JPH021888A - 表示装置 - Google Patents

表示装置

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JPH021888A
JPH021888A JP63320729A JP32072988A JPH021888A JP H021888 A JPH021888 A JP H021888A JP 63320729 A JP63320729 A JP 63320729A JP 32072988 A JP32072988 A JP 32072988A JP H021888 A JPH021888 A JP H021888A
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light source
light
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plane
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JP63320729A
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Jill F Goldenberg
ジル・フォーラー・ゴールデンベルグ
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Koninklijke Philips NV
Original Assignee
Philips Gloeilampenfabrieken NV
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、少なくとも１個の光チャネルを有する表示装
置であって、各チャネルが照明系と、この照明系の光路
中にある矩形変調装置と、前記変調装置の画像を投影す
る投影レンズとを有する表示装置に関するものである。
液晶表示装置は投影テレビジョンに採用されることがで
き、種々のシステムが提案されている。
１９８６年に発行された「ソサイアティ　オブ　インフ
ォメーション　デスプレイ　デイゲスト（Ｓｏｃｉｅｔ
ｙｏｆ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｄｉｓｐｌａｙ　Ｄ
ｉｇｅｓｔ）の第３７５頁〜３７７頁にはセーコー　ニ
ブジョン社による照明系と、照明系の光路中にある変３
Ｊ２装置と、変調装置の画像を投影する投影レンズとを
含む投影装置が開示されている。この投影装置では、ハ
ロゲンランプと球形の反射体から成る照明系から、コン
デンサレンズを経て一対のグイクロイックミラーに向け
て光を投射し、これらグイクロイックミラーにより光を
赤、青及び緑の成分に分離している。各ビーム成分は、
液晶表示装置（ＬＣＤ　）の形態をした各変調装置に入
射している。そして、グイクロイックミラーｌ、によっ
て３個の単色画像を単一のカラー画像に結合し、このカ
ラー画像をスクリーンヒに投影している。この文献では
、小型で低コストで、しかも高い種度が得られる利点が
達成できろと述べられている。しかしながら、上述した
説明にかかわらず、投影系全体の集光効率は依然として
１％以■である。すなわちタングステンハライドランプ
は８８００ルーメンの光を放射するが、６０ルーメン以
下の光が投影スクリーンに到達するにすぎない。集光効
率が低い理由は、光源から放射された光のうち微小量の
光だけが集光されて変調装置および投影レンスの入射瞳
に向りて投射されることに起因する。
通常の照明系についてさらに検討することは有益である
。放物線反射体の焦点に点光源を配置した放物線反射体
を用いれば平行光ビームを放射することができ、高い集
光効率が得られることが知られている。しかしながら、
ランプは光源としてｒ＋−限の大きさを有しているから
、放物線反射体の出射開口において大きな偏角が生じて
しまう。極めて小さいランプを用いても、放物体の焦点
かられずかに偏位するだけで別の出射光偏移が生じてし
まう。さらに、光源及び反射体が小さい場合、反射体の
容器としての大きさが有限であるためランプを焦点に正
確に位置決めすることは極めて困難である。最も効率の
高い屈折レンズ集光系でも高い集光効率が得られず（典
型的な場合でも４３％以下である）、シかも偏角を制限
するために高価な多重素子レンズが必要となってしまう
。この屈折レンズ集光系においては、ランプの容器サイ
ズはさほど重要でなはい。
さらに、放物線反射体又は屈折レンズ集光系のいずれか
をテレビジョン画像用のＬＣＤのような光学素子と共に
用いる場合、入射効率（ｆｉｌｌ　ｆａｃｔｏｒ）が低
いため、全体としての集光効率が低下してしまう。例え
ば、４：３のアスペクト比を有するＬＣＤの場合、光ビ
ームを表わす円形領域の６１％だけがＬＣＤに入射する
。高品位テレビジョンとして堤案されている５、３３：
３のアスペクト比の場合、入射効率は５４％にすぎない
。
一ト述した説明から明らかなように、−層高い効率の照
明系すなわら光源からの出射光のうち一層多くの光束が
反射体の出射部から出射する高効率の照明系を有するこ
とが望ましい。照明系の効率を全体として改善するため
、すなわち光源からの出射光束の比率として高い比率の
光束を投影スクリーン上に発生させるためには照明系か
ら出射した光の最大偏角を最小にする必要もある。Ｆ／
２．０の大きな開口の投影レンズの場合、この最大偏角
は１５°になる。また、ＬＣＤの形態をした矩形の表示
光学系を用いる場合、１００％の光が表示光学系に入射
するｑとが望ましいので、照明系は１．Ｃ１１の形状に
対応した矩形の出射開口部を有する必要がある。
本発明は、１１１１記照明系が、矩形の出射開口及びＺ
方向中心軸をイラする非結像性反射体を具え、光（１１
；ｊが前記反射体の内部に中心軸に沿って位置決めされ
て、前記出射開口を照明し、前記反射体が光源と共働し
て前記変調装置を少なくともほぼ均一に照明するように
構成したことを特徴とする表示装置を提供しようとする
ものである。
太陽エネルギー装置において太陽光を効率よく集光する
ために非結像光学系を用いることが既知である。例えば
、１９７８年に発行された雑誌「アカデミ・ンク　ブレ
ス（八ｃａｄｅｍｉｃ　Ｐｒｅｓｓ）　Ｊに記載のウェ
ルフォードとウィンストン（Ｗｅｌｆｏｒｄ　ａｎｄＷ
ｉｎｓｔｏｎ　）による文献「ザ　オブティクス　オプ
ノン　イメージング　コンセントレータズ（ＴｈｅＯｐ
ｔｉｃｓ　ｏｆ　Ｎｏｎ　Ｉｍａｇｉｎｇ　Ｃｏｎｃｅ
ｎｔｒａｔｏｒｓ　）　Ｊを参照されたい。典型的な非
結像性集光器は、１対の対向側壁部及び入射開口を有す
る細長状の反射体とされ、閉成端部に向けて光を集束さ
せている。
側壁は、入射エネルギーを光電池や反射体の内部に位置
決めされている液体流通管のようなエネルギー受光器上
に集束させるように形成されている。
このような集光器は米国特許第４００２４９９号に開示
されており、この公報にはパイプのような円筒状吸収体
上に放射エネルギーを最良に集束させる集光器が開示さ
れている。側壁は対称的にされ、パイプと接する尖頭部
で一致している。米国特許第１Ｉ２３００９５号には、
吸収体と反射体との間にギャップが形成されている細長
状集光器の理想的な形状が開示されている。これは透明
ブレース加工部内に同心状に位置するパイプ用のもので
あり、ブレース加工部と接する尖頭部で一致する対称的
な側壁を利用している。
上記太陽光集光器は、所定の受光角内の全ての光をエネ
ルギー吸収体上に集束させる利点がある。
一方、受光角が一層大きくなると、エネルギー吸収体も
一層大きくする必要がある。同様に、吸収体が一層小さ
くなると受光角が一層狭く制限されてしまい、この結果
集束度が一層大きくなってしまう。受光角の小さい望光
体の場合、１日あたり１時間以−ヒに亘ってエネルギー
吸収を行なうために太陽追跡を行なう必要がある。
本発明は１．主として太陽エネルギーの集束器として以
前用いられていた非結像性反射体が、集束器の入射開口
に対応する出射開口を具える集光器を有する光投影系に
理想的であるという認識に基くものである。非結像性反
射体の形態をした集光器の出射開口における偏角は、集
光器の入射部が十分に規定された受光範囲を有するよう
に、十分に規定された限界を有している。集光器はラン
プと共働して偏角を最小にするように設計されることが
でき、投影系として用いた場合効率を最大にすることが
できる。変調装置が所定の大きさを有し集光器の出射開
口と直接隣接する場合、変調器の寸法及び最大偏角によ
って集光器の形状が決定されることになる。
本発明の好適実施例は、前記光源が円筒状とされると共
にＸＹＺ座標系のＸＹ千而面に芯立てされ、この光源は
、Ｙ軸に沿う長さ及びＸ軸に沿う径を有するアークを有
し、さらに、この光源は前記アークと同心状の円筒状容
器を有し、前記反射体のＸＹ平面の断面部分が少なくと
もほぼ矩形とされている。ＹＺ平面の断面が複合放物線
で構成されることが好ましい。好ましくは、前記反射体
のＸＺ平面の断面が細長状とされると共に、前記容器と
当接する尖頭部で一致する２個の対称的な？！！Ｉ＋壁
を有し、１１１１記ＸＺ平面における断面が、前記尖１
ｔｊｉ部で交差する２本の接線と実際のアークとによっ
て規定される垂直アーク形状について決定さ。
れた理碧、的な輪ＶＩＳを有している。
この表示装置は、好適実施例による３個の照明系を有す
る投影型カラーテレビジョン装置として′４１１に有用
であり、この好適実施例においては各ランプが赤、緑支
び青の波長光にスペクトル的に対応するとノ（に変調装
置が液晶表示装置（ＬＣＤ　）とされる。この表示装置
は、さらにレンスによって投影するためｔ、ｃｏの画像
を結合する手段を有する必要かある。このような手段は
ダイクロイックプリスム又は１対のダイクロイ、クフィ
ルタで構成することができる。
この表示装置は、好適実施例による単一の興明系および
光を３　ｆｔ／Ｊのチャネルに分離する１対のダイクロ
イックフィルタだけを有するテレビジョン投影装置にも
有用である。３個の１．ＣＤは各チャネルの光路にそれ
ぞれ１１γ置し、別のフィルタ又はプリズムのような結
合手段を用いて投影用画像を結合する。
最も広い見地に立てば、本発明はこれまでに説明した画
像表示装置の照明系としで用いられる照明装置に関する
ものである。すなわら、矩形の出射開口及び中心Ｚ軸を
有する非結像性反射体と共に用いられる光源を有する照
明系に関するものである。この非結像性反射体は光源と
共働して出射開口、つまり変調装置を少なくともほぼ均
一に照明する。好適実施例では、光源を円筒状のものと
する。
上述したちの以外の別の光源及び別の形態の非結像性反
射体を用いて変調装置をほぼ均一に照明することができ
る。各形態の非結像性反射体はそれ自身の特有な特性を
有している。例えば、複合放物線形状は、反射体の出射
開口を均一に照明することを望む場合に特に好適である
。このような場合として変調装置が出射開口に直接隣接
する場合がある。一方、別の非結像性反射体によれば、
遠く離れた平面にほぼ均一な照明光を投射することがで
きる。例えば、複合楕円反射体は出射開口から仰れた平
面をほぼ均一に照明する。従って、この場合変調装置が
出射開口から離れて位置する場合に好適である。
以下図面に基き本発明の詳細な説明する。
第１八図は集光器内に配置された円筒状の光′ｒｊ、２
を示す。この集光器は、矩形の出射開口２０を有する非
結像型反射体ＩＯの形態を有している。反射体の説明の
便宜−し、反射体は直交座標系上にあるものとし、Ｚ軸
は反射体１０の中央部を通るように延在し、光源はＸＹ
平面の中央に位置するものとする。
第２図を参照すれば、光源２はキセノンアーク灯又はハ
ライドアーク灯のようなアーク灯とし、このアーク灯は
１対の電ｔｍ　４　’ｉ−有し、これら電極間に長さＬ
及び半径ｒ１のアーク５を形成する。アーク５は円筒状
のガラス容器６内に同心状に位置し、ガラス容器はアー
ク５の付近において半径ｒ２をｒＴする。第１Ａ図、第
１Ｂ図及び第１Ｃ図を参照すれば、アーク５の長手方向
はＹ軸に沿って延在し出ｒ１・１部はＸ方向に沿って延
在する。
第１Ｂ図は反射体１０の頂部及び底部の側壁１２の輪郭
を示し、この輪郭は複合放物線とされ、これにより偏角
θ、を最小にする。ここで、偏角θ、はＺ軸と出射開口
２０から出射する光線と９間の最大角とする。
複合放物線は、ライン２５に沿う軸を有する放物形状を
反射体の軸線２６（ここではＺ軸に相当する）を中心に
して１８０°回転することにより得られる。
アーク５が一方の側壁１２から他方の側壁に向けて延在
する場合、この複合放物線形状はＹＺ平面及びこれに平
行な面に対して理想的な反射体輪郭となる。円筒状の光
源の軸線に平行な理想的な反射体の輪郭は、類似の物と
して説明した平面状光源の輪郭と同様なものである。こ
の平面状光源を用いた場合、反射体の外部にある光源は
集光器の入射側開口に位置する平面状光源と考えられる
。
次式が成立する。
第１Ｃ図において、集光器のＸ７面及びこれに平行な面
で切った断面部は垂直側壁１７で結合されている。これ
ら側壁１７は対称であると共にランプ容２７．６と［妾
４−る尖頭点で一致する。数学的見地敷り、各側壁１７
は３個の部分を有し、これら３個の部分が尖頭点で交差
するアークと接するラインによって規定される垂直アー
ク形状に関して理想的な輪郭を規定する。各側壁の第１
の部分１５は尖頭点から図示のラインに沿う光線により
形成されるラインまで延在する垂直アークのインボリュ
ートである。第２のすなわち中間の部分１６は、垂直ア
ークと接するように放射した光線がＺ軸に対して最大角
θ、を有する法則に従う。この部分１５はライン２９と
反則体との交点に向けて延在する。部分１５及び１６は
、参考例としてあげた米国特許第４，２３０，０９５号
で説明したブレース加工された円筒状吸収体の反射体形
状と対応している。第３の部分１７は断面とした場合直
線（反射体の平坦部分）とされると共に他方の側壁１４
側の側壁１７と平行に対向している。これらの側壁１７
は角度θ８が増大することなく光を単に反射するだけで
あり、Ｘ７面の理想的な反射体輪郭を出射開口部まで延
在させるために必要である。出射側聞口２０の大きさを
大きくすることなく反射体を一層長くしたい場合、側壁
１２も同様に互いに平行に延在させて光パイプを形成す
ることができる。
第３図はＸ７面で切った詳細な構成を示し、反射体の輪
郭をＰ及びθで規定する。ここで、Ｐは光源から集光器
に向けて測定した光源の接線長であり、θは接線の法線
と−Ｚ軸との間の角度である。ここで、次式が成立する
。
ｒ菫 θ、＝ｃｏｓ−’（） π θ、−θ８　＋ インボリュート部分１５の先端及び後端を規定する接線
長である。ｐＸは部分１６の後端部を規定する接線長で
ある。ここで、平坦部分１７（第１ｃ図）がなかったな
らば、Ｐ、Ｉで示される光線はそのまま反射体から出射
する。従って、第１のすなわちインボリュート部分１５
ば次式で規定することができる。
］）−（θ七〇、）ｒま ただし、θ８〈θ〈θ。
こごで、θ、はオーバラップ角、すなわち角度θＢの増
加分をこれに加えた場合接線長Ｐ、のアークの角度を規
定する。こ・の角度θ、は次式で与えられる。
θ、＝　　　　　π−θ８ Ｚ軸に対して測定した角度θ８及びθ、は部分１５の先
頭部と終端部を規定し、角度θ、は部分１６の終端部を
規定する。同様に、Ｐ、及びＰ３は第２のずなわら中間
部分は次式で規定される。
π ｒ＋　（θ−１−２θ、十θつ＋ ｃｏｓ　（θ−θＸ）］ Ｈ−ｓｉｎ（０ ただし、θ、〈θ〈θ。
θＸ） Ｘ、Ｚ座標について、Ｐは以下の式で規定される Ｘ＝ｒ＋ｓｉｎθ−Ｐ　ｃｏｓθ Ｚ＝ｒ＋ｃｏｓθ−Ｐ　　ｓｉｎθ 上述した説明に裁けば、出射開口が５０ｍｍＸ６７ｍｍ
であって、アーク長しが６柵、アーク径ｒ１が０．５ｍ
ｍ及び容器径が５　ｍｍの光源の場合、θＸ＝９．９゜
及びθ、　＝６．９°になる。
上記の数値は例えばウィンストン（Ｗｉｎｓｔｏｎ　）
及びウェルフォード（Ｗｅｌｆｏｒｄ　）らの従来技術
で見い出されており、本明細書では説明の便宜のためだ
けに用いるものとする。複合楕円形反射体や複合ハイパ
ブリック集光器のような他の非結像性反射体を用い、放
射光の偏角を制限した状態で出射開口からほぼ均一の照
明光を出射させることができる。さらに、複合楕円反射
体のような反射体を用いて出射開口からｑすれた平面を
ほぼ均一な照明光で照明することが既知である。特に、
雑誌「アプライド　オプテックス（Ａｐｐｌｉｅｄ　０
ｐｔｉｃｓ）　１第２４巻Ｎｏ、　８に記載されている
ウェルフォード及びウィンストンによる文献［ブザイニ
ング　ジエ、乙うラ・イスト　コニンク　コンセントレ
ータスフ、ｌ−：ｌンヘンシュＩす”ル　オプチカル　
システム（１〕ｅｓｉ６ｎｉＢ　ｇｅｎｅｒａｌｉｚｅ
ｄ　ｃｏｎｉｃ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａＬｏｒｓｆｏｒ　
ｃｏｎｖｃｎＬｉｏｎ旧０ｐｔｉｃａｌ　ｓｙｓｔｅｍ
ｓ）　Ｊや米国時１１１第３９５７０３１号から既知で
ある。また、同様に他の形状の光源を用いて矩形出射開
口から照明することもできる。例えば点光源又は球体光
源を用いてＸＺ平面及びＹＺ平面の両方に尖頭部を形成
してもよい。
従って、本発明は、非結像性反射体の形態に関するもの
゛（はなく、内部光源及び投影系と共働するＧ用件の認
、識が本発明を１７４成するものである。
光源及び非４、冒’（′、Ｉ’Ｌ反射体を有する１４７
明系から放射した光ヒームは、平行光に対して十分に小
さな偏角で出射することができ、従ってＬ　に　Ｄを利
用する投影テレビジ壬！ン装置を構成することができる
。
このような投影装置の例を以下に説明する。
第４図は可視スペクトルの赤、緑及び青の部分にそれぞ
れ対応する３個のランプ２４．３０及び３６を示す。こ
れらのランプはそれぞれ非結像性反射体２６、３２．３
８と共働して、変調装置として作用する液晶表示器（Ｌ
ＣＤ　）　２８．３４．４０をそれぞれ照明する。次に
、ＬＣＤ上の赤、緑及び青の画像はダイクロイックプリ
ズム４２により結合されてレンズ４４により投影される
。第５図は別の３個の光源から成る光学系を示す。この
光学系においてはＬＣＤ２８及び３４の画像はグイクロ
イックフィル４６により結合され、次に別のダイクロイ
ックフィルタ４８によりＬＣＤ４０の画像と結合されて
レンズ４４により投影される。
第６図において、白色光源５０からの光をダイクロイッ
クフィルタ５２．５５により赤、緑及び青のチャネルに
分離し、ミラー５３によりそれぞれＬＣＤ５４　。
５６、５７に向けて反射し、次にプリズｌ、６０により
結合してレンズ６１を介して投影する。レンズ６２及び
６３を用いて非結像性反射体の出射開口からの光をＬＣ
Ｄ上に結像する。第７図に示す実施例も同様に、白色光
源５０及びダイクロイックフィルタ５２．５５を用いて
３個のチャネルからの光をそれぞれＬＣＤ５４５６、５
７上に結像させると共に、ダイクロイックフィルタ５８
．５９を用いてこれらの画像を結合してレンズ６１を介
して投影する。
上述した説明は実施例に関するものであり、本発明は上
述した実施例に限定されず種々の変形や変更が可能であ
る。
【図面の簡単な説明】
第１八図は円筒状光源ををする非結像型集光器の構成を
示す斜視図、 第１Ｂ図は第１八図のＹＺ平面断面図、第１Ｃ図は第１
４図のｘＺ平面断面図、第２図は円筒状光源の正面図、 第３図は第１Ｃ図の集光器の輪郭の数値を示す線図、 第４図はダイクロイックプリズムを具える３光源照明系
の構成を示す平面図、 第５図は２個のダイクロイックフィルタを具える３光源
照明系の構成を示す平面図、 第６図はカラー分離用ダイクロイックフィルタ及び画像
を結合するダイクロイックプリズムを具える単一光源照
明系の構成を示す平面図・第７図はカラー分離用ダイク
ロイックフィルタ及び画像結合用ダイクロインクフィル
タを具える単一光源照明系の構成を示す平面図である。 ２・・・光源 ４・・・電極 ５・・・アーク ６・・・ガラス容器 １０・・・反射体 １２、１４・・・側壁 ２０・・・出射開口 ２４、３０．３６・・・ランプ ２８、３４．４０・・・ＬＣＤ ４２・・・グイクロインクプリズム ４４、６１・・・投影レンズ ５２、５５・・・ダイクロイックフィルタ↑゛ ＦＩＧ、６

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、少なくとも１個の光チャネルを有する表示装置であ
    って、各チャネルが照明系と、この照明系の光路中にあ
    る矩形変調装置と、前記変調装置の画像を投影する投影
    レンズとを有する表示装置において、 前記照明系が、矩形の出射開口及びＺ方向中心軸を有す
    る非結像性反射体を具え、光源が前記反射体の内部に中
    心軸に沿って位置決めされて、前記出射開口を照明し、
    前記反射体が光源と共働して前記変調装置を少なくとも
    ほぼ均一に照明するように構成したことを特徴とする表
    示装置。 ２、前記光源が円筒状とされると共にＸＹＺ座標系のＸ
    Ｙ平面内に芯立てされ、この光源は、Ｙ軸に沿う長さ及
    びＸ軸に沿う径を有するアークを有し、さらに、この光
    源は前記アークと同心状の円筒状容器を有し、前記反射
    体のＸＹ平面の断面部分が少なくともほぼ矩形とされて
    いることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。 ３、前記反射体のＹＺ平面の断面が複合放物線形状を有
    することを特徴とする請求項２に記載の表示装置。 ４、前記反射体のＸＺ平面の断面が細長状とされると共
    に、前記容器と当接する尖頭部で一致する２個の対称的
    な側壁を有し、前記ＸＺ平面における断面が、前記尖頭
    部で交差する２本の接線と実際のアークとによって規定
    される垂直アーク形状について決定された理想的な輪郭
    を有することを特徴とする請求項１、２又は３のいずれ
    か１項に記載の表示装置。 ５、前記側壁が、前記出射開口と隣接する平行境界面を
    有することを特徴とする請求項４に記載の表示装置。 ６、前記変調装置が、前記出射開口と直接隣接すること
    を特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の表
    示装置。 ７、それぞれ赤、緑及び青の３原色の１個に対応する３
    個の光チャネルを有しカラー画像を投影する請求項１か
    ら６までのいずれか１項に記載の表示装置において、前
    記３個の光チャネルの変調装置の画像を結合する手段を
    有し、１個の共通の投影レンズにより投影するように構
    成したことを特徴とする表示装置。 ８、前記画像結合手段が、ダイクロイックプリズム系を
    有することを特徴とする請求項７に記載の表示装置。 ９、前記画像結合手段が１対のダイクロイックフィルタ
    を有し、これらフィルタの一方が第１及び第２の変調装
    置の画像を結合し、他方のフィルタが第１及び第２の変
    調装置の結合された画像と第３の変調装置の画像とを結
    合して、前記共通のレンズにより投影するように構成し
    たことを特徴とする請求項７に記載の表示装置。 １０、前記光チャネルの各々が、可視スペクトルの赤、
    青及び緑の部分にスペクトル的にそれぞれ対応する個別
    の光源を有することを特徴とする請求項７から９までの
    いずれか１項に記載の表示装置。 １１、単一の白色光源と、この光源の後段に配置され、
    光源からのビームを３個の光チャネル用の赤、緑及び青
    のビームにそれぞれ分離するカラー分離手段とを具える
    ことを特徴とする請求項７から９までのいずれか１項に
    記載の表示装置。
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