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TWI382257B - 液晶顯示裝置 - Google Patents

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TWI382257B
TWI382257B TW097128851A TW97128851A TWI382257B TW I382257 B TWI382257 B TW I382257B TW 097128851 A TW097128851 A TW 097128851A TW 97128851 A TW97128851 A TW 97128851A TW I382257 B TWI382257 B TW I382257B
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Chun Jui Wang
Chien Hong Chen
Chih Yung Hsieh
Heng Hsien Li
Wei Ting Hsu
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Chimei Innolux Corp
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Priority to JP2009172256A priority patent/JP2010033054A/ja
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Description

液晶顯示裝置
本發明是有關於一種顯示裝置，且特別是有關於一種液晶顯示裝置(liquid crystal display)。
針對多媒體社會之急速進步，多半受惠於半導體元件或顯示裝置的飛躍性進步。就顯示裝置而言，具有高畫質、空間利用效率佳、低消耗功率、無輻射等優越特性之液晶顯示裝置已逐漸成為市場之主流。
目前，市場對於液晶顯示裝置的性能要求是朝向高對比(high contrast ratio)、無灰階反轉(no gray scale inversion)、色偏小(low color shift)、亮度高(high luminance)、高色彩豐富度、高色飽和度、快速反應與廣視角等特性。目前能夠達成廣視角要求的技術包括了扭轉向列型(twisted nematic,TN)液晶加上廣視角膜(wide viewing film)、共平面切換式(in－plane switching,IPS)液晶顯示裝置、邊際場切換式(fringe field switching)液晶顯示裝置與多域垂直配向式(multi－domain vertically alignment,MVA)液晶顯示裝置等。
然而，在扭轉向列型液晶顯示裝置中，液晶層上下都必須使用配向層對液晶分子進行配向，使得製程時間較長且成本較高。此外，扭轉向列型液晶顯示裝置還有視角不對稱、暗態畫面亮度較高以及對比度較低等缺點。在垂直配向式液晶顯示裝置中，則存在光穿透率較差、反應速度 較慢以及色偏較嚴重等缺點。
本發明提供一種液晶顯示裝置，適於提高穿透率與視角對稱性。
本發明之液晶顯示裝置具有至少一個畫素區，且包括一第一基板、一第二基板與一液晶層。第一基板在畫素區具有至少一個畫素電極。畫素電極具有多個第一狹縫、多個第二狹縫與至少一第三狹縫。第一狹縫與第二狹縫分別連接第三狹縫。各第一狹縫以其與第三狹縫的連接點為起點而沿一第一向量延伸。各第二狹縫以其與第三狹縫的連接點為起點而沿一第二向量延伸。第二基板具有一共用電極與覆蓋共用電極的一配向層。液晶層配置於第一基板的畫素電極與第二基板的配向層之間。液晶層靠近配向層之液晶分子受配向層的配向而預傾，至少部分預傾的液晶分子的長軸在第二基板上的投影以液晶分子靠近該配向層的一端為起點而形成第三向量。第三狹縫平行第三向量的方向。第三向量與第一向量的夾角為θ1，第三向量與第二向量的夾角為θ2，其中90°≦θ1≦160°，90°≦θ2≦160°。
在此液晶顯示裝置的一實施例中，120°≦θ1≦150°，120°≦θ2≦150°。
在此液晶顯示裝置的一實施例中，θ1＝θ2
在此液晶顯示裝置的一實施例中，畫素區分為一第一區與一第二區，位於第一區的預傾的液晶分子的長軸在第二基板上的投影以液晶分子靠近配向層的一端為起點而形 成第三向量，位於第二區的預傾的液晶分子的長軸在第二基板上的投影以液晶分子靠近配向層的一端為起點而形成一第四向量。第三向量的方向平行第四向量的方向，且第三向量與該第四向量都朝向第一區與第二區之交界線。舉例而言，θ1＝θ2＝90°。此外，第一狹縫與第二狹縫例如位於第一區，而畫素電極例如更具有多個第五狹縫與多個第六狹縫。第五狹縫與第六狹縫位於第二區且分別連接第三狹縫。各第五狹縫以其與第三狹縫的連接點為起點而沿一第五向量延伸。各第六狹縫以其與第三狹縫的連接點為起點而沿一第六向量延伸。第三向量與第五向量的夾角為θ5，而第三向量與第六向量的夾角為θ6，且90°<θ5≦160°，90°<θ6≦160°。另外，例如90°<θ1≦160°，90°<θ2≦160°，而畫素電極可更具有一第四狹縫，位於第一區與第二區之交界線而沿實質上垂直第三向量的方向延伸。
在此液晶顯示裝置的一實施例中，預傾的液晶分子的長軸與第二基板之法線方向之間的夾角大於0°且小於等於15°。
在此液晶顯示裝置的一實施例中，更包括一第一偏振片與一第二偏振片，分別配置於第一基板與第二基板遠離液晶層之表面上。此外，第一偏振片與第二偏振片之偏振方向例如實質上互相垂直。
在此液晶顯示裝置的一實施例中，第一基板為主動元件陣列基板。另外，第一基板可更具有至少一個彩色濾光膜，位於畫素區。
在此液晶顯示裝置的一實施例中，第二基板更具有至少一個彩色濾光膜，位於畫素區。
在此液晶顯示裝置的一實施例中，更包括一背光模組，而第一基板、第二基板以及液晶層配置於背光模組上。
在此液晶顯示裝置的一實施例中，液晶層之液晶分子為負型液晶分子。
綜上所述，在本發明之液晶顯示裝置中，狹縫與預傾方向之間所夾的是非直角，可提高各畫素區的穿透率。另外，配向層使各畫素區中的液晶分子有兩種不同的預傾方向，可提高視角對稱性。
為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
圖1為本發明一實施例之液晶顯示裝置的局部剖示圖。請參照圖1，本實施例之液晶顯示裝置1000包括一第一基板100、一第二基板200與一液晶層300。液晶顯示裝置1000具有至少一個畫素區，而本實施例則以劃分為多個畫素區P10為例。液晶層300是配置於第一基板100與第二基板200之間，且第一基板100實質上平行第二基板200。第二基板200具有一共用電極210與一配向層220。其中，配向層220覆蓋共用電極210，且配向層220靠近液晶層300。
此外，液晶層300之液晶分子例如是採用負型液晶分 子。負型液晶分子的平行介電常數小於垂直介電常數，因此在受到電場作用時負型液晶分子的長軸將垂直電場方向。另外，液晶顯示裝置1000例如更包括一第一偏振片400與一第二偏振片500。第一偏振片400配置於第一基板100遠離液晶層300之表面，亦即第一偏振片400與液晶層300分別配置於第一基板100的兩個相對表面上。第二偏振片500配置於第二基板200遠離液晶層300之表面上，亦即第二偏振片500與液晶層300分別配置於第二基板200的兩個相對表面上。
再者，第一基板100可以是主動元件陣列基板，亦即第一基板100上具有掃瞄配線、資料配線、主動元件以及畫素電極等，稍後將對這些構件做較為詳細的說明。同時，前述之第一基板100還可更具有多個彩色濾光膜(未繪示)，其分別位於各畫素區P10。或者，第二基板200例如更具有多個彩色濾光膜230，其分別位於各畫素區P10。另外，若液晶顯示裝置1000採用穿透式或半穿透半反射式設計，則可更包括一背光模組600以提供面光源，而第一基板100、第二基板200以及液晶層300配置於背光模組600上。
圖2為圖1之液晶顯示裝置中第一基板的局部上視圖，圖3A與圖3B為圖1之液晶顯示裝置中單一畫素區的局部立體示意圖，其中圖3A顯示液晶層未受電場作用的狀態，而圖3B顯示液晶層受電場作用的狀態。
請參照圖2、圖3A與圖3B，第一基板100具有多個 畫素電極110。各畫素電極110分別位於一個畫素區P10，且各畫素電極110具有多個第一狹縫112、多個第二狹縫114與一個第三狹縫116。第一狹縫112與第二狹縫114連接第三狹縫116。這些第一狹縫112是沿一向量D12(平行圖3A中的X軸)延伸，此向量D12是以第一狹縫112與第三狹縫116的連接點為起點。這些第二狹縫114是沿一向量D14(平行圖3A中的X軸)延伸，此向量D14是以第二狹縫114與第三狹縫116的連接點為起點。此外，第一基板100例如還具有多條掃瞄配線120(圖2中僅繪示一條)、多條資料配線130以及多個主動元件140。其中，畫素區P10即由掃瞄配線120與資料配線130所定義。主動元件140與對應之掃瞄配線120、資料配線130及畫素電極110電性連接。主動元件140由對應之掃瞄配線120驅動，而畫素電極110經由主動元件140接收對應之資料配線130所傳輸之訊號。
液晶層300配置於第一基板100與第二基板200的配向層220之間，且畫素電極110是位於第一基板100朝向液晶層300的表面上。配向層220是對液晶層300進行垂直配向，亦即液晶層300的液晶分子在未受到電場作用時大致為垂直第二基板200的表面而排列，如圖3A所示。同時，配向層220也使鄰近的液晶層300的液晶分子預傾。本實施例中，每個畫素區P10分為一第一區P12與一第二區P14，而位於第一區P12的預傾的液晶分子的長軸平行於方向D20。其中，向量D12實質上垂直方向D20，而預 傾的液晶分子的長軸在第二基板200(即X－Y平面)上的投影方向則平行於Y軸。此外，預傾的液晶分子的長軸(即方向D20)與第二基板200之法線方向D30(即平行圖3A中的Z軸)之間的夾角可以大於0°且小於等於15°，當然此夾角也可以是其他的角度。使液晶層300之液晶分子沿方向D20預傾的目的在於使液晶分子在受電場作用而傾倒時能朝同一方向傾倒。
值得注意的是，由垂直第二基板200的方向觀看，位於第一區P12的預傾的液晶分子的長軸是倒向第一區P12與第二區P14之交界線，亦即這些液晶分子的長軸在第二基板200上的投影可構成以液晶分子靠近配向層220(標示於圖1)的一端為起點的向量A12。另一方面，由垂直第二基板200的方向觀看，位於第二區P14的預傾的液晶分子的長軸是倒向第一區P12與第二區P14之交界線，亦即這些液晶分子的長軸在第二基板200上的投影可構成以液晶分子靠近配向層220(標示於圖1)的一端為起點的向量A14。換言之，位於第一區P12與第二區P14的預傾的液晶分子的長軸是倒向第一區與第二區之交界線的不同側。當然，位於第一區P12的預傾的液晶分子的長軸也可倒向遠離第一區P12與第二區P14之交界線的方向，而位於第二區P14的預傾的液晶分子的長軸則倒向遠離第一區P12與第二區P14之交界線的方向。藉由這樣的設計，可讓單一畫素區P10中的液晶分子在受電場作用時會有兩種傾倒方向，進而提升液晶顯示裝置1000的視角對稱性。經 適當設計，單一畫素區P10中的液晶分子也可以有更多種預傾方向。
在配向層220的製作方法方面，可使用毛刷沿向量A12與A14的方向摩擦配向膜220，以在配向膜220上形成能讓液晶方子預傾之溝槽。或者，也可使用光配向法將配向膜220的分子結構做配向效果，此一方式對於液晶分子之配向角度是取決於配向光線之入射角度，同樣可產生兩種不同方向的預傾效果。
第三狹縫116之延伸方向D40是以實質上垂直向量D12為例做說明，但非用以限定本發明。本實施例中，配向層220是被沿著平行於第三狹縫116之延伸方向D40的方向做配向處理，而使預傾的液晶分子的長軸在第一基板100上的投影方向平行於Y軸。
在本實施例中，第一偏振片400與第二偏振片500為線性偏振片。其中，第一偏振片400之偏振方向D60與第二偏振片500之偏振方向D50例如是實質上互相垂直。如圖3A，由於本實施例中液晶層300之液晶分子在未受電場作用時是大致垂直第一偏振片400排列，因此通過第一偏振片400之光線的偏振方向將不會受到液晶層300的改變而無法通過第二偏振片500，亦即圖3A中的液晶顯示裝置1000是處於暗態(dark state)。如圖3B，當液晶層300之液晶分子受電場作用而轉動時，通過第一偏振片400之光線的偏振方向將受到液晶層300的改變而可通過第二偏振片500，亦即圖3B中的液晶顯示裝置1000是處於亮態(white state)。另外，本實施例中通過第二偏振片500之光線的偏振方向D50例如是實質上垂直向量D12，亦即偏振方向D50平行於Y軸，但非用以限定本發明。
圖4為圖3B之液晶顯示裝置中液晶層沿如圖2所示之I－I剖面線剖視，而在Y－Z平面上所見的局部剖視圖，其中繪示模擬所得之液晶分子的排列狀態。請參照圖3B與圖4，當液晶層300受電場作用時，在第一狹縫112之邊緣處的液晶分子會受到兩種方向的電場作用，一是共用電極210與畫素電極110之間的電場，另一則是第一狹縫112兩側之畫素電極110之間的電場。靠近共用電極210之液晶分子則主要受到共用電極210與畫素電極110之間的電場以及配向層配向的作用。因此，在第一狹縫112之邊緣處的液晶分子的長軸將大致平行於X軸，而靠近共用電極210之液晶分子的長軸將大致平行於Y軸，如圖4中的A區所示。由此可知，在對應第一狹縫112之邊緣處的A區中，液晶分子的作動模式會是扭轉向列模式。
同樣參照圖3B與圖4，當液晶層300受電場作用時，因為第一狹縫112之邊緣處的液晶分子的擠壓，在第一狹縫112中央以及第一狹縫112之間的畫素電極110中央的液晶分子(即對應圖4中的B區的液晶分子)會以垂直配向模式作動。具體而言，B區的靠近第一基板100的液晶分子的長軸在X－Y平面上的投影大致與X軸夾45°。
由於各畫素區P10之液晶分子的作動模式同時包括了扭轉向列模式與垂直配向模式，因此本實施例之液晶顯示 裝置1000可獲得、暗態畫面亮度較低、高對比度、高光穿透率、反應速度較快以及色偏輕微等優點。此外，由於第一區P12及第二區P14之液晶分子的預傾方向不同，因此可進一步提高本實施例之液晶顯示裝置1000的視角對稱‘性。
圖5為本發明另一實施例之液晶顯示裝置中單一畫素電極的示意圖。本實施例之液晶顯示裝置與前述實施例的差異在於畫素電極上的狹縫分佈。請參照圖5，畫素電極2000具有多個第一狹縫2100與多個第二狹縫2200與兩個第三狹縫2300。第三狹縫2300的數量也可以是一個或更多。第一狹縫2100沿向量D70延伸，向量D70以第一狹縫2100與第三狹縫2300的連接點為起點。第二狹縫2200沿向量D80延伸，向量D80以第二狹縫2200與第三狹縫2300的連接點為起點。受配向層(未繪示)的配向而預傾的液晶分子(未繪示)的長軸在畫素電極2000上的投影可構成以液晶分子靠近配向層的一端為起點的向量D90。向量D90與向量D70的夾角為θ1，向量D90與向量D80的夾角為θ2。其中，90°≦θ1≦160°，90°≦θ2≦160°。圖6A－6E為採用如圖5之畫素電極的液晶顯示裝置在各種θ1與θ2時的穿透率示意圖。圖6A至6E中的θ1與θ2分別都是90°、95°、105°、120°與135°。由圖6A至6E可發現，當θ1與θ2越大時，液晶顯示裝置會有較佳的穿透率。
在一較佳的角度範圍中，120°≦θ1≦150°，120°≦θ2≦150°。另外，θ1並不限定於與θ2相同。此外， 本實施例之畫素電極2000所對應的畫素區(未繪示)中的液晶分子都以相同方向預傾，但也可以如前一實施例般在單一畫素區中有多種預傾方向。
圖7為本發明再一實施例之液晶顯示裝置中單一畫素電極的示意圖。本實施例之液晶顯示裝置的畫素電極與圖5的畫素電極的差異在於狹縫的分佈。請參照圖7，畫素電極3000除了第一狹縫3100、第二狹縫3200與第三狹縫3300外，可具有至少一第四狹縫3400、多個第五狹縫3500與多個第六狹縫3600。第四狹縫3400沿實質上垂直向量D90的方向D100延伸，且連接第一狹縫3100與第二狹縫3200。具體而言，第三狹縫3300與第四狹縫3400將畫素電極3000分為四個象限，在第一象限中分佈的是第六狹縫3600，在第二象限中分佈的是第五狹縫3500，在第三象限中分佈的是第一狹縫3600，而在第四象限中分佈的是第二狹縫3200。此外，在第一與第二象限中受配向層(未繪示)配向而預傾的液晶分子(未繪示)的長軸在畫素電極3000上的投影可構成以液晶分子靠近配向層的一端為起點的向量A20，而在第三與第四象限中受配向層配向而預傾的液晶分子的長軸在畫素電極3000上的投影可構成以液晶分子靠近配向層的一端為起點的向量A30。當然，也可以是在第一與第三象限中的液晶分子有相同預傾倒向，而在第二與第四象限中的液晶分子有另一種預傾倒向。
承上述，在第一與第二象限的液晶分子的預傾方向所構成的向量A20與第六狹縫3600所構成的向量A42及第 五狹縫3500所構成的向量A44夾鈍角，在第三與第四象限的液晶分子的預傾方向所構成的向量A30與第一狹縫3100所構成的向量A46及第二狹縫3200所構成的向量A48夾鈍角，且液晶分子有兩種預傾方向。因此，本實施例之液晶顯示裝置不僅具有高穿透率，還有不錯的視角對稱性。
綜上所述，在本發明之液晶顯示裝置中，藉由將狹縫與液晶分子的預傾方向之間設計為夾有鈍角，可讓呈扭轉向列模式作動的液晶分子的旋轉角度接近90°，進而提高各畫素區的穿透率。另外，藉由形成可使各畫素區中的液晶分子有兩種不同的預傾方向的配向層，可增加單一畫素區中液晶分子排列方式的對稱性，進而提高液晶顯示裝置的視角對稱性。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
1000‧‧‧液晶顯示裝置
100‧‧‧第一基板
110、2000、3000‧‧‧畫素電極
112、2100、3100‧‧‧第一狹縫
114、2200、3200‧‧‧第二狹縫
116、2300、3300‧‧‧第三狹縫
120‧‧‧掃瞄配線
130‧‧‧資料配線
140‧‧‧主動元件
200‧‧‧第二基板
210‧‧‧共用電極
220‧‧‧配向層
230‧‧‧彩色濾光膜
300‧‧‧液晶層
400‧‧‧第一偏振片
500‧‧‧第二偏振片
600‧‧‧背光模組
P10‧‧‧畫素區
P12‧‧‧第一區
P14‧‧‧第二區
D12、D14、D70、D80、D90、A12、A14、A20、A30、A42、A44、A46、A48‧‧‧向量
D20‧‧‧預傾的液晶分子的長軸方向
D30‧‧‧第二基板的法線方向
D40‧‧‧第三狹縫的延伸方向
D50、D60‧‧‧偏振方向
D100‧‧‧第四狹縫的延伸方向
θ1、θ2‧‧‧夾角
3400‧‧‧第四狹縫
3500‧‧‧第五狹縫
3600‧‧‧第六狹縫
圖1為本發明一實施例之液晶顯示裝置的局部剖示圖。
圖2為圖1之液晶顯示裝置中第一基板的局部上視圖。
圖3A與圖3B為圖1之液晶顯示裝置中單一畫素區的 局部立體示意圖。
圖4為圖3B之液晶顯示裝置中液晶層沿如圖2所示之I－I剖面線剖視，而在Y－Z平面上所見的局部剖視圖。
圖5為本發明另一實施例之液晶顯示裝置中單一畫素電極的示意圖。
圖6A－6E為採用如圖5之畫素電極的液晶顯示裝置在各種θ1與θ2時的穿透率示意圖。
圖7為本發明再一實施例之液晶顯示裝置中單一畫素電極的示意圖。
2000‧‧‧畫素電極
2100‧‧‧第一狹縫
2200‧‧‧第二狹縫
2300‧‧‧第三狹縫
D70、D80、D90‧‧‧向量
θ1、θ2‧‧‧夾角

Claims (14)

  1. 一種液晶顯示裝置，具有至少一畫素區，該液晶顯示裝置包括：一第一基板，具有至少一畫素電極，其中該畫素電極位於該畫素區，且該畫素電極具有多個第一狹縫、多個第二狹縫與至少一第三狹縫，該些第一狹縫與該些第二狹縫分別連接該第三狹縫，各該第一狹縫以其與該第三狹縫的連接點為起點而沿一第一向量延伸，各該第二狹縫以其與該第三狹縫的連接點為起點而沿一第二向量延伸；一第二基板，具有一共用電極與一配向層，其中該配向層覆蓋該共用電極；以及一液晶層，配置於該第一基板的該畫素電極與該第二基板的該配向層之間，其中該液晶層靠近該配向層之液晶分子受該配向層的配向而預傾，至少部分預傾的液晶分子的長軸在該第二基板上的投影以液晶分子靠近該配向層的一端為起點而形成一第三向量，該第三狹縫平行該第三向量的方向，該第三向量與該第一向量的夾角為θ1，該第三向量與該第二向量的夾角為θ2，其中90°≦θ1≦160°，90°≦θ2≦160°。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之液晶顯示裝置，其中120°≦θ1≦150°，120°≦θ2≦150°。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之液晶顯示裝置，其中θ1=θ2。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之液晶顯示裝置，其中 該畫素區分為一第一區與一第二區，位於該第一區的預傾的液晶分子的長軸在該第二基板上的投影以液晶分子靠近該配向層的一端為起點而形成該第三向量，位於該第二區的預傾的液晶分子的長軸在該第二基板上的投影以液晶分子靠近該配向層的一端為起點而形成一第四向量，該第三向量的方向平行該第四向量的方向，且該第三向量與該第四向量都朝向該第一區與該第二區之交界線。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之液晶顯示裝置，其中該些第一狹縫與該些第二狹縫位於該第一區，該畫素電極更具有多個第五狹縫與多個第六狹縫，該些第五狹縫與該些第六狹縫位於該第二區且分別連接該第三狹縫，各該第五狹縫以其與該第三狹縫的連接點為起點而沿一第五向量延伸，各該第六狹縫以其與該第三狹縫的連接點為起點而沿一第六向量延伸，該第三向量與該第五向量的夾角為θ5，該第三向量與該第六向量的夾角為θ6，90°<θ5≦160°，90°<θ6≦160°。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之液晶顯示裝置，其中90°<θ1≦160°，90°<θ2≦160°，該畫素電極更具有一第四狹縫，位於該第一區與該第二區之交界線而沿實質上垂直該第三向量的方向延伸。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之液晶顯示裝置，其中預傾的液晶分子的長軸與該第二基板之法線方向之間的夾角大於0°且小於等於15°。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之液晶顯示裝置，更包 括一第一偏振片與一第二偏振片，分別配置於該第一基板與該第二基板遠離該液晶層之表面上。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之液晶顯示裝置，其中該第一偏振片與該第二偏振片之偏振方向實質上互相垂直。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之液晶顯示裝置，其中該第一基板為主動元件陣列基板。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之液晶顯示裝置，其中該第一基板更具有至少一彩色濾光膜，位於該畫素區。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之液晶顯示裝置，其中該第二基板更具有至少一彩色濾光膜，位於該畫素區。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之液晶顯示裝置，更包括一背光模組，而該第一基板、該第二基板以及該液晶層配置於該背光模組上。
  14. 如申請專利範圍第1項所述之液晶顯示裝置，其中該液晶層之液晶分子為負型液晶分子。
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