JP2003500784A - 光学記憶媒体用基板 - Google Patents

光学記憶媒体用基板

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JP2003500784A JP2000618975A JP2000618975A JP2003500784A JP 2003500784 A JP2003500784 A JP 2003500784A JP 2000618975 A JP2000618975 A JP 2000618975A JP 2000618975 A JP2000618975 A JP 2000618975A JP 2003500784 A JP2003500784 A JP 2003500784A
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polymer
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フォルカー・ヴェーゲ
フリードリッヒ−カール・ブルダー
ラルフ・デュヤルディン
チェン・ユン
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Abstract

(57)【要約】 本発明は、ビニルシクロヘキサンホモポリマー、コポリマーおよびブロックポリマーをベースとする基板に関する。ここで、コモノマーは、オレフィン、アクリル酸誘導体、マレイン酸誘導体、ビニルエーテルおよびビニルエステル、またはそれらの混合物から成る群であって、少なくとも2種のコモノマーから選択される。本発明は、基板の慣性モーメントは、280〜50g・cmの範囲であり、密度は1〜0.8g/cmである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】 芳香族ポリカーボネート、ポリ(メチルメタクリレート)またはポリスチレンの
ようなプラスチックは、光学データメモリー用の基板として使用される。エチレ
ンとノルボルネン誘導体またはテトラシクロドデセン誘導体から形成される別の
コポリマーや、ノルボルネン-またはテトラシクロドデセンから形成される脱環
化複分解ポリマーの水素化生成物も適している。
【0002】 しかし、非常に高密度(直径120nmのウェハーを基準として5ギガバイト
超、特に10ギガバイト超)のデータ記憶では、制限無く使用できる普通の基板
材料がない。そのため、適度な機械特性と低い溶融粘度に加えて、非常に低い複
屈折率、非常に低い慣性モーメント、非常に低い水分吸着および高い加熱撓み温
度が同時に必要である。
【0003】 芳香族ポリカーボネートは、非常に良好な機械特性と加熱撓み温度を有するが
、複屈折率と水分吸着が高すぎる。
【0004】 ポリスチレンは、複屈折率が高すぎ、そして加熱撓み温度が低すぎる。
【0005】 ポリ(メチルメタクリレート)は、水分吸着が高すぎ、そして寸法安定性が低す
ぎる。
【0006】 エチレンと非極性ノルボルネン-またはテトラシクロドデセンから形成される
別のコポリマーは、低い複屈折率を有するが、ほとんど水分吸着しない。
【0007】 しかし、前記材料は製造コストが非常に高い。前記材料は、かろうじて光学的
な純度でのみ製造できる。同様に、ゲル成分の存在は、光学材料としてのその用
途を減らす。触媒と助触媒の除去は、かなりの技術費用を伴う。アシメトリー構
造の光学データ媒体(例えば、CD、MO、MD、ASMO、DVR)の場合、
特に基板材料の水分吸着と、それと関係する膨潤が別の変形をもたらす(例えば
、チルト角の増加)。これは、読み出し信号(より大きなジターやより大きなク
ロストーク)に障害をもたらし、その結果、最大許容データ密度を許容できなか
ったり、あるいは高価な電子/光学補正モジュール(チルトサーボ)が必要とな
る(エフ・ブリューダー、アール・プラエットシュケ、エイチ・シュミット著、
日本応用物理学会誌第37巻(1998年)2120頁)。
【0008】 特に情報層や保護層の界面での基板層の膨潤は、基板層から情報層を加速的に
分離する機械応力をもたらすことがある。
【0009】 本発明は、ビニル-シクロヘキサンのホモポリマーおよび/またはコポリマー
をベースとする基板に関する。ここで、コモノマーは、オレフィン、アクリル酸
誘導体、マレイン酸誘導体、ビニルエーテルおよびビニルエステルから成る群の
うち少なくとも1種、または少なくとも2種のコモノマーを含有するそれらの混
合物から選択される。ねじり振動から決定される基板の慣性モーメントは、一般
に280〜50g・cm、特に好ましくは260〜100g・cm、最も好
ましくは250〜150g・cmであり、また密度は、1〜0.8g・cm 、好ましくは0.98〜0.90g・cmである。
【0010】 本発明は、さらに、複屈折率によって非常に低い干渉を示す光学基板に関する
。本発明は、特に高度に焦点合わせができる光学物品の場合には(45を超える
高い開口数)、直角となる角度とそれから27°まで外れた角度での投射角の関
数としての基板への入射光の光路差が、一般には0〜60nm、好ましくは0〜
50nm、特に好ましくは0〜40nmであることを特徴とする。
【0011】 本発明の基板は、高い寸法安定性、高い透明度、低い複屈折率および高い加熱
撓み温度を特徴とし、そのため、光学データメモリー用の基板材料として著しく
適している。基板は、高い記憶密度を有する光学記憶媒体の製造に特に適してい
る。
【0012】 データ媒体の振動が、例えばポリカーボネートなどの現在用いられているデー
タ媒体に比べて低い。
【0013】 本発明の光学記憶媒体の予備的形成品の飽和水分吸着は、DIN53 495に準拠
して測定した場合、一般には0.5%未満、好ましくは0.2%未満、特に好ま
しくは0.1%未満、特に0.06%未満である。
【0014】 材料は、高い弾性率を有する。高い撓み強度は高い弾性率と関連しており、そ
れによって寸法安定性の良い基板ディスクが構成される。より薄い基板は、高い
開口数NAと短いレーザ波長λを有する光学物品があまり重要にならないことか
ら、より高いデータ密度を可能にする(スポット直径〜λ/NA、ジー・ブーキ
ス、ジェイ・ブラート、エイ・ホイユサー、ジェイ・パスマン、ジー・ヴァン・
ロスマテン、ケイ・ションホイアー著、イムーク、プリンシプルズ・オブ・オプ
ティカル・ディスク・システムズ(アダム・ヒルガー・リミテッド、1995年))
【0015】 光学ディスクの高い回転速度では、情報層のわずかな拡張が放射方向に生じる
。これは、高いデータ密度の場合、情報の高い読み出しおよび書き込み信頼性に
おいて特に重要である。
【0016】 400nm以長の波長における光学透過率は89%以上である。そのため、本
発明の材料は、短波長および長波長の光に対して、特に300〜800nmの波
長に好ましい光学材料である。
【0017】 光の入射角の関数として低い光路差を有する基板は、光電子光学的書き込みお
よび読み出し信号を高めるのに特に適しており、読み出しのみ可能なデータ媒体
用、書き込み可能なデータ媒体用、そして書き換え可能なデータ媒体用の理想的
な基板である。
【0018】 この材料は、高い加熱撓み温度Tgを有しており、高い操作および作業温度を
可能にする。
【0019】 表面の前処理をするかあるいはしないで、他の材料を光学ディスク上に析出す
ることができる。必要に応じて、プラズマ加工や湿式化学処理が表面を改質する
のに特に適している。
【0020】 析出するのに好ましい材料は、金属、金属化合物および染料である。
【0021】 金属として特に適しているのは、アルミニウム、金、銀、銅、錫、亜鉛、ゲル
マニウム、アンチモン、テルル、テルビウム、セレン、鉄、コバルト、ガドリニ
ウム、およびこれらのアロイである。
【0022】 金属化合物として特に適しているのは、酸化錫、酸化ケイ素、窒化珪素化合物
、および硫化亜鉛である。
【0023】 染料として適しているのは、シアニン染料、フタロシアニン染料およびアゾ染
料である。
【0024】 前記材料は、スピンコーティングやスパッタ法によって適用できる。
【0025】 光学データメモリーとしては、以下のものが例として挙げられる。 −光磁気ディスク(MOディスク) −ミニディスク(MD) −ASMO(MO−7)(「新型光磁気記憶(advanced storage magneto-optic)
」) −DVR(12ギガバイトディスク) −MAMMOS(「磁性増幅光磁気システム(magnetic amplifying magneto-opt
ical system)」) −SILおよびMSR(「固体浸漬レンズ(solid immersion lens)」および「磁
気超解像度(magnetic superresolution)」) −CD−ROM(読み取り専用メモリー) −CD、CD−R(記録可能)、CD−RW(書き換え可能)、CD−I(双方
向)、フォト−CD −スーパーオーディオCD −DVD、DVD−R(記録可能)、DVD−RAM(ランダムアクセスメモリ
ー);DVD=ディジタル・ヴァーサティル・ディスク −DVD−RW(書き換え可能) −PC+RW(相変化記録および書き換え可能) −MMVF(マルチメディア・ビデオ・ファイル・システム)
【0026】 式(I)の繰り返し構造単位を含むビニルシクロヘキサンをベースとするポリ
マーから形成される基板が好ましい。
【化2】 (式中、RおよびRは、互いに独立して、水素またはC-Cアルキル、
好ましくはC-Cアルキルを表し、RおよびRは、互いに独立して、水
素またはC-Cアルキル、好ましくはC-Cアルキル、特にメチルおよび
/またはエチルを表すか、あるいはRおよびRは、共同して、アルキレン、
好ましくはCまたはC-アルキレン(融合した5員または6員の脂環式環)
を表し、そしてRは、水素またはC-Cアルキル、好ましくはC-C
ルキルを表し、ここでR、RおよびRは、互いに独立して、特に水素また
はメチルを表す。)
【0027】 立体規則性の頭−尾結合に加えて、結合は、少しの割合の頭−頭結合を表すこ
とがある。ビニルシクロヘキサンをベースとする非晶質の主にシンジオタクチッ
クのポリマーは、中心から分岐して、例えば星型構造を有することがある。
【0028】 出発ポリマー(任意に置換ポリスチレン)の重合では、以下のモノマーが、コ
モノマーとして好ましく使用されてポリマーに組み込まれる。例えば、エチレン
、プロピレン、イソプレン、イソブチレン、ブタジエンのような一般に炭素数2
〜10のオレフィン、C-Cアルキルエステル、好ましくはアクリル酸また
はメタクリル酸のC-Cアルキルエステル、シクロペンタジエン、シクロヘ
キサン、シクロヘキサジエン、任意に置換されたノルボルネン、ジシクロペンタ
ジエン、ジヒドロシクロペンタジエン、任意に置換されたテトラシクロドデセン
のような不飽和脂環式炭化水素、環-アルキル化スチレン、αメチルスチレン、
ジビニルベンゼン、ビニルエステル、ビニル酸類、ビニルエーテル、酢酸ビニル
、アクリロニトリル、メタクリロニトリルのようなビニルシアニド、無水マレイ
ン酸、および前記モノマーの混合物。
【0029】 非晶質ビニルシクロヘキサンポリマーとしては、二次元NMR分析で決定する
とシンジオタクチック二酸成分を50.1〜74%、好ましくは52〜70%の
範囲で有するものが使用される。ポリマー主鎖のメチレン炭素原子の13C-
H層間分析に基づく微細構造を解明する方法が一般に公知であり、例えば、エイ
・エム・ピー・ロスおよびオー・サドマイヤーの著書(エイ・エム・ピー・ロス
、オー・サドマイヤー著、インターナショナル・ジャーナル・オブ・ポリマー・ア
ナリティーク・カラクタリゼイション(1997年)4、39頁)に開示されている。
【0030】 流動光学定数Cに基づいて測定される基板で決定される複屈折率は、−0.
3GPa−1と等しいかまたはそれ未満であり、この値は、ポリカーボネートの
値(C=+5.4GPa)よりも十倍以上小さい。流動光学定数を測定する方
法は、欧州特許出願公開第0621297号公報に開示されている。このために必要な
面平行150〜1000μmの試験片は、溶融加圧法またはフィルムキャスティ
ング法で製造される。ポリカーボネートと比較すると、本発明の材料は複屈折率
がないと考えられる。
【0031】 ビニルシクロへキサン(コ)ポリマーは、一般に、光散乱法で決定される絶対重
量平均分子量Mwが1000〜10,000,000、好ましくは60,000
〜1,000,000、特に好ましくは70,000〜600,000である。
【0032】 特に好ましくは、ビニルシクロヘキサン(コ)ポリマーは、絶対分子量Mwが7
0,000〜450,000g/モル、特に100,000〜450,000g
/モルを有する。分子量分布は、好ましくは多分散度(PDI=Mw/Mn)が
1〜3であることを特徴とする。ここで、分子量が2000までのオリゴマー成
分は、多分散度の計算には考慮に入れない。Mwが3000までのオリゴマー成
分は、ポリマーの重量に対して5%未満である。
【0033】 コポリマーは、ランダムコポリマーであっても、ブロックコポリマーであって
もよい。
【0034】 前記ポリマーは、直鎖構造を有していてよく、共同(co-)単位(例えば、グラ
フトコポリマー)に起因する分岐点を有していてもよい。分岐の中心は、例えば
星型または分岐ポリマーを含んで成る。本発明のポリマーは、1級、2級、3級
、任意に4級のポリマー構造のような上記以外の幾何学的な形態を有していても
よく、ヘリックス構造、2重構造、折畳みリーフ構造など、または前記構造の組
み合わせが挙げられる。
【0035】 スチレン−イソプレンコポリマーが特に好ましく、特にポリ(スチレン−ブロ
ック-コ-イソプレン)および星型ポリ(スチレン−ブロック-コ-イソプレン)が好
ましい。
【0036】 ブロックコポリマーは、2ブロックコポリマー、3ブロックコポリマー、多ブ
ロックコポリマーおよび星型ブロックコポリマーを包含する。
【0037】 VCH(コ)ポリマーは、スチレンと対応モノマーとの誘導体の遊離基重合、ア
ニオン重合、カチオン重合、または金属錯体開始剤もしくは触媒を用いた重合の
後で、不飽和芳香族結合を完全にまたは部分的に水素化することによって生成さ
れる(例えば、国際特許出願公開第WO94/21694号公報および欧州特許出願公開
第322731号公報参照)。
【0038】 VCH(コ)ポリマーは、更に、例えば芳香族ポリスチレンまたはその誘導体を
触媒の存在下で水素化することによっても生成できる。これに関連して、使用さ
れる溶媒としては、エーテル官能基と隣接する炭素原子上にα-水素原子を有し
ないエーテル、または前記エーテルの混合物、あるいは少なくとも1種の前記エ
ーテルと水素化反応に好適な溶媒との混合物が挙げられる。
【0039】 出発ポリマーは、一般に公知の方法で水素化される(例えば、国際特許出願公
開第WO94/21694号公報、同第WO96/34895号公報、欧州特許出願公開第322731
号公報)。多数の公知の水素化触媒が触媒として使用できる。好ましい金属触媒
は、例えば、国際特許出願公開第WO94/21694号公報または同第WO96/34896号
公報に記載されている。水素化反応の公知の触媒がいずれも触媒として使用でき
る。大きな表面積(例えば、100〜600m/g)と低い平均ポア直径(例
えば、20〜500Å)を有する触媒が適している。更に、小さな表面積(例え
ば、10m/g以上)と、ポア体積の98%が600Å以上(例えば、約10
00〜4000Å)のポア直径のポアを含む大きな平均ポア直径の触媒も適して
いる(例えば、米国特許第5,654,253号公報、同第5,612,422号公報、特開平3-76
706号公報参照)。レーニーニッケル、シリカまたはシリカ/アルミナに担持さ
れたニッケル、担体としての炭素に担持されたニッケル、および/または貴金属
触媒、例えばPt、Ru、Rh、Pdなどが特に使用される。
【0040】 反応は、一般に0〜500℃、好ましくは20〜250℃、特に60〜200
℃で行われる。
【0041】 水素化反応のための標準溶媒として使用される溶媒は、例えばドイツ特許出願
公開第1131885号公報に開示されている(上記参照)。
【0042】 前記反応は、一般には1バール〜1000バール(すなわち、1×10〜1
×10Pa)、好ましくは20〜300バール(すなわち、2×10〜3×
10Pa)、特に40〜200バール(すなわち、4×10〜2×10
a)の圧力において行われる。
【0043】 本発明の基板は、ビニルシクロヘキサンをベースとするホモポリマーおよび/
またはコポリマー、そして場合により通常使用される添加物(例えば、加工助剤
や安定化剤)を更に含有する熱可塑成形組成物から、前記組成物を280℃を超
える温度で加工することによって製造される。
【0044】実施例 実施例1 40リットルのオートクレーブに不活性ガス(窒素)を流す。ポリマー溶液と
触媒を添加する(表1)。シールした後、混合物を数回保護ガスに暴露し、次い
で水素に暴露する。空気を抜いた後、水素圧をそれぞれ確立して、適した反応温
度まで撹拌しながら加熱を行う。水素吸着が開始した後、反応圧を一定に保持す
る。ここで、反応時間は、混合物の加熱開始から、水素吸着が飽和値に向かうま
での時間をいう。
【0045】 反応が完了した後、ポリマー溶液をろ過する。ポリマー溶液をイルガノックス
XP420FF(チバ・スペシャリティ・ケミカルズ製、スイス、バーゼル)40
00ppmで安定化させる。240℃で溶媒を蒸発させて、生成物を更に顆粒に
加工する。
【0046】 顆粒から、例えばショルダー・ロッドや光学ディスク、そして別の試験片を、
物理特性の決定のために射出成形によって製造する(表2)。
【0047】
【表1】 1)H−NMR分析による決定 2)ポリスチレン、タイプ158k、ガラス−透明、Mw=280,000g/モル、ビー
エイエスエフ・アクチエンゲゼルシャフト製、ルートヴィッヒシャーフェン、ド
イツ 3)Ni−SiO/Al、Ni−5136P、エンゲルハード製、デ・ミー
ルン、オランダ
【0048】実施例2 ポリ(スチレン−ブロック-コ-イソプレン)の調製 合成は、標準的な不活性ガス手順によって行う。無水シクロヘキサン138kg
を250リットル反応容器に導入する。無水スチレン6.3kgを室温で反応容器に添
加する。温度を55℃に上げて、n-ブチルリチウム(n-ヘキサン中、23%)102m
L(0.255モル)を反応容器に導入する。反応混合物を70℃に加熱して、30分間
撹拌する。
【0049】 無水イソプレン1.4kgと無水スチレン6.3kgを同時に反応容器に入れる。混
合物を70℃で2時間保持する。反応溶液を室温まで冷却し、2-プロパノール10g
のシクロヘキサン500g溶液を添加する。ポリマー溶液を、40〜45℃において真
空下で16.6重量%まで濃厚化する。
【0050】実施例3 水素化ポリ(スチレン−ブロック-コ-イソプレン)の調製 ポリマー溶液(実施例2)22kgを窒素下で40リットルオートクレーブに移す
。Ni−5136P(エンゲルハード製)421.5gを添加した後、オートクレーブを
数回窒素と水素にさらす。反応溶液を100バールで170℃まで加熱する。加熱状態
の後、圧力が一定となりかつ撹拌を2時間続けるまで、オートクレーブ加圧シス
テムを用いて150バールで反応を続ける。
【0051】 触媒をポリマー溶液から濾別する。ポリマー溶液をイルガノックスXP420F
F(チバ・ガイギー製、スイス、バーゼル)4000ppmで安定化し、240℃で溶
媒を蒸発させて、更に顆粒として加工する。
【0052】表 2 ビニルシクロヘキサンをベースとするポリマー1および3(実施例BおよびC)
と比較した、ポリカーボネートの実施例に基づく光学ディスク用の普通の基板材
料の物理特性
【表2】 ビスフェノールAポリカーボネート、バイエル・アクチエンゲゼルシャフト製、
マクロロンCD2005 CD予備成形品は、ネットステイル・カンパニー製ディスクジェット600型射
出成形機で製造した。 CD予備成形品:内径15mm、外径120mm、基板厚1.2mm1) DIN53 479方法Aに準拠して決定した。2) DIN53 495に準拠して決定した。3) DIN53 455に準拠して決定した。4) 光路差は、偏光レンズを用いて測定した。5) 光学透過率は、測光用球体を備えたパーキン・エルマー製ラムダ900分光光
度計を用いて測定した。6) 示差走査熱量計(DSC)で決定した。
【0053】 ビスフェノールA系ポリカーボネート(バイエル・アクチエンゲゼルシャフト
製、マクロロンCD2005、ドイツ、レーフェルクーゼン)から製造されたCD予
備成形品(CD基板)を比較例Aとして使用し、実施例1および3のポリビニル
シクロヘキサンをベースとするポリマーから製造したCD予備成形品を実施例B
およびCとして使用する。CD予備成形品は、ネットステイル・カンパニー製デ
ィスクジェット600型射出成形機で製造される。比較例Aの普通の基板材料(表
2)に比べて、実施例BおよびCのCD予備成形品は、高密度光学記憶媒体とし
ての用途が示されている。これには、低い慣性モーメント、低い水分吸着、高い
寸法安定性(高い弾性率)、低い密度、光の入射角の関数としての低い光路差、
短波長および長波長域での高い光学透過率、および低い複屈折率の重要な組み合
わせと同時に、高い加熱撓み温度が付随する。実施例Cは、光の入射角の関数と
しての非常に低い光路差に加えて、更に最適化される流動光学定数Cを示し、
そしてポリカーボネートレベルのガラス転移温度を有する。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW,ML, MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,GM,K E,LS,MW,SD,SL,SZ,TZ,UG,ZW ),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,MD,RU, TJ,TM),AE,AG,AL,AM,AT,AU, AZ,BA,BB,BG,BR,BY,CA,CH,C N,CR,CU,CZ,DE,DK,DM,DZ,EE ,ES,FI,GB,GD,GE,GH,GM,HR, HU,ID,IL,IN,IS,JP,KE,KG,K P,KR,KZ,LC,LK,LR,LS,LT,LU ,LV,MA,MD,MG,MK,MN,MW,MX, NO,NZ,PL,PT,RO,RU,SD,SE,S G,SI,SK,SL,TJ,TM,TR,TT,TZ ,UA,UG,US,UZ,VN,YU,ZA,ZW (72)発明者 フリードリッヒ−カール・ブルダー ドイツ連邦共和国デー−47802クレーフェ ルト、エン・デ・ジープ34番 (72)発明者 ラルフ・デュヤルディン ドイツ連邦共和国デー−47877ヴィリッヒ、 ブリュッケンシュトラーセ16番 (72)発明者 チェン・ユン ドイツ連邦共和国デー−47800クレーフェ ルト、ボーデルシュヴィングシュトラーセ 12番 Fターム(参考) 4J026 HA06 HB16 HD05 HD16 HE01 HE05 4J100 AA00Q AA20P AE02Q AG02Q AK00Q AL00Q CA04 DA61 DA62 DA63 JA32 JA36 5D029 KA13 KC07 KC09 KC10

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ビニルシクロヘキサンのホモポリマー、コポリマーおよび/
    またはブロックポリマーをベースとする基板であって、コモノマーが、オレフィ
    ン、アクリル酸誘導体、マレイン酸誘導体、ビニルエーテルおよびビニルエステ
    ル、または少なくとも2種のコモノマーを含むそれらの混合物から成る群より選
    択され、基板の慣性モーメントが280〜50g・cmであり、および密度が
    1〜0.8g/cmである基板。
  2. 【請求項2】 慣性モーメントが260〜100g・cmである請求項1
    記載の基板。
  3. 【請求項3】 密度が0.98〜0.90g/cmである請求項1または
    2記載の基板。
  4. 【請求項4】 式(I)の繰り返し構造単位を含有するビニルシクロヘキサ
    ン(コ)ポリマーまたはビニルシクロヘキサン(コ)ポリマーの混合物をベースとす
    る請求項1〜3のいずれかに記載の基板。 【化1】 (式中、RおよびRは、互いに独立して、水素またはC-Cアルキルを
    表し、RおよびRは、互いに独立して、水素またはC-Cアルキルを表
    すか、あるいはRおよびRは、共同してアルキレンを表し、そしてRは、
    水素またはC-Cアルキルを表す。)
  5. 【請求項5】 スチレン−イソプレンブロックポリマーおよび/またはコポ
    リマーをベースとする基板。
  6. 【請求項6】 基板への入射光の光路差が、直角となる角度およびそれから
    27°外れた角度における入射角の関数として0〜60nmである請求項1〜5
    のいずれかに記載の基板。
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