CN107544180A - 发光二极管、背光模组及液晶显示装置 - Google Patents
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Abstract
本发明是关于一种发光二极管、背光模组及液晶显示装置,涉及偏振光发光器件领域,主要目的在于提供一种新型发光效率较高的偏振LED。发光二极管,包括:光栅层、光线反射层以及发光部件。发光部件在光栅层与光线反射层之间,发光部件发射的发射光线抵达光栅层后,光栅层对垂直于光栅层光栅方向的TM线偏振光可以实现透过,对平行于光栅层光栅方向的TE线偏振光可以实现反射,经光栅层反射的光线可通过光线反射层的反光面反射后,可再次抵达光栅层,使其中的TM线偏振光通过光栅层,从而使发光二极管偏振光的发光效率较高。
Description
技术领域
本发明涉及偏振光发光器件领域,特别是涉及一种发光二极管、背光模组及液晶显示装置。
背景技术
偏振LED是可以实现自身发射偏振光的发光源,其制造工艺是利用非极性面或半极性面GaN衬底生长得到的,形成可发射偏振光的偏振光发光源,在液晶背光源、通信领域和成像等领域有巨大的应用价值。
以液晶背光源为例,为了简化传统双偏振片的液晶显示器结构,目前采用的做法是采用可直接发射偏振光的偏振LED背光源作为液晶显示器的液晶背光源,可以降低液晶显示器的体积等。
但是,采用利用非极性面或半极性面GaN衬底生长得到的偏振LED也有着发光效率较低的问题,造成用电设备的功耗较高。
发明内容
有鉴于此,本发明提供一种发光二极管、背光模组及液晶显示装置,主要目的在于提供一种新型发光效率较高的偏振LED。
为达到上述目的,本发明主要提供如下技术方案:
一方面,本发明的实施例提供一种发光二极管,包括:
光栅层;
光线反射层;其中
在所述光栅层与所述光线反射层之间设置有发光部件;
所述光栅层用于对所述发光部件发射的光线中垂直于光栅层光栅方向的线偏振光透过,对所述发光部件发射的光线中平行于光栅层光栅方向的线偏振光反射。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
可选的,前述的发光二极管,其中还包括:
退偏层,所述退偏层位于所述光栅层与所述光线反射层之间。
可选的,前述的发光二极管,其中所述退偏层包括量子点层,其具有受所述发光部件发出的光线激发而发射激发光线的量子点。
可选的,前述的发光二极管,其中所述量子点层内具有至少两种颜色的量子点,所述至少两种颜色的量子点混合同层布置,或不同颜色的量子点按照颜色不同分层布置。
可选的,前述的发光二极管,其中所述发光部件包括第一类型半导体层、第二类型半导体层、位于所述第一类型半导体层和所述第二类型半导体层之间的发光层;
第一电极层,与所述第一类型半导体层电连接;
所述光线反射层包括第二电极层,所述第二电极层为采用光线反射材料制备的电极层;
所述光栅层、所述量子点层、所述第一类型半导体层、所述发光层、所述第二类型半导体层、所述反射电极层顺次布置;
所述第一电极层、所述发光层布置在所述第一类型半导体层同侧的不同区域。
可选的,前述的发光二极管,其中所述第一电极层为采用光线反射材料制备的电极层。
可选的,前述的发光二极管,其中所述第一类型半导体采用P型半导体,所述第二类型半导体采用N型半导体;或
所述第一类型半导体采用N型半导体,所述第二类型半导体采用P型半导体。
可选的,前述的发光二极管,其中所述发光部件为蓝色发光部件,所述量子点层内具有红色量子点以及绿色量子点。
可选的,前述的发光二极管,其中所述光栅层位于衬底基板的第一面,所述光线反射层和所述发光部件位于与所述衬底基板的第一面相对的第二面。
可选的,前述的发光二极管,其中所述衬底基板的第一面设置凹槽,所述光栅层设置于所述凹槽内,所述光栅层的高度值小于或等于所述凹槽的深度值。
可选的,前述的发光二极管,其中所述光栅层由金属材料制备而成,线宽在30-100nm之间,周期在50-200nm之间,高度在100-200nm之间。
另一方面,本发明的实施例提供一种背光模组,包括:
发光二极管,包括:
光栅层;
光线反射层;其中
在所述光栅层与所述光线反射层之间设置有发光部件;
所述光栅层用于对所述发光部件发射的光线中垂直于光栅层光栅方向的线偏振光透过,对所述发光部件发射的光线中平行于光栅层光栅方向的线偏振光反射。
再一方面,本发明的实施例提供一种液晶显示装置,包括:背光模组,
背光模组,包括:发光二极管,发光二极管包括:
光栅层;
光线反射层;其中
在所述光栅层与所述光线反射层之间设置有发光部件;
所述光栅层用于对所述发光部件发射的光线中垂直于光栅层光栅方向的线偏振光透过,对所述发光部件发射的光线中平行于光栅层光栅方向的线偏振光反射。
借由上述技术方案,本发明技术方案提供的发光二极管、背光模组及液晶显示装置至少具有下列优点:
本发明实施例提供的技术方案中,发光部件发射的发射光线抵达光栅层后,光栅层对垂直于光栅层光栅方向的TM线偏振光可以实现透过,对平行于光栅层光栅方向的TE线偏振光可以实现反射,经光栅层反射的光线可通过光线反射层的反光面反射后,可再次抵达光栅层,使其中的TM线偏振光通过光栅层,从而使发光二极管偏振光的发光效率较高。
上述说明仅是本发明技术方案的概述,为了能够更清楚了解本发明的技术手段,并可依照说明书的内容予以实施,以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述,各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的,而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中,用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中:
图1是本发明的一些实施例提供的一种发光二极管的结构示意图;
图2是本发明的一些实施例提供的一种发光二极管光栅的结构示意图;
图3是本发明的一些实施例提供的一种具体的发光二极管的结构示意图;
图4是本发明的一些实施例提供的一种具体的发光二极管的结构示意图;
图5是本发明的一些实施例提供的一种倒装结构发光二极管的结构示意图;
图6是本发明的一些实施例提供的另一种具体的发光二极管的结构示意图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例,对依据本发明提出的发光二极管、背光模组及液晶显示装置其具体实施方式、结构、特征及其功效,详细说明如后。在下述说明中,不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外,一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。
本实施例提供的一种发光二极管,光线反射层可将由光栅层反射的光线再次反射至光栅层,使其中的TM线偏振光通过光栅层,发光二极管偏振光的发光效率较高。
图1至图2为本发明提供的发光二极管一实施例,请参阅图1至图2,如图1所示,本发明的一个实施例提出的一种发光二极管,发光二极管包括:光栅层10、光线反射层20以及发光部件30。
发光部件30设置在光栅层10与光线反射层20之间。光栅层10可采用亚波长光栅,光栅层10的周期尺寸小于等于发光部件发射光线的波长尺寸,光栅层10可以对发光部件发射光线中垂直于光栅层10光栅方向的TM线偏振光可以实现透过,对发光部件发射光线中平行于光栅层10光栅方向的TE线偏振光可以实现反射。
发光部件30设置在光栅层10与光线反射层20的反光面之间,光栅层10可采用亚波长光栅,光栅层10的周期尺寸小于等于发光部件发射光线的波长尺寸,光栅层10可以对发光部件发射光线中垂直于光栅层10光栅方向的TM线偏振光可以实现透过,对发光部件发射光线中平行于光栅层10光栅方向的TE线偏振光可以实现反射。
发光部件发射的发射光线抵达光栅层后,光栅层对垂直于光栅层光栅方向的TM线偏振光可以实现透过,对平行于光栅层光栅方向的TE线偏振光可以实现反射,经光栅层反射的光线可通过光线反射层的反光面反射后,可再次抵达光栅层,使其中的TM线偏振光通过光栅层,从而使发光二极管偏振光的发光效率较高。
光栅层可以是金属光栅,其由金属材料制备,可以使用电子束曝光、纳米压印等工艺在负性光刻PR胶上形成纳米图案,然后经过干刻的工艺进行图形转移,从而制备金属光栅。金属光栅的材质可选用Al、Ag、Cu、Cr、Au中任意的一种,但不局限于此。金属光栅是规则排列的亚波长金属线栅,通常的,发光部件发出的是可见光,波长在380-780nm,本实施例中,如图2所示,金属光栅的线宽w在30-100nm之间,周期p在50-200nm之间,高度h在100-200nm之间,金属光栅可以对垂直于金属光栅光栅方向的TM线偏振光可以实现透过,对平行于金属光栅光栅方向的TE线偏振光可以实现反射。
光线反射层可采用高光线反射率材料制备的反射层,其中,一些实施例中,如图3所示,具体的生产中,光栅层10位于衬底基板31的第一面,光线反射层20和发光部件30位于与衬底基板31的第一面相对的第二面,衬底基板31通常可采用蓝宝石衬底。光线反射层可采用导电的金属材料制备的电极层,例如Al制反射电极,Ag制反射电极等,发光部件发光的一侧朝向光栅层,光线反射层可直接与发光部件另一侧的半导体层贴合,并与半导体层产生电连接,作为发光部件的电极层,可简化发光二极管的结构,降低成本。其中,当光栅层直接的设置在衬底基板的时候,光栅层可制作在衬底基板的第一面上,凸出于衬底基板的第一面,在光栅层上可布设有透明保护涂层,防止光栅层被磨损。如图3所示,在另一些实施例中,可在衬底基板31的第一面设置凹槽311,光栅层31设置于凹槽311内,光栅层10的高度值小于或等于凹槽311的深度值,即,将光栅层内嵌入凹槽内,同样可起到对光栅的保护作用。
在实施当中的另外一些实施例中,光线反射层不局限于上述的实施方式,光线反射层也可不作为发光部件的电极层,光线反射层可采用非金属材质制备,或采用金属材质制备,当光线反射层采用金属材质制备中,在光线反射层和发光部件之间可设置有透明的衬底基板,衬底基板通常可采用蓝宝石衬底。
本实施例提供的一种发光二极管,在上述实施例提供的发光二极管的基础上,还包括有退偏层,退偏层可将由光栅层反射的TE线偏振光转化为椭圆形的偏振光,椭圆形的偏振光经过光线反射层后,再次抵达光栅层后,其中的TM线偏振光通过光栅层,发光二极管偏振光的发光效率较高。
图4为本发明提供的发光二极管一实施例,请参阅图4,如图4所示,本发明的一个实施例提出的一种发光二极管,发光二极管包括:光栅层100、光线反射层200、发光部件300、退偏层400,发光部件300在光栅层100与光线反射层200之间,退偏层400位于光栅层100与光线反射层200之间。
光栅层可采用亚波长光栅,光栅层的周期尺寸小于等于发光部件发射光线的波长尺寸,光栅层可以对发光部件发射光线中垂直于光栅层光栅方向的TM线偏振光可以实现透过,对发光部件发射光线中平行于光栅层光栅方向的TE线偏振光可以实现反射。
发光部件发射的发射光线抵达光栅层后,对垂直于光栅层光栅方向的TM线偏振光可以实现透过,对平行于光栅层光栅方向的TE线偏振光可以实现反射,反射的TE线偏振光再次穿过光线通路中的退偏层过程中,TE线偏振光可被退偏层退偏,偏振态发生变化,转变为椭圆形的偏振光,椭圆形的偏振光被光线反射层的反光面反射之后再次抵达光栅层后,椭圆形的偏振光中的对垂直于光栅层光栅方向的TM线偏振光可再次通过光栅层,从而使得发光二极管的发光效率较高。
其中,退偏层可以采用光学的退偏层,例如石英退偏层等。本发明的一个实施例中,如图4所示,退偏层包括量子点层401,量子点层401可以位于发光部件300与光栅层100之间,量子点层401具有受发光部件发出的光线激发而发射激发光线的量子点。具体的,量子点层和发光部件组成的光线通路的第一通光面朝向光栅层100,光线通路的第二通光面朝向光线反射层200的反光面,光线通路的第一通光面和光线通路的第二通光面之间光路导通。
发光部件发射的发射光线抵达光栅层后,对垂直于光栅层光栅方向的TM线偏振光可以实现透过,对平行于光栅层光栅方向的TE线偏振光可以实现反射,反射的TE线偏振光再次穿过光线通路中的量子点层过程中,TE线偏振光可被量子点层中的量子点退偏,偏振态发生变化,转变为椭圆形的偏振光,椭圆形的偏振光被光线反射层的反光面反射之后再次抵达光栅层后,椭圆形的偏振光中的对垂直于光栅层光栅方向的TM线偏振光可再次通过光栅层,从而使得发光二极管的发光效率较高。
需要说明的是,在半导体材料中,微小晶体通常被称作量子点(quantum dot)。这种量子点可以把电子锁定在一个非常微小的三维空间内,当受到发光部件发射的光束光照射后。电子会受到激发跳跃到更高的能级。当这些电子回到原来较低的能级的时候,会发射出波长一定的光束。量子点的颜色有多种,可产生同颜色的光线,可与发光部件的发光颜色配合,使发光二极管产生所需颜色的光线。量子点层中的量子点的颜色可单一也可多样,当量子点层内具有至少两种颜色的量子点,至少两种颜色的量子点可混合同层布置,材料可以采用Ⅱ-Ⅵ族半导体材料,如硒化镉CdSe、硫化镉Cds等。工艺可以采用旋转涂布、狭缝涂布等涂敷工艺实现。根据不同的工艺,不同颜色的量子点也可按照颜色不同分层布置,如不同颜色的量子点依次层叠。量子点层与发光部件之间的布置方式具有多样的排布方式,量子点层、发光部件两者均可采用单层或多层的结构,例如发光部件设置在双层的量子点层之间等,本发明的下述实施例仅以单层的量子点层和单层发光部件为例进行说明,但不局限于此。
如图4所示,具体的,发光部件300包括:第一类型半导体层(图中未示出)、第二类型半导体层(图中未示出)、位于第一类型半导体层和第二类型半导体层之间的发光层(图中未示出)。发光部件300的发射光线一路直接通过量子点层401后,部分偏振光经光栅层100透射,发光部件300另一路的发射光线经过反射层200反射后通过量子点层401后,部分偏振光经光栅层100透射。其中,当第一类型半导体采用P型半导体,与第一类型半导体电连接的电极层为P极电极,对应的,第二类型半导体采用N型半导体,与第二类型半导体电连接的电极层为N极电极。当第一类型半导体采用N型半导体,与第一类型半导体电连接的电极层为N极电极,对应的,第二类型半导体采用P型半导体,与第二类型半导体电连接的电极层为P极电极。发光二极管可采用GaN基的LED芯片,P型半导体具体可采用P-GaN半导体层,N型半导体具体可采用N-GaN半导体层,发光层采用多量子阱结构层(multiple quantum wellstructure,MQWs),但不局限于此。
在具体的实施当中,发光二极管的制备通常基本的器件结构形式具有多种,图5为本发明提供的发光二极管倒装结构的一实施例,请参阅图5,以倒装结构的发光二极管为例,如图5所示,发光部件包括第一类型半导体层301、第二类型半导体层303、位于第一类型半导体层301和第二类型半导体层303之间的发光层302;第一电极层501与所述第一类型半导体层301电连接;光线反射层包括第二电极层502,所述第二电极层502采用反射电极层;光栅层100、所述量子点层401、所述第一类型半导体层301、所述发光层302、所述第二类型半导体层303、所述反射电极层顺次布置;第一电极层501、所述发光层302布置在所述第一类型半导体层301同侧的不同区域。
其中,当第一类型半导体层采用N型半导体,对应的,与第一类型半导体层电连接的透明电极层采用N型透明导电材料制备。当第一类型半导体层采用P型半导体,对应的,与第一类型半导体层电连接的透明电极层采用P型透明导电材料制备。其中,所述第一电极层501采用光线反射材料制备的电极层,光栅层反射的光线可通过第一电极层的反光面反射至量子点层后抵达光栅层,提高发光二极管的发光效率。倒装结构的发光二极管,发光部件的光通过透明的衬底304透射至量子点层,结构简单,加工成本较低,适于批量生产。
在上述实施例中提供的器件结构形式中,为了实现发射白色偏振光的发光二极管,发光部件可为蓝色发光部件,量子点层内具有红色量子点以及绿色量子点,蓝色发光部件发射的蓝色光线,红色量子点受到蓝色光线激发后,发射红色光线,绿色量子点受到绿色光线激发后,发射绿色光线,蓝色光线、红色光线和绿色光线,透过光栅层后混合,可形成发射白色偏振光的发光二极管,可应用于对白色偏振光源需求的领域。容易理解的是,选用不同颜色的发光部件和不同颜色的量子点的配合,可生产出不同颜色的发光二极管。
在另一些实施例中,图6是本发明的一些实施例提供的另一种具体的发光二极管的结构示意图,与上述实施例中量子点层位于发光部件和光栅层之间不同的是,如图6所示,量子点层402位于发光部件310与光线反射层210之间,量子点层402具有受发光部件310发出的光线激发而发射激发光线的量子点。发光部件310的发射光线一路直接通过光栅层100透射,发光部件310另一路的发射光线经量子点层后经过反射层反射后,通过光栅层100透射。同样具有较高的偏振光发光率。发光部件310可包括:第一类型半导体层、第二类型半导体层、位于第一类型半导体层和第二类型半导体层之间的发光层。优选的,与第一类型半导体层电连接的第一电极层、与第二类型半导体层电连接的第二电极层采用透明电极层。其中,当第一类型半导体层采用N型半导体,对应的,与第一类型半导体层电连接的透明电极层采用N型透明导电材料制备,第二类型半导体层采用P型半导体,对应的,与第二类型半导体层电连接的透明电极层采用P型透明导电材料制备。当第一类型半导体层采用P型半导体,对应的,与第一类型半导体层电连接的透明电极层采用P型透明导电材料制备,第二类型半导体层采用N型半导体,对应的,与第二类型半导体层电连接的透明电极层采用N型透明导电材料制备。
本实施例提供的一种背光模组,包括有发光二极管,该发光二极管采用上述实施例的发光二极管。
该发光二极管可产生发光效率较高的偏振光,发光二极管朝向导光板发光,可作为背光模组的发光源,使背光模组可提供发光效率较高的背光源。
本实施例提供的一种液晶显示装置,包括有背光模组,该背光模组采用上述实施例的背光模组。该显示装置可以为:显示面板、手机、平板电脑、电视机、显示器、笔记本电脑、数码相框、导航仪等任何具有显示功能的产品或部件。
由于背光模组可产生发光效率较高的偏振光,应用于液晶显示装置的背光源后,可降低液晶显示装置的能耗。
在上述实施例中,对各个实施例的描述都各有侧重,某个实施例中没有详述的部分,可以参见其他实施例的相关描述。
可以理解的是,上述装置中的相关特征可以相互参考。另外,上述实施例中的“第一”、“第二”等是用于区分各实施例,而并不代表各实施例的优劣。
在此处所提供的说明书中,说明了大量具体细节。然而,能够理解,本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中,并未详细示出公知的结构和技术,以便不模糊对本说明书的理解。
类似地,应当理解,为了精简本公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个,在上面对本发明的示例性实施例的描述中,本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而,并不应将该公开的装置解释成反映如下意图:即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说,如下面的权利要求书所反映的那样,发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此,遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式,其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。
本领域那些技术人员可以理解,可以对实施例中的装置中的部件进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个装置中。可以把实施例中的部件组合成一个部件,以及此外可以把它们分成多个子部件。除了这样的特征中的至少一些是相互排斥之外,可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何装置的所有部件进行组合。除非另外明确陈述,本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的替代特征来代替。
此外,本领域的技术人员能够理解,尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征,但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如,在下面的权利要求书中,所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。本发明的各个部件实施例可以以硬件实现,或者以它们的组合实现。
应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制,并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中,不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的部件或组件。位于部件或组件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的部件或组件。本发明可以借助于包括有若干不同部件的装置来实现。在列举了若干部件的权利要求中,这些部件中的若干个可以是通过同一个部件项来具体体现。单词第一、第二等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。
以上所述,仅是本发明的较佳实施例而已,并非对本发明作任何形式上的限制,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (13)
1.一种发光二极管,其特征在于,包括:
光栅层;
光线反射层;其中
在所述光栅层与所述光线反射层之间设置有发光部件;
所述光栅层用于对所述发光部件发射的光线中垂直于光栅层光栅方向的线偏振光透过,对所述发光部件发射的光线中平行于光栅层光栅方向的线偏振光反射。
2.根据权利要求1所述的发光二极管,其特征在于,还包括:
退偏层,所述退偏层位于所述光栅层与所述光线反射层之间。
3.根据权利要求2所述的发光二极管,其特征在于,
所述退偏层包括量子点层,其具有受所述发光部件发出的光线激发而发射激发光线的量子点。
4.根据权利要求3所述的发光二极管,其特征在于,
所述量子点层内具有至少两种颜色的量子点,所述至少两种颜色的量子点混合同层布置,或不同颜色的量子点按照颜色不同分层布置。
5.根据权利要求2所述的发光二极管,其特征在于,
所述发光部件包括第一类型半导体层、第二类型半导体层、位于所述第一类型半导体层和所述第二类型半导体层之间的发光层;
第一电极层,与所述第一类型半导体层电连接;
所述光线反射层包括第二电极层,所述第二电极层为采用光线反射材料制备的电极层;
所述光栅层、所述量子点层、所述第一类型半导体层、所述发光层、所述第二类型半导体层、所述反射电极层顺次布置;
所述第一电极层、所述发光层布置在所述第一类型半导体层同侧的不同区域。
6.根据权利要求5所述的发光二极管,其特征在于,
所述第一电极层为采用光线反射材料制备的电极层。
7.根据权利要求5所述的发光二极管,其特征在于,
所述第一类型半导体采用P型半导体,所述第二类型半导体采用N型半导体;或
所述第一类型半导体采用N型半导体,所述第二类型半导体采用P型半导体。
8.根据权利要求2所述的发光二极管,其特征在于,
所述发光部件为蓝色发光部件,所述量子点层内具有红色量子点以及绿色量子点。
9.根据权利要求1所述的发光二极管,其特征在于,
所述光栅层位于衬底基板的第一面,所述光线反射层和所述发光部件位于与所述衬底基板的第一面相对的第二面。
10.根据权利要求9所述的发光二极管,其特征在于,
所述衬底基板的第一面设置凹槽,所述光栅层设置于所述凹槽内,所述光栅层的高度值小于或等于所述凹槽的深度值。
11.根据权利要求1-10中任一所述的发光二极管,其特征在于,
所述光栅层由金属材料制备而成,线宽在30-100nm之间,周期在50-200nm之间,高度在100-200nm之间。
12.一种背光模组,其特征在于,包括:
上述权利要求1-11中任一所述的发光二极管。
13.一种液晶显示装置,其特征在于,包括:
上述权利要求12所述的背光模组。
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