防止することができる。これは、Ｃプレート４６（負の一軸光学異方性）は、液晶層のリタデーション（正の一軸光学異方性）を傾斜観察時にキャンセル（補償）する機能を有しており、Ａプレート４７はＣプレート４６と組み合わせて使用することにより、偏光板の視角依存性を解消させる光学的機能を実現できるためである。
【００３６】
なお、光学フィルム（位相差板）について、面内方向リタデーションＲｅとは、光学フィルムの厚さをｄとすると、Ｒｅ＝（ｎｘ−ｎｙ）×ｄで定義され、厚さ方向リタデーションＲｔｈとは、Ｒｔｈ＝［{（ｎｘ＋ｎｙ）／２}−ｎｚ］×ｄで定義される。
【００３７】
図１０（Ｃ）に示すように、ＡプレートとＣプレートを上側基板上、または下側基板下に積層配置することも可能である。この場合、Ｃプレートは、セルに近い側面に配置し、偏光板近接面にＡプレートを配置したとしても、図１０（Ａ）とほぼ同等の効果が得られる。
【００３８】
図１０（Ｂ）を参照する。本図に示すＬＣＤは、上側基板３１と上側偏光板４１との間に、二軸フィルム４８が加入されている点において、図７に示したＬＣＤと異なる。
【００３９】
二軸フィルム４８は、Ａプレート及びＣプレートの機能を１枚の光学フィルムに集約した負の二軸光学異方性を有する光学フィルムである。すなわち、負の二軸フィルムとは、ｎｘ＞ｎｙ＞ｎｚと定義される光学フィルムである。
【００４０】
二軸フィルム４８を用いることによって、Ａプレート４７及びＣプレート４６を用いた場合と同様の効果を得ることができる。
【００４１】
図１０（Ｂ）は、図１０（Ｃ）の構造において、光学フィルムの数を減らしたものであり、光学特性はほぼ同等とすることが可能である。
【００４２】
図１０（Ｄ）、（Ｅ）に示すように、図１０（Ａ）、（Ｃ）で用いたＡプレートを、それぞれ二軸フィルムに替えてもほぼ同等な効果が得られる。
【００４３】
図７に示したモノドメインプレティルト垂直配向型ＬＣＤを、電圧無印加時、またはＬＣＤが低輝度発光することになる、しきい電圧付近の電圧の印加時（単純マトリクス駆動における非選択電圧相当）、深い観察極角角度から観察する場合、０°方位と１８０°方位で輝度（光透過率）が異なって見える現象が認められる。たとえば、セグメント表示タイプの単純マトリクス駆動表示素子では、表示部が非選択状態（オフセグメント）のとき、観察方位によって輝度（光透過率）が異なる場合がある。また、電圧無印加時においては、すでに示した図９を参照すると、視角補償板ありの特性ｂにおいて、０°方位と１８０°方位で、たとえば６０°極角の光透過率は、明らかに異なることがわかる。
【００４４】
本願発明者は、モノドメインプレティルト垂直配向型ＬＣＤについて、プレティルト角をパラメータとして、電圧無印加、及び、しきい電圧付近の電圧を印加するという条件のもとで、光透過率をシミュレートした。シミュレーションの対象は、図７に示したモノドメインプレティルト垂直配向型ＬＣＤにおいて、下側基板と下側偏光板との間に、視角補償板としてＣプレートが挿入された構成のＬＣＤとした。また、観察方位は、図７を参照して説明した０°方位、及び１８０°方位とし、観察極角は５０°（基板垂線方向から基板面内方向に５０°傾いた角度）とした。
【００４５】
シミュレーションには、（株）シンテック製ＬＣＤシミュレータＬＣＤマスター６を用いた。なお、本明細書に記載した他のシミュレーションを行うにあたっても、同シミュレータを使用した。
【００４６】
シミュレーションを行うＬＣＤの下側基板の配向処理方向（ラビング方向）は２７０°方位、上側基板のそれは９０°方位とし、上下基板間で反平行に配向しているとした。また、液晶層は、誘電率異方性が負（Δε＜０）の液晶材料、具体的にはΔε＝−５．１の液晶材料を用いて構成し、リタデーションΔｎｄを約０．３６μｍに設定した。カイラル材は添加しないものとした。更に、上側及び下側偏光板は、（株）ポラテクノ製ＳＨＣ１２５Ｕを想定した。上側及び下側偏光板の透過軸の方位は、それぞれ４５°−２２５°方位、１３５°−３１５°方位とした。また、Ｃプレートは、ノルボルネン樹脂製で、厚さ方向リタデーションＲｔｈを２２０ｎｍとした。
【００４７】
図１は、シミュレーションの結果を示すグラフである。
【００４８】
グラフの横軸は、プレティルト角を単位「°（度）」で表し、縦軸は、光透過率を単位「％」で表す。
【００４９】
曲線ｃ１は、電圧無印加時、０°方位から観察した場合のプレティルト角と光透過率との関係を示す。曲線ｃ２は、電圧無印加時、１８０°方位から観察した場合の両者の関係を示す。そして曲線ｄ１及び曲線ｄ２は、しきい電圧近傍の電圧を印加した場合に、それぞれ０°方位、及び１８０°方位から観察した場合の両者の関係を示す。
【００５０】
曲線ｃ１及び曲線ｃ２を参照する。プレティルト角が９０°の場合は、０°方位から観察したときと１８０°方位から観察したときとで、光透過率に差はない。しかし、プレティルト角が小さくなるにしたがって、０°方位においては光透過率が直線的に増加し、１８０°方位においては光透過率が直線的に減少する。この結果、プレティルト角が小さいほど、０°方位と１８０°方位とで光透過率の差が大きくなる。
【００５１】
曲線ｄ１及び曲線ｄ２を参照する。しきい電圧近傍の電圧を印加した場合においても、プレティルト角が９０°の場合は、０°方位から観察したときと１８０°方位から観察したときとで、光透過率は等しい。かつ、その光透過率は、電圧無印加時に、０°方位及び１８０°方位から観察した値とも等しい。しかし、プレティルト角が小さくなるにしたがって、０°方位においては光透過率が直線的に増加し、１８０°方位においては光透過率が直線的に減少する。増加率及び減少率は、それぞれ電圧無印加時のそれらよりも大きい。この結果、極角方位が傾くほど、０°方位と１８０°方位とで光透過率の差が大きくなり、かつ、その差は、電圧無印加時の差よりも大きくなる。
【００５２】
このようなシミュレーションの結果は、ＬＣＤを外観観察した結果と一致する。
【００５３】
なお、図１に示すグラフにおいて、０°方位から観察した場合の光透過率が、１８０°方位から観察した場合の光透過率よりも大きいのは、一軸プレティルト配向であるためと同時に、視角補償板が液晶セル上下側で非対称に配置されているためである。液晶セル上下側で全く同じ特性をもつ視角補償板を配置すれば、液晶層内のプレティルト角に依存せず、０°、１８０°方位で、等しい光透過率とすることが可能であるが、使用する光学フィルム枚数が多くなるため、コスト的には不利となる。また、上下偏光板透過軸方位を変更すること、または、Ｃプレートをセルの下側から上側に移動することにより、１８０°方位の透過率を０°方位と反転させることができる。
【００５４】
続いて本願発明者は、上述のシミュレーション対象において、Ｃプレートを二軸フィルムに置換したＬＣＤ、すなわち図７に示したモノドメインプレティルト垂直配向型ＬＣＤにおいて、下側基板と下側偏光板との間に、視角補償板として、二軸フィルムが挿入された構成のＬＣＤを新たなシミュレーション対象として、電圧無印加時の二軸フィルムの面内方向リタデーションと最小光透過率との関係を調べた。
【００５５】
新たなシミュレーション対象としたＬＣＤは、Ｃプレートを二軸フィルムに置換したほか、液晶層のリタデーションΔｎｄを約０．３８μｍとした点において、上述のシミュレーション対象と異なる。二軸フィルムの厚さ方向リタデーションＲｔｈは２５０ｎｍとし、面内遅相軸は、１３５°−３１５°方位に配置した。
【００５６】
また、観察方位は、上述のシミュレーションの場合と同じく、０°方位、及び１８０°方位とし、観察極角は５０°とした。
【００５７】
図２は、シミュレーションの結果を示すグラフである。
【００５８】
グラフの横軸は、二軸フィルムの面内方向リタデーションＲｅを単位「ｎｍ」で表し、縦軸は、光透過率を単位「％」で表す。
【００５９】
曲線ｅ１は、プレティルト角を９０°としたとき、０°方位から観察した場合の面内方向リタデーションＲｅと最小光透過率との関係を示す。曲線ｅ２は、プレティルト角を９０°としたとき、１８０°方位から観察した場合の両者の関係を示す。なお、曲線ｅ１と曲線ｅ２とは、一致し、重なって描かれている。
【００６０】
曲線ｆ１及び曲線ｆ２は、プレティルト角を８９°としたとき、それぞれ０°方位及び１８０°方位から観察した場合の両者の関係を示す。
【００６１】
曲線ｇ１及び曲線ｇ２は、プレティルト角を８８°としたとき、それぞれ０°方位及び１８０°方位から観察した場合の両者の関係を示す。
【００６２】
曲線ｈ１及び曲線ｈ２は、プレティルト角を８５°としたとき、それぞれ０°方位及び１８０°方位から観察した場合の両者の関係を示す。
【００６３】
曲線ｅ１及びｅ２、曲線ｆ１及びｆ２、曲線ｇ１及びｇ２、そして曲線ｈ１及びｈ２を、それぞれ一組として参照しつつ、それらの組を相互に比較する。プレティルト角が９０°であるとき、０°方位から観察した場合も、１８０°方位から観察した場合も、光透過率のＲｅ依存性は全く等しい。しかし、９０°以外のプレティルト角においては、０°方位から観察された光透過率のＲｅ依存性と、１８０°方位から観察されたそれとは異なる。また、プレティルト角が小さくなるにしたがって、同じＲｅにおける両方位の光透過率の差が大きくなる傾向が見られる。
【００６４】
また、前記４つの曲線の組に含まれる一方の曲線は、それぞれ同じ組に含まれる他方の曲線と、Ｒｅが５０ｎｍ前後で交差している。そして、この交点においては、０°方位と１８０°方位の双方から、等しい光透過率で表示が観察される。
【００６５】
曲線ｅ１とｅ２との交点、曲線ｆ１とｆ２との交点、曲線ｇ１とｇ２との交点、及び、曲線ｈ１とｈ２との交点を見ると、プレティルト角が小さくなるにつれて、交点（左右から観察した光透過率が等しい点）における光透過率は大きくなっていることがわかる。本願発明者の研究の結果、この傾向は、二軸フィルムに代えてＡプレートとＣプレートとを組み合わせて使用したＬＣＤにおいても同様に認められた。なお、このようなシミュレーションの結果は、ＬＣＤを外観観察した結果と一致する。
【００６６】
図７に示したモノドメインプレティルト垂直配向型ＬＣＤにおいて、下側基板と下側偏光板との間に、視角補償板としてＣプレートが挿入されたＬＣＤにおいて、液晶層のリタデーションΔｎｄが変化した場合の０°、１８０°方位、極角５０°における電圧無印加時透過率をシミュレートした。なお、Ｃプレートの厚さ方向リタデーションＲｔｈは、Ｒｔｈ＝Δｎｄ−１４０ｎｍで調整した。また、上下基板上におけるプレティルト角は８９°に固定した。
【００６７】
結果を図１１に示す。リタデーションΔｎｄが大きくなるにしたがって、０°方位の透過率は上昇、１８０°方位の透過率は低下し、その差は大きくなっていくことがわかる。
【００６８】
Δｎｄが０．５８μｍ以上では、０°と１８０°方位の透過率差が２倍以上になることがわかる。すなわち、リタデーションΔｎｄが大きくなるほど、０°と１８０°方位の透過率差が、外観からも明らかに異なることがわかる。特に、Δｎｄ≧０．５８μｍでは顕著である。なお、この現象は、プレティルト角が９０°であるときは、全く現れない。逆に、プレティルト角が小さくなると、より顕著な効果として観察されることになる。また、この現象は、視角補償板として二軸フィルムや、ＡプレートとＣプレートを同時に用いた場合でも、同様に見られるものである。
【００６９】
一方、本願発明者らは、特願２００４−２６７１６０号において、図７に示したような、基板表面に配向処理を施したモノドメインプレティルト垂直配向型ＬＣＤにあっては、液晶層厚さ方向の中央に位置する液晶分子のプレティルト角が９０°〜８９．５°であるときは、均一なモノドメイン配向が得られず、電圧印加時の光透過率を低下させる場合があり、したがって、一方の基板、または双方の基板に配向処理を施したモノドメインプレティルト垂直配向型ＬＣＤにおいては、液晶層中央部のプレティルト角を８９．５°以下に設定することが好ましい、という点を指摘している。また、プレティルト角を９０°に近く設定することは、配向処理の方法や配向膜材料が限定される可能性があり、ＬＣＤ製造時のマージンを狭めるという点において、好ましいとはいえない。
【００７０】
特願２００４−２６７１６０号における指摘と、前述のシミュレーション結果とを合わせて考えると、高コントラストで光透過率が左右対称であるＬＣＤを低コストで作製するのは困難であるとも考えられる。
【００７１】
【特許文献１】特許２５０７１２２号公報
【特許文献２】特許２９４７３５０号公報
【特許文献３】特開平１１−１６０７０７号公報
【特許文献４】特開平１１−１６０７０６号公報
【特許文献５】特許２８７２６２８号公報
【特許文献６】特開平１１−２５８６０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００７２】
本発明の目的は、表示品質の良好な液晶表示素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００７３】
本発明の一観点によれば、電極を備え、８８．５°以上８９．５°以下のプレティルト角を付与する配向処理の施された第１の基板と、前記第１の基板と略平行に対向配置され、電極を備え、８８．５°以上８９．５°以下のプレティルト角を付与する配向処理の施された第２の基板と、前記第１の基板と前記第２の基板との間に挟持され、前記第１及び第２の基板に施された配向処理にしたがって、電圧無印加時には、前記第１及び第２の基板にほぼ垂直に配向し、電圧印加時には、１６０°以上２４０°以下のねじれ角でねじれ構造を形成する液晶分子材料を含む、厚さがｄの液晶層であって、カイラルピッチがｐのカイラル材を含んで構成され、ｄ／ｐが０．２以上０．７４以下である液晶層と、前記第１の基板の前記液晶層とは反対側の面に向き合うように配置され、透過軸の方向が第１の方向である第１の偏光板と、前記第２の基板の前記液晶層とは反対側の面に向き合うように配置され、かつ、前記第１及び第２の基板の法線方向から見たとき、透過軸の方向が、前記第１の方向と８５°以上９５°以下の角度をなす第２の方向である第２の偏光板と、前記第１の基板と前記第１の偏光板との間、前記第２の基板と前記第２の偏光板との間の少なくとも一方に、前記第１及び第２の偏光板と面内方向が相互に略平行となるように配置された光学異方性板とを有する液晶表示素子が提供される。
【発明の効果】
【００７４】
本発明によれば、表示品質の良好な液晶表示素子を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００７５】
本願発明者は、電圧無印加時、またはしきい電圧付近の電圧を印加した場合であっても、対称的な視角特性を有するＬＣＤの実現に向け、鋭意研究した。
【００７６】
本願発明者は、まず、液晶分子のツイスト角と光透過率との関係をシミュレートした。
【００７７】
図３は、シミュレーションの対象としたＬＣＤの概略的な内部構成例を示す分解斜視図である。シミュレーションの対象は、図７に示したモノドメインプレティルト垂直配向型ＬＣＤにおいて、下側基板と下側偏光板との間に、視角補償板４５としてＣプレートが挿入された構成のＬＣＤとした。これは、図１に示す結果を得るにあたって、シミュレーション対象とした構成のＬＣＤでもある。
【００７８】
上側及び下側偏光板、それらの透過軸の配置、Ｃプレートを形成する材料、その厚さ方向リタデーションＲｔｈ、液晶層のリタデーションΔｎｄ、及び、液晶材料の誘電率異方性Δεの値は、すべて図１に示す結果を得るにあたりシミュレーション対象としたＬＣＤと同一に設定した。
【００７９】
液晶分子のツイスト角は、上側及び下側基板の配向方向（ラビング方向）を変えることによって変化させた。上側及び下側基板の配向方向は、液晶層の厚さ方向の中央に位置する液晶分子の配向方向が２７０°方位となるように定めた。このため、たとえば１８０°のツイスト角は、上側及び下側基板の配向方位をともに０°（パラレル配向）とすることで実現する。なお、ツイスト方向は左ねじれとした。
【００８０】
また、４５°以上のツイスト角を実現する際には、液晶層厚ｄとカイラルピッチｐとの比、ｄ／ｐが０．２５となるように、液晶材料に左ねじれカイラル材を加えるものとした。更に、プレティルト角は、上下基板とも８９°に設定した。
【００８１】
本願発明者は、上述のシミュレーション対象について、電圧無印加の場合、及び、しきい電圧付近の電圧を印加した場合における、光透過率のツイスト角依存性をシミュレートした。観察方位は、０°方位、及び１８０°方位とし、観察極角は５０°とした。
【００８２】
図４は、シミュレーションの結果を示すグラフである。
【００８３】
グラフの横軸は、ツイスト角を単位「°（度）」で表し、縦軸は、光透過率を単位「％」で表す。
【００８４】
曲線ｉ１は、電圧無印加時、０°方位から観察した場合のツイスト角と光透過率との関係を示す。曲線ｉ２は、電圧無印加時、１８０°方位から観察した場合の両者の関係を示す。そして曲線ｊ１及び曲線ｊ２は、しきい電圧近傍の電圧を印加した場合に、それぞれ０°方位、及び１８０°方位から観察した場合の両者の関係を示す。
【００８５】
曲線ｉ１及び曲線ｉ２を参照する。電圧無印加時においては、ツイスト角にかかわらず、左右（１８０°−０°方位）の光透過率に大きな差はなく、かつ光透過率のツイスト角依存性は顕著ではない。ただ、左右の光透過率の差は、ツイスト角が０°から大きくなるにつれて小さくなり、約２１０°のツイスト角で０となる。それを超えると、０°方位と１８０°方位とで光透過率の大小が逆転して、ツイスト角の増加とともに、光透過率の差は再び大きくなっていく。
【００８６】
曲線ｊ１及び曲線ｊ２を参照する。しきい電圧近傍の電圧を印加した場合においては、左右（１８０°−０°方位）の光透過率に大きな差が存し、かつ光透過率のツイスト角依存性が顕著である。
【００８７】
ツイスト角が０°〜９０°程度では、左右方位とも光透過率がほぼ一定であり、したがって左右方位の光透過率の差もほぼ一定である。
【００８８】
ツイスト角が９０°を超える範囲では、ツイスト角が大きくなるにしたがって、０°方位から観察した場合の光透過率と、１８０°方位から観察した場合の光透過率との差は小さくなる。
【００８９】
ツイスト角が１６０°以上のとき、左右の光透過率の差は、ツイスト構造がないとき（ツイスト角が０°のとき）の左右の光透過率の差の約１／２以下である。
【００９０】
また、ツイスト角が１８０°以上のとき、左右の光透過率の差は、ツイスト構造がないとき（ツイスト角が０°のとき）の左右の光透過率の差の約１／３以下である。
【００９１】
更に、ツイスト角が約２１０°のとき、左右の光透過率の差は０となる。
【００９２】
それを超えると、０°方位と１８０°方位とで光透過率の大小が逆転して、ツイスト角の増加とともに、光透過率の差は再び大きくなっていく。
【００９３】
再び左右の光透過率の差が、ツイスト構造がないとき（ツイスト角が０°のとき）の左右の光透過率の差の約１／３となるのは、約２４０°である。
【００９４】
図１０に示されるように、ツイスト角が０°においては、液晶層のリタデーションΔｎｄが大きくなるにしたがって、０°、１８０°方位（右、左方位）の光透過率差は大きくなる。そこで本願発明者らは、図４に示した０°、１８０°方位の光透過率のツイスト角依存性が、Δｎｄが大きくなった場合にどうなるのかをシミュレートした。シミュレーションにあたっては、Δｎｄを８２５ｎｍとし、Ｃプレートの厚さ方向リタデーションＲｔｈをΔｎｄ−１４０ｎｍで定めた。
【００９５】
計算結果を図１２に示す。図４に示したΔｎｄが約０．３６μｍの場合とほぼ等しい傾向が得られている。０°〜９０°の範囲のツイスト角では、極角５０°における光透過率にほとんど変化はなく、それ以上のツイスト角で大きく変化している。約２１０°のツイスト角で、０°、１８０°方位の光透過率差が０となる。
【００９６】
ツイスト角が約１６０°以上のとき、左右の光透過率差がツイスト角０°時の１／２以下となる。また、約１８０°以上２４０°以下の範囲のツイスト角で、左右の光透過率差がツイスト角０°時の１／３以下となる。したがって、ツイスト角は、Δｎｄに関係なく、１６０°以上、特に１８０°以上２４０°以下とすることが好ましい。
【００９７】
本願発明者は、シミュレーションにより得られた好ましいツイスト角の範囲で、ＬＣＤを試作し、表示状態を確認することにした。試作品は、ツイスト角を、好ましい範囲の下限値と上限値である、１８０°と２４０°として、それぞれ作製することにした。
【００９８】
試作品においては、垂直配向を誘起する有機配向膜材料を用い、ラビングにより約８８．５°の均一なプレティルト角を付与する配向処理を行った。なお、ｄ／ｐ＝０．２５として試作した。
【００９９】
ツイスト角を１８０°とした試作品は、良好な表示品質を示し、ツイスト構造をもたない（ツイスト角が０°の）ＬＣＤと比較したとき、表示の左右対称性が改善されたことが確認された。
【０１００】
ツイスト角を２４０°としようとした試作品は、意図したツイスト角に設定することができず、表示の左右対称性を改善することができなかった。この試作品は、電気光学特性などを解析した結果、ツイスト方向が逆の６０°ねじれであることが判明した。
【０１０１】
本願発明者は、この２４０°ツイスト試作品において、０．２５と定めたｄ／ｐを変化させて表示状態を観察した。その結果、ｄ／ｐが、０．４以上０．７４以下であったとき、良好な表示品質が得られた。また、ｄ／ｐを小さくした場合、ラビング筋などの配向不良が観察されやすくなることがわかった。
【０１０２】
なお、本願発明者が、ツイスト角を１８０°とした試作品において、ｄ／ｐを変化させて表示状態を観察したところ、ｄ／ｐが、０．１５以下の場合に、筋状の配向欠陥が認められた。
【０１０３】
ツイスト角が１８０°以上２４０°以下である場合、ｄ／ｐは０．２以上０．７４以下であることが望ましいと考えられる。
【０１０４】
続いて、本願発明者は、ツイスト角を１８０°、ｄ／ｐを０．２５とした前記試作品と同構造のＬＣＤをシミュレーション対象として、プレティルト角をパラメータとして、電圧無印加、及び、しきい電圧付近の電圧を印加するという条件のもとで、光透過率をシミュレートした。観察方位は、０°方位、及び１８０°方位とし、観察極角は５０°とした。
【０１０５】
図５は、シミュレーションの結果を示すグラフである。
【０１０６】
グラフの横軸は、プレティルト角を単位「°（度）」で表し、縦軸は、光透過率を単位「％」で表す。
【０１０７】
曲線ｋ１は、電圧無印加時、０°方位から観察した場合のプレティルト角と光透過率との関係を示す。曲線ｋ２は、電圧無印加時、１８０°方位から観察した場合の両者の関係を示す。そして曲線ｌ１及び曲線ｌ２は、しきい電圧近傍の電圧を印加した場合に、それぞれ０°方位、及び１８０°方位から観察した場合の両者の関係を示す。
【０１０８】
図５に示したグラフを、図１に示したグラフと比較する。
【０１０９】
曲線ｋ１に示される増加率（プレティルト角の単位増加量に対する光透過率の増加量）は、シミュレートしたすべてのプレティルト角において、図１中の曲線ｃ１に示される増加率の約１／３以下である。
【０１１０】
また曲線ｋ２に示される減少率（プレティルト角の単位増加量に対する光透過率の減少量）は、シミュレートしたすべてのプレティルト角において、図１中の曲線ｃ２に示される減少率の約１／３以下である。
【０１１１】
更に、曲線ｌ１に示される増加率は、シミュレートしたすべてのプレティルト角において、図１中の曲線ｄ１に示される増加率の約１／３以下である。
【０１１２】
また、曲線ｌ２に示される減少率は、シミュレートしたすべてのプレティルト角において、図１中の曲線ｄ２に示される減少率の約１／３以下である。
【０１１３】
したがって、ツイスト角１８０°、ｄ／ｐ＝０．２５という条件のもとでは、左右の光透過率の差は、シミュレートしたすべてのプレティルト角について、ツイスト構造がない（ツイスト角が０°の）場合の約１／３以下となっていることがわかる。
【０１１４】
本願発明者は、表示品質のプレティルト角依存性を実際のＬＣＤで確認するため、ツイスト角１８０°、ｄ／ｐ＝０．２５という条件下で、プレティルト角が約８９．８°、約８９°、及び約８８．５°である３台のＬＣＤを試作し、それらの表示を比較した。試作した３台のＬＣＤには、同一の配向膜材料を用いた。プレティルト角の付与にあたっては、ラビング処理時の基板とラビング布との間のクリアランスで、各ＬＣＤにプレティルト角の差異を設けた。
【０１１５】
３台の試作品を観察した結果、プレティルト角が約８９．８°のＬＣＤだけが、表示品質が良好とはいえなかった。同試作品については、また、電圧印加時の液晶分子の配向安定に時間を要した。液晶層の応答の高速性が実現されていない点が、良好とはいえない表示品質の原因であろう。
【０１１６】
試作品の観察結果より、プレティルト角は８９．５°以下とすることが好ましいと考えられる。
【０１１７】
また、プレティルト角は、８８°以上とすることが好ましく、８８．５°以上とすることがより好ましい。これは、正面観察時における良好なコントラストを実現するため、及び、単純マトリクス駆動における良好な表示品位を得るためである。
【０１１８】
なお、本願発明者は、視角補償板としてＣプレートを用いたＬＣＤにおいては、上側及び下側偏光板を厳密にクロスニコル（直交ニコル）に配置した場合だけでなく、クロスニコル状態から、たとえば−５°〜＋５°ずらして配置した場合（すなわち、基板の法線方向から見たとき、上側偏光板の透過軸と下側偏光板の透過軸とのなす角が８５°〜９５°の場合）であっても、同様の効果が得られることを確認した。
【０１１９】
また、面内方向リタデーションＲｅが、Ｃプレートを用いるときの厚さ方向リタデーションＲｔｈの２倍の値をもつ２枚のＡプレートを、遅相軸が相互に直交するように、かつ、各々のＡプレートの遅相軸の方向が、液晶層の厚さ方向の中央に位置する液晶分子の配向方向と平行な方向、または直交する方向となるように貼り合わせ、これをＣプレートの代わりに用いれば、左右方位（１８０°−０°方位）に関しては、Ｃプレートを用いた場合と同様の効果が得られることも確認した。この場合において、上側及び下側偏光板を、クロスニコル状態から、−５°〜＋５°ずらして配置しても効果は認められた。
【０１２０】
更に、本願発明者は、図３に示したＬＣＤにおいて、視角補償板に二軸フィルム（負の二軸光学異方性を有する光学フィルム）を用いた構成を対象として、シミュレーションを行い、電圧無印加時の二軸フィルムの面内方向リタデーションＲｅと光透過率との関係を調べた。
【０１２１】
このシミュレーション対象においては、液晶層の厚さ方向の中央に位置する液晶分子の配向方位を２７０°方位とした。また、上側及び下側基板面におけるラビング方向をともに０°方位とし、ツイスト角が１８０°の左ねじれ液晶層を想定した。ｄ／ｐは０．２５とした。液晶層のリタデーションΔｎｄ、二軸フィルムの厚さ方向リタデーションＲｔｈ、二軸フィルムの面内遅相軸の方位、上側及び下側偏光板の透過軸方位等は、図２に示す結果を得るために用いたＬＣＤと同一とした。
【０１２２】
観察方位は、０°方位、及び１８０°方位とし、観察極角は５０°とした。
【０１２３】
図６は、シミュレーションの結果を示すグラフである。
【０１２４】
グラフの横軸は、二軸フィルムの面内方向リタデーションＲｅを単位「ｎｍ」で表し、縦軸は、光透過率を単位「％」で表す。
【０１２５】
曲線ｖ１は、プレティルト角を９０°としたとき、０°方位から観察した場合の面内方向リタデーションＲｅと光透過率との関係を示す。曲線ｖ２は、プレティルト角を９０°としたとき、１８０°方位から観察した場合の両者の関係を示す。なお、曲線ｖ１と曲線ｖ２とは、一致し、重なって描かれている。
【０１２６】
曲線ｗ１及び曲線ｗ２は、プレティルト角を８９°としたとき、それぞれ０°方位及び１８０°方位から観察した場合の両者の関係を示す。
【０１２７】
曲線ｘ１及び曲線ｘ２は、プレティルト角を８８°としたとき、それぞれ０°方位及び１８０°方位から観察した場合の両者の関係を示す。
【０１２８】
曲線ｙ１及び曲線ｙ２は、プレティルト角を８５°としたとき、それぞれ０°方位及び１８０°方位から観察した場合の両者の関係を示す。
【０１２９】
ｖ１〜ｙ２までの８本の曲線は、すべて近接している。これは、二軸フィルムの面内方向リタデーションＲｅと光透過率との関係の、視角方位（０°−１８０°方位）依存性、及び、プレティルト角依存性が小さいことを意味する。また、シミュレートしたすべてのプレティルト角について、Ｒｅが約５０ｎｍのとき、光透過率が最小となり、良好な黒レベルで表示が行われることがわかる。
【０１３０】
なお、本願発明者は、これらと同様の結果が、二軸フィルムの光学特性を、Ａプレート（Ｒｅを約８０ｎｍとした。）とＣプレートの組み合わせで実現した場合においても得られることを確認した。
【０１３１】
組み合わせは、（ｉ）ＡプレートとＣプレートをともに、上側基板と上側偏光板との間、または／及び、下側基板と下側偏光板との間に配置する、（ｉｉ）ＡプレートとＣプレートのうち一方を、上側基板と上側偏光板との間に配置し、他方を下側基板と下側偏光板との間に配置する、（ｉｉｉ）二軸フィルムとＣプレートをとも上側基板と上側偏光板との間、または／及び、下側基板と下側偏光板との間に配置する、（ｉＶ）二軸フィルムとＣプレートのうち一方を、上側基板と上側偏光板との間に配置し、他方を下側基板と下側偏光板との間に配置する、という態様で行うことができる。
【０１３２】
以上、実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【０１３３】
たとえば、実施例においては、Ｃプレートを下側基板と下側偏光板との間に配置したが、上側基板と上側偏光板との間に配置してもよい。
【０１３４】
その他、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者には自明であろう。
【産業上の利用可能性】
【０１３５】
単純マトリクスであるかアクティブマトリクスであるかを問わず、垂直配向型ＬＣＤに利用することができる。
【０１３６】
また、たとえば左右の表示品質を揃えることができるため、車載用ディスプレイや、携帯情報端末用ディスプレイに好適に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１３７】
【図１】シミュレーションの結果を示すグラフである。
【図２】シミュレーションの結果を示すグラフである。
【図３】シミュレーションの対象としたＬＣＤの概略的な内部構成例を示す分解斜視図である。
【図４】シミュレーションの結果を示すグラフである。
【図５】シミュレーションの結果を示すグラフである。
【図６】シミュレーションの結果を示すグラフである。
【図７】モノドメインプレティルト垂直配向型ＬＣＤを示す概略的な分解斜視図である。
【図８】視角補償板を含むモノドメインプレティルト垂直配向型ＬＣＤを示す概略的な分解斜視図である。
【図９】視角補償板を使用する場合（図８に示す垂直配向型ＬＣＤ）と、使用しない場合（図７に示す垂直配向型ＬＣＤ）の光透過率の極角観察角度依存性を示すグラフである。
【図１０】（Ａ）〜（Ｅ）は、ＬＣＤの概略的な分解斜視図である。
【図１１】リタデーションと光透過率との関係を示すグラフである。
【図１２】ツイスト角と、極角５０°における光透過率との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【０１３８】
３１  上側基板
３２  下側基板
３３  上側透明基板
３４  下側透明基板
３５  上側透明電極
３６  下側透明電極
３７  上側垂直配向膜
３８  下側垂直配向膜
３９  液晶層
３９ａ  液晶分子
４１  上側偏光板
４２  下側偏光板
４３  電圧印加手段
４５  視角補償板
４６  Ｃプレート
４７  Ａプレート
４８  二軸フィルム
θｐ  プレティルト角
【図１】
2007264461.tif 000003
【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】
2007264461.tif 000012
【図１１】
2007264461.tif 000013
【図１２】
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