CN1721942A - 半透射反射型彩色液晶显示装置 - Google Patents

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Abstract

提供半透射反射型彩色液晶显示装置，在透射模式时的显示亮度良好，而在反射模式时的显示可以是明亮、鲜明的。半透射反射型彩色液晶显示装置(1)具有：液晶显示面板(9)，各像素上设置了红色用滤光片(13r)、绿色用滤光片(13g)、蓝色用滤光片(13b)；照明装置(5)，从背面侧照明液晶显示面板(9)；及半透射反射膜(12)，形成在液晶显示面板(9)内侧，且在对应于液晶显示面板(9)的各像素的位置上形成3个使光透射的开口(32)；其中，在上述各像素上设置的滤光片(13r、13g、13b)分别形成在上述3个开口(32)上，该开口(32)周围的反射膜上被形成为没有实质形成上述滤光片的反射部露出部(45)。

Description

半透射反射型彩色液晶显示装置
技术领域
本发明涉及具有半透射反射膜的彩色液晶显示装置。
背景技术
在便携式电话机或者便携式游戏机等便携式电子设备中，其电池驱动时间对使用的方便程度有很大的影响，因此具有可以抑制功耗的半透射反射型彩色液晶显示装置作为显示部分。在半透射反射型彩色液晶显示装置中，例如具有半透射反射膜等，半透射反射膜等使从其前面入射的外部光反射而且形成有使背面侧的背光透射的开口。
在这样的半透射反射型彩色液晶显示装置内，对应于彩色显示的液晶显示装置具备发出红、绿、蓝三原色的彩色滤光片、以及在与各个彩色滤光片相对应的位置上形成使背光透射的开口的半透射反射膜(例如，专利文献1)。在这样以往的半透射反射型彩色液晶显示装置中，上述半透射反射膜的开口周围的反射部上存在彩色滤光片。
在移动用途的设备中，优选利用了外部光的反射时好看的点在扩散性光源下的反射率为大于等于5％，此外透射率依赖于搭载的光源亮度，为了在室内等得到充分的视认性，一般优选透射率大于等于3％。
【专利文献1】日本特开平11-183892号公报
可是，在以往半透射反射型彩色液晶显示装置中，为了使上述开口的各像素每个的开口率是20％～25％，半透射反射膜的像素对应区域的反射区域(反射部)的比例变大，由此在不使用背光的反射模式时可得到明亮的显示，但使用背光的透射模式时显示就变暗了。例如，上述开口率为20％～25％时，反射的NTSC(NationalTelevision Standards Committee)比在扩散性光源的情况下大约为15％左右，在平行光光源的情况下大约为30％左右，且反射亮度在扩散性光源的情况下为5％左右。此外，虽然透射NTSC比是25％～35％，但透射率为1.5％左右，在透射模式时得不到足够的亮度。
由此，为了得到在透射模式时明亮、鲜明的显示，就考虑使上述开口率为40％～约60％。如果这样，则虽然可得到3％～5％左右的透射率，但存在由于反射区域的比例变小，故反射模式时的显示变暗的问题。例如，上述开口率在40％～约60％的情况下，虽然透射的NTSC比为25％～35％、且透射率为3％～5％左右，但反射的亮度在扩散光源下小于等于3.5％，甚至为1％左右。
在此，所谓NTSC比是表示彩色显示元件的色再现性的一个指标，它被定义为在色度图上该显示元件(本发明中是液晶显示元件)显示的三原色的点所成的三角形的面积，与连结红、绿、蓝三原色的点的三角形的面积之比。
发明内容
本发明是鉴于上述事情而提出来的，目的是提供一种半透射反射型彩色液晶显示装置，其透射模式时的显示亮度良好，而且反射模式时的显示可以是明亮、鲜明的。
为了达到上述目的，本发明提供一种半透射反射型彩色液晶显示装置，具有：液晶显示面板，各像素上设置了分别发出红、绿、蓝三原色光的红色用滤光片、绿色用滤光片、蓝色用滤光片之中至少任意一个以上的彩色滤光片；照明装置，从背面侧照明上述液晶显示面板；以及半透射反射膜，形成在上述液晶显示面板的外侧或者内侧，且在对应于上述液晶显示面板的各像素的位置上，根据设置在各像素上的彩色滤光片的数量形成使光透射的开口；其特征在于，在上述各像素上设置的上述滤光片形成在上述开口上，上述开口形成在对应于设置了该滤光片的像素的半透射反射膜的像素对应区域上，该开口周围的反射膜上被形成为没有实质形成上述滤光片的反射部露出部。
在上述构成的本发明的半透射反射型彩色液晶显示装置中，在上述液晶显示面板内内置有上述半透射反射膜，且在该半透射反射膜上直接设置上述红色用滤光片、绿色用滤光片、蓝色用滤光片。
俯视(平面视)上述任意一个构成的本发明的半透射反射型彩色液晶显示装置时，优选在上述半透射反射膜的开口上形成的彩色滤光片与该开口周围的反射膜的重复宽度为用目视不被视认的宽度。
这样的重复宽度可以小于等于10μm，此外，考虑到调整精度优选小于等于5μm。
此外，在本发明的半透射反射型彩色液晶显示装置中，优选在上述各像素上设置的彩色滤光片只形成在上述开口上，上述开口形成在与设置了该彩色滤光片的像素相对应的半透射反射膜的像素对应区域上。
此外，在上述任意一个构成的本发明的半透射反射型彩色液晶显示装置中，优选上述开口的各像素每个的开口率为30％～70％，更优选为40％～60％。
发明的效果如下：
在本发明的半透射反射型彩色液晶显示装置中，在上述开口周围的反射膜上设置没有形成上述滤光片的反射部露出部，从而与在开口周围的反射膜上形成彩色滤光片的以往类型相比较可以提高反射效率，因此透射模式时的显示亮度良好，而且反射模式时的显示可以是非常明亮、鲜明的。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式的半透射反射型彩色液晶显示装置的剖面图。
图2是表示在图1的彩色液晶显示装置的各像素上具有的3个点的各点上形成的彩色滤光片、和在对应于各点的半透射反射膜的点对应区域上形成的开口部的布置的平面图。
图3是图1所示的半透射反射膜的一部分的放大斜视图。
图4是图1所示的半透射反射膜的1个像素的放大平面图。
图5是示意地表示在图1所示的半透射反射膜上形成的凹部的斜面图。
图6是图5所示在凹部的纵剖面X的内面形状的剖面图。
图7是表示图1所示的半透射反射膜的反射特性例的图。
图8是表示本实施方式的彩色液晶显示装置的各像素上具有的3个点的各点上形成的彩色滤光片、和在对应于各点的半透射反射膜的点对应区域上形成的开口部的布置的其他例子的平面图。
图9是表示本实施方式的彩色液晶显示装置的各像素上具有的3个点的各点上形成的彩色滤光片、和在对应于各点的半透射反射膜的点对应区域上形成的开口部的布置的其他例子的平面图。
符号说明
1 半透射反射型彩色液晶显示装置；5背光源(照明装置)
9液晶显示面板；12半透射反射膜
13彩色滤光片；13c像素
13r、13g、13b彩色滤光片(滤光片)
31凹部(凹陷dimple)；32开口(透射区域)
33反射区域；36点；36a点对应区域
45反射部露出部；W重叠宽度
具体实施方式
以下，参照本发明的实施方式的图面进行说明。
图1是表示本发明的实施方式的半透射反射型彩色液晶显示装置概况的放大剖面图。图2是表示在图1的彩色液晶显示装置的各像素上具有的3个点的各个点(子像素)上形成的彩色滤光片和在对应于各点的半透射反射膜的点对应区域上形成的开口部的布置的平面图。
本实施方式的彩色液晶显示装置1包括液晶显示面板9和作为照明装置的背光源5，该液晶显示面板9是将夹持液晶层30而相对置的透明的玻璃等组成的第1基板(下基板)10和第2基板(上基板)20，用环状地设置在这2枚基板10、20的周边部的密封材料40粘接为一体化。
在第1基板10的液晶层30侧顺序地层叠了：用于在半透射反射膜12上形成下述的凹部(凹陷dimple)31的有机膜11；使入射到彩色液晶显示装置1上的光反射、且使来自背光源5的光透射的半透射反射膜12；用于进行彩色显示的彩色滤光片13；用于覆盖并保护有机膜11和半透射发射膜12、且将基于有机膜11和彩色滤光片13的凹凸平坦化的透明的保护膜14；用于驱动液晶层30的电极层15；以及用于控制构成液晶层30的液晶分子的取向的取向膜16。此外，在第2基板20的液晶层30侧顺序地层叠了：用于驱动液晶层30的电极层25、用于平坦化基于电极层25的凹凸的透明的保护膜24、以及用于控制构成液晶层30的液晶分子的取向的取向膜26。
第1电极15和第2电极25都是具有长方形的平面形状且俯视排列成条状。第1电极15和第2电极25由具有光透射性的透明电极材料构成。第1电极15在图示的左右方向延伸。另外，第1电极15的延伸方向和第2电极25在俯视图上是相互垂直布置的。因此，在1个第1电极15和1个第2电极25交叉的位置上分别形成液晶显示面板9的1个点，对应于各个点来布置下述3色的彩色滤光片之中的1色的彩色滤光片。
另外，显色红(R)、绿(G)、蓝(B)的3点如图2所示构成液晶显示面板9的1个像素13c。在这个液晶显示面板9上，俯视时构成为在矩形的显示区域内，多个像素13c布置成矩阵。
有机膜11是为了在其上形成的半透射反射膜12上提供凹部31更有效地使反射光散射而设置的。如上所述，通过在半透射反射膜12上形成凹部31，可以更有效地反射入射到彩色液晶显示装置1上的外部光，因此利用外部光反射进行照明时可以实现明亮的显示。
半透射反射膜12例如由铝或者银或者两者的合金等高反射率的金属薄膜等形成。在半透射反射膜12上，与液晶显示面板9的各像素相对应的区域(像素对应区域)上形成开口32。这个开口32用于使从背光源(照明装置)5照射的光可以透射由金属薄膜等形成的半透射反射膜12。在各像素对应区域上形成的开口32的数量是对应于各像素上设置的上述滤光片的数量而设置的。由于在本实施方式中，液晶显示面板9的各像素上分别设置了彩色滤光片13r、13g、13b，因此上述像素对应区域的开口32设置为3个。优选开口32的各像素每个的开口率(像素对应区域上形成的开口的面积的合计/像素的面积)为30％～70％，更优选设置为40％～60％。
这个半透射反射膜12的开口32用作透射区域，且开口32周围的反射膜(金属薄膜)用作反射区域33。
在这个半透射反射膜12之上形成彩色滤光片13。
彩色滤光片13例如由分别发出光的三原色即红(R)、绿(G)、蓝(B)三原色的R彩色滤光片(红色用滤光片)13r、G彩色滤光片(绿色用滤光片)13g、B彩色滤光片(蓝色用滤光片)13b组成，这些3色的彩色滤光片可以由重复图形形成。各彩色滤光片分别形成在对应的第2电极25和第1电极15的交叉位置的下侧，各像素13c的每一个布置了彩色滤光片13r、13g、13b的组。另外，通过驱动控制与各个彩色滤光片13r、13g、13b相对应的电极，就可以控制像素13c的显示色。
如图1和图2所示的彩色滤光片13r、13g、13b分别形成在3个开口32上，即，在本实施方式中3个彩色滤光片和3个开口32一一对应。在此，3个开口32形成在与设置了彩色滤光片13r、13g、13b的像素相对应的半透射反射膜的像素对应区域。
此外，为了在各开口32周围的反射膜(金属薄膜)上不形成彩色滤光片，设置了露出反射膜的反射部露出部45。
在开口32上形成的彩色滤光片与该开口32周围的反射膜的重叠宽度W优选设置为用目视不被视认的宽度，例如可以小于等于10μm，考虑调整精度后优选设置为小于等于5μm。
而且，虽然彩色滤光片之间有间隙，但由于这个间隙用上述透明的保护膜14填埋，因此从液晶层一侧看时认为彩色滤光片之间是反射膜。
本实施方式的液晶显示装置中，由于实现防止半透射反射膜的开口部周围在透射状态下发生色的混色的功能，因此不需要以往已知的黑矩阵，而且，由于在反射型中不存在黑矩阵的黑图形，因此不损伤显示画面的亮度。
本实施方式中对应于各点36的半透射反射膜的各点对应区域上，一个一个形成开口32。开口32的各点每个的开口率(开口的面积/点的面积)为30％～70％，优选为40％～60％。
在与第1基板10的液晶层30侧相反一侧(第1基板10的外面侧)上设置了由相位差板以及偏振片组成的层叠膜18，且在与第2基板20的液晶层30侧相反一侧(第2基板20的外面侧)上顺序地层叠了相位差板27和偏振片28。
此外，在第1基板10的层叠膜18的外侧上配置背光源5，作为用于在彩色液晶显示装置1上进行透射显示的照明装置。
利用图3对有机膜11和半透射反射膜12进行详细说明。
图3所示是包含有机膜11和在其上形成的半透射反射膜12的部分的斜视图。如图所示，在有机膜11的表面上，由其内面形成为球面等曲面的一部分的多个凹部11a在左右重合而连续形成，且在该面上层叠了半透射反射膜12。利用在这样的有机膜11的表面上形成的凹部11a，在半透射反射膜12上形成凹部31。此外，在半透射反射膜12的一部分上形成矩形的开口32。这样的开口32例如可以利用蚀刻形成。
凹部31例如优选深度在0.1μm～3μm的范围随机地形成，邻接的凹部31的间距(pitch)在5μm～50μm的范围随机地布置，且凹部31内面的倾斜角设定在-30度～+30度的范围。特别重要的是如下两点：将凹部31的内面的倾斜角分布设定在-30度～+30度的范围这点，以及在平面全部方向上随机布置邻接的凹部31的间距这点。其原因是假设如果邻接的凹部31的间距是有规则性的，就会有出现光的干涉色从而反射光附着颜色的不良情况。
此外，如果凹部31内面的倾斜角分布超出-30度～+30度的范围，则反射光的扩散角过大从而反射强度降低，且得不到明亮的显示(在空气中反射光的扩散角大于等于36度，液晶显示装置内部的反射强度峰值降低，全反射损失变大)。而且，如果凹部31的深度超过3μm，则在后工艺中平坦化凹部31时用平坦化膜(保护膜14)过于填埋凸部的顶端，就得不到所希望的平坦性而成为显示不均的原因。
邻接的凹部31的间距不满5μm时，有对形成有机膜11的凹凸形状的加工模具的制作上的限制，加工时间太长，就不能只得到所希望的反射特性的形状，会产生发生干涉光等问题。此外，实际上在上述加工模具制作中使用直径为30μm～100μm的加工工具的情况下，优选使邻接的凹部31的间距在5μm～50μm。
利用这样的结构，半透射反射膜12使来自背光源5的照明光Per透射开口32，且利用形成了多个凹部31的反射区域33可以更有效地使外部光N反射。
图4所示是从上面看图3所示的半透射反射膜时的1点区域的详细状态的放大平面图。开口32如图4所示可以形成为靠近矩形的点对应区域36a的边缘36b。
如图5所示，例如在半透射反射膜12上形成的凹部31的特定纵剖面X的内面形状，是由从凹部31的一个周边部S1至最深点D的第1曲线A、和连接这个第1曲线A从凹部31的最深点D至其他的周边部S2的第2曲线B1组成的曲线形状。这些曲线A、B1在凹部31的最深点D相对于平坦面S的倾斜角同时为零，互相连接。
第1曲线A相对于平坦面S的倾斜角比第2曲线B1的倾斜角更陡，最深点D在x方向上从凹部31的中心0有位置偏移。即，第1曲线A相对于平坦面S的倾斜角的绝对值的平均值比第2曲线B1相对于平坦面S的倾斜角的绝对值的平均值更大。在本实施方式中，构成被形成了多个的各个凹部31的第1曲线A的倾斜角的绝对值的平均值，优选在1～89°的范围内相互不规则地分布(有偏差)。此外，各个凹部31的第2曲线B1的倾斜角的绝对值的平均值也优选在0.5～88°的范围内相互不规则地分布。
由于上述两曲线A、B1的倾斜角从凹部31的周边部至最深点D平缓地变化，如图5、6所示的第1曲线A的最大倾斜角δa(绝对值)比第2曲线B1的最大倾斜角δb更大。此外，第1曲线A和第2曲线B1相接的最深点D相对于平坦面S的倾斜角为零，在这个最深点D，倾斜角的正负不同的两曲线A、B1平缓连接。
例如各个凹部31的最大倾斜角δa在2～90°的范围内不规则地分布。但是，多个凹部31的最大倾斜角δa在4～35°的范围内不规则地分布。此外，如图5、6所示的凹部31，它的凹面具有单一的极小点(倾斜角为零的曲面上的点)D。另外，这个极小点D与平坦面S的距离形成凹部31的深度d，这个深度d对于被形成多个的凹部31分别在0.1～3μm的范围内不规则地分布。
优选多个凹部31的第1曲线A优选在单一方向上取向。由于这样的结构，可以将由半透射反射膜12反射的反射光的方向，从正反射的方向错开到特定的方向。结果是，作为特定纵剖面的综合反射特性，利用第2曲线B1周围的面增加了被反射方向的反射率，可得到在特定的方向上会聚反射光的反射特性。在图7中示出了，外部光以入射角30°照射使上述凹部31的第1曲线A在单一的方向上取向的半透射反射膜，以相对于平坦面S的正反射的方向30°为中心使受光角从半透射反射膜的垂线位置(0°)到60°摆动时，受光角(θ°)和亮度(反射率)的关系。
从图7明显看出，第1曲线A在单一方向取向的半透射反射膜，反射特性在20°～50°大范围内较高，而且在受光角小于相对于平坦面S的正反射角度30°时的反射率的积分值，比在受光角大于正反射的角度时的反射率的积分值更大。即，在受光角20°附近可以得到更大的反射强度。
利用以上的结构，彩色液晶显示装置1例如在不连续使用的待机时或确认时刻等不需要特别精细的显示的用途时，使其在反射模式下操作使用。
此外，在白天的室外等外部环境明亮的场所使用的情况下，当显示器的表面亮度小于100nit(cd/m2)时单独在透射模式下看不清，若使其在反射模式下操作，则当外部光入射到液晶显示面板9时，被由金属薄膜等形成的半透射反射膜12的开口32以外的反射区域(反射膜)33反射，照亮了液晶显示面板9。在此，由于在开口32以外的反射区域上形成为没有形成彩色滤光片的反射部露出部45，所以比在反射膜上形成彩色滤光片时更能提高反射效率。因此，反射模式时，利用反射区域33可以实现明亮的黑白显示。此外，在白天的室外等外部环境明亮的场所，想看到视认性以及色的再现性好的精细的显示时，若并用背光源(一般情况下在使用设备时为透射操作模式、背光源点亮的设备较多)，则透射模式的设备上，即使视认性不好时也可以实现配合基于反射的亮度和基于透射模式的颜色的特性，而进一步提高视认性。
另一方面，在夜间或昏暗的室内等外部环境昏暗的场所使用的情况下，由于点亮背光源5而处于透射模式，所以从背光源5照射出的照明光Per透射半透射反射膜12的开口(透射区域)32照亮了液晶显示面板9。因此，在透射模式时，可以看到利用实质的透射区域的明亮的彩色显示。
在本实施方式的彩色液晶显示装置中，通过在开口32周围的反射膜(反射区域)上设置没有形成上述滤光片的反射部露出部45，从而可以与在开口32周围的反射膜上形成彩色滤光片的以往类型相比较，提高反射效率，因此透射模式时的显示亮度良好，而且反射模式时的显示可以是明亮、鲜明的。
此外，即使上述开口的各像素每个的开口率大于40％～60％，但由于反射区域不由彩色滤光片覆盖，可以增大从外部入射的光的反射强度，因此透射模式时的显示可以是鲜明的，而且反射模式时的显示可以是明亮的。
列举具体的例子，实施例的半透射反射型彩色液晶显示装置，其每个点的活动(active)率为75％～80％，开口32的各点每个的开口率为40％～60％，反射区域33完全露出(不由彩色滤光片覆盖)时各点每个的比例(反射部率)为15％～40％，在该半透射反射型彩色液晶显示装置中，虽然透射的NTSC比为25～35％，透射率为3～5％左右，反射NTSC比大约为0％，但是反射的亮度在扩散性光源下为10％～5％，是良好的。加之和背光源并用的情况下，若在透射模式下在外部光源下使用时接近透射NTSC比，就可得到符合反射模式时的明亮显示的特性。
另一方面，比较例的半透射反射型彩色液晶显示装置为，其每个点的活动率为75％～80％，开口32的各点每个的开口率为40％～60％，反射区域33的各点每个的比例(反射部率)为15％～40％，各点每个的反射区域33的露出比例为0％，其他与上述实施例相同时，在该半透射反射型彩色液晶显示装置中，透射的NTSC比为25～35％，扩散性光源时的反射亮度为1～3.5％左右，在实用性方面有很大的问题。
而且，在上述实施方式中，对在半透射反射膜12的各点对应区域36a上一个一个设置开口32、且在这个开口32上设置一个彩色滤光片(彩色滤光片13r或者13g或者13b)的情况进行说明，但也可以如图8或者图9所示，在半透射反射膜12的各点对应区域36a上设置多个(图8中为2个2个)开口32，且在这多个开口32上分别设置彩色滤光片(在相同点内设置的多个彩色滤光片的颜色是相同)。而且，虽然图8中开口32的面积无论在哪个点区域36a上都被设置为相同的大小(无论彩色滤光片的颜色是R、G、B哪个颜色，在彩色滤光片之下形成的开口部的面积都被设置为相同的大小)，但也可以根据彩色滤光片的颜色来改变开口32的面积，例如也可以如图9所示，在R的彩色滤光片13r下形成的开口32的面积SR、在G的彩色滤光片13g下形成的开口32的面积SG、在B的彩色滤光片13b下形成的开口32的面积SB时，使SG＜SB≤SR。
此外，上述实施方式中在半透射反射膜上形成凹部，但除此以外，也可以在半透射反射膜的表面上形成多个细微的凸部，这是完全适用的。
此外，在上述实施方式中，对半透射反射型彩色液晶显示装置是无源矩阵型液晶显示装置的情况进行了说明，但本发明的半透射反射型彩色液晶显示装置也可以适用于使用了TFT元件或者TFD元件等转换(开关)元件的有源矩阵型液晶显示装置，在这样的情况下也可以得到本发明的效果。

Claims (8)

1.一种半透射反射型彩色液晶显示装置，具有：液晶显示面板，在各像素上设置了分别发出红、绿、蓝三原色光的红色用滤光片、绿色用滤光片、蓝色用滤光片之中至少任意一个以上的彩色滤光片；照明装置，从背面侧照明上述液晶显示面板；以及半透射反射膜，形成在上述液晶显示面板的外侧或者内侧，且在对应于上述液晶显示面板的各像素的位置上，根据设置在各像素上的彩色滤光片的数量形成使光透射的开口；其特征在于，
在上述各像素上设置的上述彩色滤光片形成在上述开口上，上述开口形成在与设置了该彩色滤光片的像素相对应的半透射反射膜的像素对应区域上，该开口周围的反射膜上被形成为没有实质形成上述彩色滤光片的反射部露出部。
2.如权利要求1记载的半透射反射型彩色液晶显示装置，其特征在于，在上述液晶显示面板内内置有上述半透射反射膜，且在该半透射反射膜上直接设置上述红色用滤光片、绿色用滤光片、蓝色用滤光片。
3.如权利要求1或2记载的半透射反射型彩色液晶显示装置，其特征在于，俯视上述半透射型彩色液晶显示装置时，在上述半透射反射膜的开口上形成的彩色滤光片与该开口周围的反射膜的重复宽度，为用目视不被视认的宽度。
4.如权利要求1、2或3记载的半透射反射型彩色液晶显示装置，其特征在于，在上述半透射发射膜的开口上形成的彩色滤光片与上述开口周围的反射膜的重复宽度为小于等于10μm。
5.如权利要求1记载的半透射反射型彩色液晶显示装置，其特征在于，在上述各像素上设置的彩色滤光片只形成在上述开口上，上述开口形成在与设置了该彩色滤光片的像素相对应的半透射反射膜的像素对应区域上。
6.如权利要求1记载的半透射反射型彩色液晶显示装置，其特征在于，上述开口的各像素每个的开口率为40％～60％。
7.如权利要求1记载的半透射反射型彩色液晶显示装置，其特征在于，上述开口的面积根据彩色滤光片的颜色决定。
8.如权利要求1记载的半透射反射型彩色液晶显示装置，其特征在于，在上述红色用滤光片、绿色用滤光片、蓝色用滤光片之下形成的开口的面积分别为SR、SG、SB时满足下式。
(式)SG＜SB≤SR
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