CN104449764B - 具有负介电各向异性的液晶组合物及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种液晶组合物，该液晶组合物具有负的介电各向异性，所述液晶组合物包含：至少一种通式Ⅰ的化合物；至少一种通式Ⅱ的化合物；以及至少一种通式Ⅲ的化合物。本发明的液晶组合物具有合适的负介电各向异性、合适的光学各向异性、较低的粘度和较宽的向列相温度范围。本发明所述的液晶组合物适用于VA、MVA、PVA、PSVA、IPS或TFT模式液晶显示器。本发明还提供包含该液晶组合物的液晶显示器件。
Description
技术领域
本发明涉及一种液晶组合物，特别涉及一种具有合适的负介电各向异性、合适的光学各向异性、较低的粘度，较宽的向列相范围的液晶组合物及其在VA、MVA、PVA、PSVA、IPS或TFT模式液晶显示器中的应用。
背景技术
在液晶显示器件中，基于液晶的运作模式的分类有：相变（phase change，以下简称PC）、扭转向列（twisted nematic，以下简称TN）、超扭转向列（super twisted nematic，以下简称STN）、电控双折射（electrically controlled birefringence，以下简称ECB）、光学补偿弯曲（optically compensated bend，以下简称OCB）、横向电场切换型（IPS）、垂直横向型（VA）等。基于器件的驱动方式的分类有：被动型矩阵（passive matrix，以下简称PM）及AM。PM分为静态（static）及多工（multiplex）等，AM分为薄膜晶体管（thin filmtransistor，以下简称TFT）、金属绝缘体金属（metal insulator metal，MTM）等。TFT的分类有非晶硅（amorphous silicon）以及多晶硅（polycrystal silicon）。后者可根据制造步骤的不同而分为高温型和低温型。基于光源的分类有利用自然光的反射型、利用背光（blacklight）的穿透型、利用自然光及背光两者的半穿透型。
当前，垂直配向型（VA）显示器越来越多的为人所熟知，广泛的应用在TV、监视器、车载类显示器上，而与其配合的液晶介质需要特殊定制。例如，液晶介质应具有合适的负介电各向异性，合适的光学各向异性，宽的向列相温度范围，较小的粘度以及较快的响应。对于有源矩阵寻址的液晶显示器来说，液晶介质还需要具有高的电压保持比，以及良好的光、热稳定性。特别地，对于使用在车载类以及其他户外使用的显示器，尤其需要具有较宽的向列相温度范围以及较快的响应时间。
然而，液晶介质的各项性能是相互矛盾的，现有液晶介质无法同时具有上述性能。对于使用在车载类以及其他户外使用的显示器，在保证非常宽的向列相温度范围的同时，需要合适的负介电各向异性，合适的光学各向异性，尽可能小的粘度以及良好的光、热稳定性。中国专利申请公开号CN101679867A公开的液晶组合物，虽然有着足够宽的向列相温度上限，但是粘度相对较大，响应不够快。
众所周知的，VA显示的液晶层的光学延迟为1/2的波长，对于扭曲显示，即使是工作在第一极小值也要求液晶层的光学延迟接近一个全光学波长，可见VA模式的光学延迟量决定了VA液晶显示的盒厚会比扭曲模式更小。实际使用中，VA模式的液晶显示器件的延迟量设计(即Δn*d）一般会稍大于理论值，其值在300nm左右，其盒厚一般控制在3～4μm左右。而较小的盒厚（3～3.5μm）虽然能够带来更快的响应，但是其在生产上更难控制，制作出的液晶盒的良率更低，综合成本更高。相对来说，较大的盒厚（3.5～4μm）能够更好的控制生产工艺，更利于大规模的生产应用。因此，迫切的需求一系列低折射率、低的负介电各向异性、低粘度、宽的向列相范围的负性液晶组合物。本发明提供的负介电各向异性的液晶组合物，能够满足低折射率、低的负介电各向异性、低粘度、宽的向列相范围的特性，可适用于VA、MVA、PVA、PSVA、IPS或TFT模式液晶显示器。
发明内容
本发明的一个方面提供了一种介电常数各向异性为负的液晶组合物，所述液晶组合物包含：
至少一种通式Ⅰ的化合物
至少一种通式Ⅱ的化合物
以及
至少一种通式Ⅲ的化合物
其中，
R1、R2、R3、R4、R5和R6相同或不同，各自独立地表示碳原子数为1-10的烷基或烷氧基，或碳原子数为2-10的烯基，其中，所述碳原子数为1-10的烷基或烷氧基中一个或多个氢原子可以被氟取代，所述碳原子数为2-10的烯基中一个或多个氢原子可以被氟取代；
m和n相同或不同，各自独立地表示0或1。
在本发明的实施方案中，优选地，所述通式Ⅰ的化合物占所述液晶组合物总重量的10-70%；所述通式Ⅱ的化合物占所述液晶组合物总重量的15-50%；以及所述通式Ⅲ的化合物占所述液晶组合物总重量的5-40%。
本发明所述液晶组合物还包含：
一种或多种通式Ⅳ的化合物
一种或多种通式Ⅴ的化合物
以及
一种或多种通式Ⅵ的化合物
其中，
R7、R8、R9、R10、R11和R12相同或不同，各自独立地表示碳原子数为1-7的烷基或烷氧基，或碳原子数为2-7的烯基或烯氧基；
和相同或不同，各自独立地表示或其中上一个或多个H可被F取代，并且当表示时，不为
Z1和Z2相同或不同，各自独立地表示-COO-或单键。
在本发明的实施方案中，更优选地，所述通式Ⅰ的化合物占所述液晶组合物总重量的10-60%；所述通式Ⅱ的化合物占所述液晶组合物总重量的15-45%；所述通式Ⅲ的化合物占所述液晶组合物总重量的5-35%；所述通式Ⅳ的化合物占所述液晶组合物总重量的5-30%；所述通式Ⅴ的化合物占所述液晶组合物总重量的0-25%；以及所述通式Ⅵ的化合物占所述液晶组合物总重量的0-20%。
在本发明的实施方案中，所述通式Ⅰ的化合物选自以下化合物组成的组中一种或多种化合物：
以及
其中，
所述R1和所述R2相同或不同，各自独立地表示碳原子数为1-7的烷基或烷氧基。
在本发明的实施方案中，所述通式Ⅱ的化合物选自以下化合物组成的组中一种或多种化合物：
以及
其中，
所述R3和所述R4相同或不同，各自独立地表示碳原子数为1-7的烷基或烷氧基。
在本发明的实施例中，所述通式Ⅳ的化合物选自以下化合物组成的组中一种或多种化合物：
以及
所述通式Ⅴ的化合物选自以下化合物组成的组中一种或多种化合物：
以及
并且
所述通式Ⅵ的化合物选自以下化合物组成的组中一种或多种化合物：
以及
其中，
所述R7、R8、R9、R10、R11和R12相同或不同，各自独立地表示碳原子数为1-7的烷基或烷氧基，或碳原子数为2-7的烯基或烯氧基。
本发明的另一个方面是提供包含本发明液晶组合物的液晶显示器。
本发明的再一方面是提供包含本发明液晶组合物的VA、MVA、PVA、PSVA、IPS或TFT模式用液晶显示器。
本发明通过对上述化合物进行组合实验，通过与对照的比较，确定了包括上述液晶组合物的液晶介质。对于液晶组合物来说，单一结构的组分均有其使用比例的极限，因此在液晶组合物中，一般会使用不同主体结构的液晶及其同系物来调整其各方面的性能。对于本发明所使用的液晶组合物的优化组合，能够极大比例使用负性单体，并且保持良好的低温互溶性，从而得到极低的负介电值，较宽的向列相范围，可以实现低电压的驱动，能够适用于VA、MVA、PVA、PSVA、IPS或TFT模式液晶显示器。
在本发明中如无特殊说明，所述的比例均为重量比，所有温度均为摄氏度温度。
具体实施方式
以下将结合具体实施方案来说明本发明。需要说明的是，下面的实施例为本发明的示例，仅用来说明本发明，而不用来限制本发明。在不偏离本发明主旨或范围的情况下，可进行本发明构思内的其他组合和各种改良。
为便于表达，以下各实施例中，液晶组合物的基团结构用表1所列的代码表示：
表1液晶化合物的基团结构代码
以如下结构式的化合物为例：
该结构式如用表1所列代码表示，则可表达为：nCC1OWm，代码中的n和m分别表示左端和右端烷基的C原子数，例如n为“3”，即表示该烷基为-C3H7；代码中的C代表环己烷基；1O表示亚甲氧基；W表示2,3-二氟-1,4-亚苯基。
以下实施例中测试项目的简写代号如下：
Cp（℃）： 清亮点（向列-各向同性相转变温度）
Δn：光学各向异性（589nm，25℃）
Δε：介电各向异性（1KHz，25℃）
η：流动粘度（mm2·s-1，25℃，除非另有说明）
在以下的实施例中所采用的各成分，均可以通过公知的方法进行合成，或者通过商业途径获得。这些合成技术是常规的，所得到各液晶化合物经测试符合电子类化合物标准。
按照以下实施例规定的各液晶组合物的配比，制备液晶组合物。所述液晶组合物的制备是按照本领域的常规方法进行的，如采取加热、超声波、悬浮等方式按照规定比例混合制得。
制备并研究下列实施例中给出的液晶组合物。下面显示了各液晶组合物的组成和其性能参数测试结果。
表2所列是对照例液晶组合物的成分、配比及填充于液晶显示器两基板之间进行性能测试的测试结果，以便于与说明本发明液晶组合物进行性能对比。
对照例1
按表2中所列的各化合物及重量百分数配制成对照例1的液晶组合物，其填充于液晶显示器两基板之间进行性能测试，测试数据如下表所示：
表2液晶组合物配方及其测试性能
实施例1
按表3中所列的各化合物及重量百分数配制成实施例1的液晶组合物，其填充于液晶显示器两基板之间进行性能测试，测试数据如下表所示：
表3液晶组合物配方及其测试性能
实施例2
按表4中所列的各化合物及重量百分数配制成实施例2的液晶组合物，其填充于液晶显示器两基板之间进行性能测试，测试数据如下表所示：
表4液晶组合物配方及其测试性能
实施例3
按表5中所列的各化合物及重量百分数配制成实施例3的液晶组合物，其填充于液晶显示器两基板之间进行性能测试，测试数据如下表所示：
表5液晶组合物配方及其测试性能
实施例4
按表6中所列的各化合物及重量百分数配制成实施例4的液晶组合物，其填充于液晶显示器两基板之间进行性能测试，测试数据如下表所示：
表6液晶组合物配方及其测试性能
实施例5
按表7中所列的各化合物及重量百分数配制成实施例5的液晶组合物，其填充于液晶显示器两基板之间进行性能测试，测试数据如下表所示：
表7液晶组合物配方及其测试性能
实施例6
按表8中所列的各化合物及重量百分数配制成实施例6的液晶组合物，其填充于液晶显示器两基板之间进行性能测试，测试数据如下表所示：
表8液晶组合物配方及其测试性能
实施例7
按表9中所列的各化合物及重量百分数配制成实施例7的液晶组合物，其填充于液晶显示器两基板之间进行性能测试，测试数据如下表所示：
表9液晶组合物配方及其测试性能
实施例8
按表10中所列的各化合物及重量百分数配制成实施例8的液晶组合物，其填充于液晶显示器两基板之间进行性能测试，测试数据如下表所示：
表10液晶组合物配方及其测试性能
实施例9
按表11中所列的各化合物及重量百分数配制成实施例9的液晶组合物，其填充于液晶显示器两基板之间进行性能测试，测试数据如下表所示：
表11液晶组合物配方及其测试性能
实施例10
按表12中所列的各化合物及重量百分数配制成实施例10的液晶组合物，其填充于液晶显示器两基板之间进行性能测试，测试数据如下表所示：
表12液晶组合物配方及其测试性能
实施例11
按表13中所列的各化合物及重量百分数配制成实施例11的液晶组合物，其填充于液晶显示器两基板之间进行性能测试，测试数据如下表所示：
表13液晶组合物配方及其测试性能
实施例12
按表14中所列的各化合物及重量百分数配制成实施例12的液晶组合物，其填充于液晶显示器两基板之间进行性能测试，测试数据如下表所示：
表14液晶组合物配方及其测试性能
实施例13
按表15中所列的各化合物及重量百分数配制成实施例13的液晶组合物，其填充于液晶显示器两基板之间进行性能测试，测试数据如下表所示：
表15液晶组合物配方及其测试性能
参照对比例1，从以上实施例1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12和13的测试数据可见，本发明所提供的液晶组合物具有合适的负介电各向异性、适当低的光学各向异性、较低的粘度和较宽的向列相温度范围。适用于盒厚设计较大、需求电压较低的VA、MVA、PVA、PSVA、IPS或TFT模式液晶显示器中。
Claims (6)
1.一种介电常数各向异性为负的液晶组合物，其特征在于，所述液晶组合物包含：
至少一种通式Ⅰ的化合物
至少一种通式Ⅱ的化合物
以及
至少一种通式Ⅲ的化合物
其中，
R1、R2、R3、R4、R5和R6相同或不同，各自独立地表示碳原子数为1-10的烷基或烷氧基，或碳原子数为2-10的烯基，其中，所述碳原子数为1-10的烷基或烷氧基中一个或多个氢原子可以被氟取代，所述碳原子数为2-10的烯基中一个或多个氢原子可以被氟取代；
m和n相同或不同，各自独立地表示0或1；
所述液晶组合物还包含：
一种或多种通式Ⅳ的化合物
一种或多种通式Ⅴ的化合物
以及
一种或多种通式Ⅵ的化合物
其中，
R7、R8、R9、R10、R11和R12相同或不同，各自独立地表示碳原子数为1-7的烷基或烷氧基，或碳原子数为2-7的烯基或烯氧基；
相同或不同，各自独立地表示 其中上一个或多个H可被F取代，并且当表示时，不为
Z1和Z2相同或不同，各自独立地表示-COO-或单键；
所述通式Ⅰ的化合物占所述液晶组合物总重量的10-60％；所述通式Ⅱ的化合物占所述液晶组合物总重量的15-45％；所述通式Ⅲ的化合物占所述液晶组合物总重量的5-35％；所述通式Ⅳ的化合物占所述液晶组合物总重量的5-20％；所述通式Ⅴ的化合物占所述液晶组合物总重量的0-25％；以及所述通式Ⅵ的化合物占所述液晶组合物总重量的0-20％。
2.根据权利要求1所述的液晶组合物，其特征在于，所述通式Ⅰ的化合物选自以下化合物组成的组中一种或多种化合物：
以及
其中，
所述R1和所述R2相同或不同，各自独立地表示碳原子数为1-7的烷基或烷氧基。
3.根据权利要求1所述的液晶组合物，其特征在于，所述通式Ⅱ的化合物选自以下化合物组成的组中一种或多种化合物：
以及
其中，
所述R3和所述R4相同或不同，各自独立地表示碳原子数为1-7的烷基或烷氧基。
4.根据权利要求1所述的液晶组合物，其特征在于，所述通式Ⅳ的化合物选自以下化合物组成的组中一种或多种化合物：
以及
所述通式Ⅴ的化合物选自以下化合物组成的组中一种或多种化合物：
以及
并且
所述通式Ⅵ的化合物选自以下化合物组成的组中一种或多种化合物：
以及
其中，
所述R7、R8、R9、R10、R11和R12相同或不同，各自独立地表示碳原子数为1-7的烷基或烷氧基，或碳原子数为2-7的烯基或烯氧基。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的液晶组合物，其特征在于，所述液晶组合物包含：
占所述液晶组合物总重量1％的化合物
占所述液晶组合物总重量1％的化合物
占所述液晶组合物总重量1％的化合物
占所述液晶组合物总重量1％的化合物
占所述液晶组合物总重量9％的化合物
占所述液晶组合物总重量3％的化合物
占所述液晶组合物总重量14％的化合物
占所述液晶组合物总重量10％的化合物
占所述液晶组合物总重量10％的化合物
占所述液晶组合物总重量10％的化合物
占所述液晶组合物总重量10％的化合物
占所述液晶组合物总重量10％的化合物
占所述液晶组合物总重量10％的化合物
以及
占所述液晶组合物总重量10％的化合物
或者，所述液晶组合物包含：
占所述液晶组合物总重量1％的化合物
占所述液晶组合物总重量1％的化合物
占所述液晶组合物总重量1％的化合物
占所述液晶组合物总重量1％的化合物
占所述液晶组合物总重量10％的化合物
占所述液晶组合物总重量13％的化合物
占所述液晶组合物总重量13％的化合物
占所述液晶组合物总重量12％的化合物
占所述液晶组合物总重量10％的化合物
占所述液晶组合物总重量10％化合物
占所述液晶组合物总重量7％的化合物
占所述液晶组合物总重量7％的化合物
占所述液晶组合物总重量7％的化合物
以及
占所述液晶组合物总重量7％的化合物
或者，所述液晶组合物包含：
占所述液晶组合物总重量2％的化合物
占所述液晶组合物总重量10％的化合物
占所述液晶组合物总重量10％的化合物
占所述液晶组合物总重量4％的化合物
占所述液晶组合物总重量5％的化合物
占所述液晶组合物总重量14％的化合物
占所述液晶组合物总重量10％的化合物
占所述液晶组合物总重量6％的化合物
占所述液晶组合物总重量6％的化合物
占所述液晶组合物总重量10％的化合物
占所述液晶组合物总重量10％的化合物
以及
占所述液晶组合物总重量13％的化合物
或者，所述液晶组合物包含：
占所述液晶组合物总重量7％的化合物
占所述液晶组合物总重量7％的化合物
占所述液晶组合物总重量8％的化合物
占所述液晶组合物总重量4％的化合物
占所述液晶组合物总重量3％的化合物
占所述液晶组合物总重量8％的化合物
占所述液晶组合物总重量7.5％的化合物
占所述液晶组合物总重量3.5％的化合物
占所述液晶组合物总重量8％的化合物
占所述液晶组合物总重量8％的化合物
占所述液晶组合物总重量6％的化合物
占所述液晶组合物总重量6％的化合物
占所述液晶组合物总重量6％的化合物
占所述液晶组合物总重量6％的化合物
以及
占所述液晶组合物总重量12％的化合物
或者，所述液晶组合物包含：
占所述液晶组合物总重量5％的化合物
占所述液晶组合物总重量5％的化合物
占所述液晶组合物总重量4％的化合物
占所述液晶组合物总重量6％的化合物
占所述液晶组合物总重量10％的化合物
占所述液晶组合物总重量6％的化合物
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占所述液晶组合物总重量7％的化合物
占所述液晶组合物总重量7％的化合物
占所述液晶组合物总重量7％的化合物
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占所述液晶组合物总重量10％的化合物
占所述液晶组合物总重量10％的化合物
以及
占所述液晶组合物总重量10％的化合物
或者，所述液晶组合物包含：
占所述液晶组合物总重量4％的化合物
占所述液晶组合物总重量4％的化合物
占所述液晶组合物总重量4％的化合物
占所述液晶组合物总重量4％的化合物
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占所述液晶组合物总重量12％的化合物
占所述液晶组合物总重量11％的化合物
占所述液晶组合物总重量7％的化合物
占所述液晶组合物总重量7％的化合物
占所述液晶组合物总重量7％的化合物
占所述液晶组合物总重量7％的化合物
占所述液晶组合物总重量7％的化合物
占所述液晶组合物总重量11％的化合物
以及
占所述液晶组合物总重量11％的化合物
或者，所述液晶组合物包含：
占所述液晶组合物总重量4％的化合物
占所述液晶组合物总重量4％的化合物
占所述液晶组合物总重量4％的化合物
占所述液晶组合物总重量4％的化合物
占所述液晶组合物总重量4％的化合物
占所述液晶组合物总重量10％的化合物
占所述液晶组合物总重量10％的化合物
占所述液晶组合物总重量7％的化合物
占所述液晶组合物总重量7％的化合物
占所述液晶组合物总重量7％的化合物
占所述液晶组合物总重量7％的化合物
占所述液晶组合物总重量10％的化合物
占所述液晶组合物总重量10％的化合物
占所述液晶组合物总重量10％的化合物
以及
占所述液晶组合物总重量2％的化合物
或者，所述液晶组合物包含：
占所述液晶组合物总重量4％的化合物
占所述液晶组合物总重量4％的化合物
占所述液晶组合物总重量4％的化合物
占所述液晶组合物总重量3％的化合物
占所述液晶组合物总重量3％的化合物
占所述液晶组合物总重量10％的化合物
占所述液晶组合物总重量10％的化合物
占所述液晶组合物总重量6％的化合物
占所述液晶组合物总重量6％的化合物
占所述液晶组合物总重量6％的化合物
占所述液晶组合物总重量6％的化合物
占所述液晶组合物总重量14％的化合物
占所述液晶组合物总重量8％的化合物
占所述液晶组合物总重量8％的化合物
以及
占所述液晶组合物总重量8％的化合物
或者，所述液晶组合物包含：
占所述液晶组合物总重量4％的化合物
占所述液晶组合物总重量4％的化合物
占所述液晶组合物总重量4％的化合物
占所述液晶组合物总重量3％的化合物
占所述液晶组合物总重量3％的化合物
占所述液晶组合物总重8％的化合物
占所述液晶组合物总重量10％的化合物
占所述液晶组合物总重量6％的化合物
占所述液晶组合物总重量6％的化合物
占所述液晶组合物总重量6％的化合物
占所述液晶组合物总重量4％的化合物
占所述液晶组合物总重量17％的化合物
占所述液晶组合物总重量6％的化合物
占所述液晶组合物总重量8％的化合物
以及
占所述液晶组合物总重量11％的化合物
或者，所述液晶组合物包含：
占所述液晶组合物总重量4％的化合物
占所述液晶组合物总重量4％的化合物
占所述液晶组合物总重量4％的化合物
占所述液晶组合物总重量4％的化合物
占所述液晶组合物总重量4％的化合物
占所述液晶组合物总重量10％的化合物
占所述液晶组合物总重量10％的化合物
占所述液晶组合物总重量7％的化合物
占所述液晶组合物总重量7％的化合物
占所述液晶组合物总重量7％的化合物
占所述液晶组合物总重量7％的化合物
占所述液晶组合物总重量12％的化合物
占所述液晶组合物总重量10％的化合物
以及
占所述液晶组合物总重量10％的化合物
或者，所述液晶组合物包含：
占所述液晶组合物总重量4％的化合物
占所述液晶组合物总重量4％的化合物
占所述液晶组合物总重量4％的化合物
占所述液晶组合物总重量9％的化合物
占所述液晶组合物总重量10％的化合物
占所述液晶组合物总重量7％的化合物
占所述液晶组合物总重量7％的化合物
占所述液晶组合物总重量7％的化合物
占所述液晶组合物总重量7％的化合物
占所述液晶组合物总重量10％的化合物
占所述液晶组合物总重量9％的化合物
占所述液晶组合物总重量9％的化合物
占所述液晶组合物总重量4％的化合物
以及
占所述液晶组合物总重量9％的化合物
或者，所述液晶组合物包含：
占所述液晶组合物总重量4％的化合物
占所述液晶组合物总重量4％的化合物
占所述液晶组合物总重量4％的化合物
占所述液晶组合物总重量6％的化合物
占所述液晶组合物总重量10％的化合物
占所述液晶组合物总重量7％的化合物
占所述液晶组合物总重量7％的化合物
占所述液晶组合物总重量7％的化合物
占所述液晶组合物总重量7％的化合物
占所述液晶组合物总重量12％的化合物
占所述液晶组合物总重量6％的化合物
占所述液晶组合物总重量6％的化合物
占所述液晶组合物总重量4％的化合物
占所述液晶组合物总重量8％的化合物
以及
占所述液晶组合物总重量8％的化合物
或者，所述液晶组合物包含：
占所述液晶组合物总重量4％的化合物
占所述液晶组合物总重量4％的化合物
占所述液晶组合物总重量3％的化合物
占所述液晶组合物总重量6％的化合物
占所述液晶组合物总重量10％的化合物
占所述液晶组合物总重量7％的化合物
占所述液晶组合物总重量7％的化合物
占所述液晶组合物总重量7％的化合物
占所述液晶组合物总重量7％的化合物
占所述液晶组合物总重量12％的化合物
占所述液晶组合物总重量6％的化合物
占所述液晶组合物总重量6％的化合物
占所述液晶组合物总重量3％的化合物
占所述液晶组合物总重量8％的化合物
以及
占所述液晶组合物总重量10％的化合物
6.一种液晶显示器，其特征在于，包含权利要求1至5中任一项所述的液晶组合物。
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