CN113980687B - 负性液晶组合物及液晶显示器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种液晶组合物和液晶显示器,属于液晶显示技术领域。该液晶组合物中包含至少一种通式I所示的化合物,以及一种或多种选自通式IIA、IIB或IIC所示的化合物。本发明的液晶组合物,具有良好的低温互溶性,弹性常数大,能够缩短响应时间。

Description

负性液晶组合物及液晶显示器
技术领域
本发明涉及液晶材料技术领域,具体涉及一种负性液晶组合物及液晶显示器。
背景技术
液晶显示元件被用于以时钟、计算器为首的各种家用电器、测定设备、汽车用面板、文字处理器、电子记事本、打印机、电脑、电视等。作为液晶显示方式,其代表性方式有TN(扭曲向列)型、STN(超扭曲向列)型、DS(动态光散射)型、GH(宾主)型、IPS(面内转换)型、OCB(光学补偿双折射)型、ECB(电压控制双折射)型、VA(垂直取向)型、CSH(彩色超垂直)型和FLC(铁电液晶)型等。此外,作为液晶显示的驱动方式,可以列举静态驱动、多工驱动、单纯矩阵方式、使用了TFT(薄膜晶体管)、TFD(薄膜二极管)等驱动的有源矩阵(AM)方式。其中,IPS型、ECB型、VA型和CSH型等显示方式中,使用的是介电常数各向异性(Δε)显示负值的液晶组合物。对于这类液晶组合物,要求低电压驱动、高速响应和宽的工作温度范围,即要求Δε的绝对值大、低粘性、具有高的向列相-各向同性液体相转变温度(Tni)。其中,在应用于电视等的利用AM驱动的VA型显示方式中,尤其重视高速响应性,因此特别要求液晶组合物为低粘性。
负性液晶最早于上世纪80年代末提出,其主要用于VA模式,VA显示模式具有非常优异的对比度性能,但是存在明显的视角问题和响应时间问题。为了解决视角问题,MVA、PVA、CPA等显示技术提出,这些技术的本质在于利用多畴解决视角问题,并且取得了良好的效果。随着人们对液晶显示器的响应时间的要求越来越高,单纯靠改变模式来实现快响应已不能满足要求,于是如何降低液晶的响应时间成为了VA显示的难点。具体地说,液晶显示器的响应时间取决于液晶组合物的旋转粘度和弹性常数。旋转粘度越低,响应时间越快,弹性常数越大,响应时间越快。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种低粘性、具有负的介电常数各向异性的液晶组合物,通过在负性液晶中加入一种极性的单苯环取代物,改善了其旋转粘度,进而提高了负性液晶的响应时间。
为了解决上述技术问题,本发明提供了如下的技术方案:
本发明提供了一种负性液晶组合物,所述负性液晶组合物中包含:
(1)至少一种通式I所示的化合物,
Figure 488247DEST_PATH_IMAGE001
其中,R1、R2彼此独立地表示C1-C12的烷基、C1-C12的烷氧基、环丙基、环丁基或环戊基;或,所述C1-C12的烷基、C1-C12的烷氧基中的至少一个氢原子彼此独立地被卤素取代;或,所述C1-C12的烷基、C1-C12的烷氧基中的一个-CH2-或至少两个不相邻的-CH2-彼此独立地被-O-、-CH=CH-、-C≡C-、-CO-O-或-O-CO-以不直接相连的方式取代;
X1、X2彼此独立地表示-F、-CF3
(2)一种或多种选自通式IIA 、IIB或IIC所示的化合物,
Figure 647833DEST_PATH_IMAGE002
其中,R21、R22彼此独立地表示H、C1-C12的烷基、C1-C12的烷氧基;或,所述C1-C12的烷基、C1-C12的烷氧基中的至少一个氢原子彼此独立地被卤素取代;或,所述C1-C12的烷基、C1-C12的烷氧基中的一个-CH2-或至少两个不相邻的-CH2-彼此独立地被-O-、-CH=CH-、-C≡C-、-CO-O-或-O-CO-以不直接相连的方式取代;
m=0或1,n =1或2;
Z1、Z2 彼此独立地表示单键、-CH2CH2- 、-CH=CH-、-CF2O- 、-OCF2- 、-CH2O- 、-OCH2- 、-COO- 、-OCO-、-CF2CF2-、-C4H8-或-CF=CF-。
本发明中,通式I所示的化合物的用量优选为所述负性液晶组合物总重量的3-20wt%;通式IIA~IIC所示化合物的用量优选为所述负性液晶组合物总重量的1-40wt%。
优选地,通式I所示化合物选自以下化合物中的一种或多种:
Figure 277398DEST_PATH_IMAGE003
Figure 732912DEST_PATH_IMAGE004
Figure 916769DEST_PATH_IMAGE005
Figure 83308DEST_PATH_IMAGE006
Figure 301800DEST_PATH_IMAGE007
Figure 928215DEST_PATH_IMAGE008
优选地,通式IIA~IIC所示的化合物选自以下化合物中的一种或多种:
Figure 802630DEST_PATH_IMAGE009
Figure 772861DEST_PATH_IMAGE010
Figure 845859DEST_PATH_IMAGE011
Figure 377596DEST_PATH_IMAGE012
Figure 536045DEST_PATH_IMAGE013
Figure 575546DEST_PATH_IMAGE014
Figure 768629DEST_PATH_IMAGE015
Figure 173066DEST_PATH_IMAGE016
Figure 851434DEST_PATH_IMAGE017
Figure 632308DEST_PATH_IMAGE018
Figure 679899DEST_PATH_IMAGE019
Figure 317554DEST_PATH_IMAGE020
Figure 420901DEST_PATH_IMAGE021
Figure 536625DEST_PATH_IMAGE022
Figure 438722DEST_PATH_IMAGE023
Figure 247278DEST_PATH_IMAGE024
Figure 369080DEST_PATH_IMAGE025
Figure 226177DEST_PATH_IMAGE026
Figure 248360DEST_PATH_IMAGE027
Figure 227817DEST_PATH_IMAGE028
Figure 571336DEST_PATH_IMAGE029
Figure 232125DEST_PATH_IMAGE030
Figure 108814DEST_PATH_IMAGE031
Figure 259172DEST_PATH_IMAGE032
Figure 588522DEST_PATH_IMAGE033
Figure 351204DEST_PATH_IMAGE034
Figure 285662DEST_PATH_IMAGE035
Figure 341343DEST_PATH_IMAGE036
Figure 689148DEST_PATH_IMAGE037
Figure 583417DEST_PATH_IMAGE038
Figure 965856DEST_PATH_IMAGE039
在一些实施方式中,所述负性液晶组合物中还包含一种或多种通式III所示的化合物:
Figure 225062DEST_PATH_IMAGE040
其中,R31和R32彼此独立地表示C1-C12的直链烷基、C1-C12的直链烷氧基、C2-C12的直链烯基;
Figure 856900DEST_PATH_IMAGE041
表示
Figure 961385DEST_PATH_IMAGE042
Figure 136014DEST_PATH_IMAGE043
Figure 64656DEST_PATH_IMAGE044
Figure 793577DEST_PATH_IMAGE045
Figure 200288DEST_PATH_IMAGE046
Figure 769768DEST_PATH_IMAGE047
Z3表示单键、-CH2CH2-、-CH=CH-、-CF2O-、-OCF2-、-CH2O-、-OCH2-、-COO-、-OCO-、 -CF2CF2-、-C4H8-、或-CF =CF-。
通式III所示化合物的用量优选为所述负性液晶组合物总重量的1-60wt%,进一步优选为5-50%。
优选地,通式III所示的化合物选自以下化合物中的一种或多种:
Figure 134890DEST_PATH_IMAGE048
Figure 882267DEST_PATH_IMAGE049
Figure 390871DEST_PATH_IMAGE050
Figure 602409DEST_PATH_IMAGE051
在一些实施方式中,所述负性液晶组合物中还包含一种或多种通式IV-1~IV-5所示的化合物:
Figure 108739DEST_PATH_IMAGE052
Figure 140149DEST_PATH_IMAGE053
其中,R41、R42彼此独立地表示C1-C7的直链烷基、C1-C7的直链烷氧基或C2-C7的直链烯基。
通式IV-1~IV-5所示化合物的用量优选为所述负性液晶组合物总重量的1-60wt%,进一步优选为5-50%。
优选地,通式IV-1~IV-5的化合物选自以下化合物中的一种或多种:
Figure 888662DEST_PATH_IMAGE054
Figure 892390DEST_PATH_IMAGE055
Figure 835201DEST_PATH_IMAGE056
Figure 26011DEST_PATH_IMAGE057
在一些实施方式中,所述负性液晶组合物中还包含一种或多种通式V-1~V-8所示的化合物:
Figure 109373DEST_PATH_IMAGE058
Figure 233187DEST_PATH_IMAGE059
其中,R51、R52彼此独立地表示C1-C12的直链烷基、C1-C12的直链烷氧基。
通式V-1~V-8所示化合物的用量优选为所述负性液晶组合物总重量的0.1-20wt%。
优选地,通式V-1~V-8所示的化合物选自以下化合物的一种或多种:
Figure 346899DEST_PATH_IMAGE060
Figure 680797DEST_PATH_IMAGE061
Figure 803736DEST_PATH_IMAGE062
Figure 578794DEST_PATH_IMAGE063
Figure 830784DEST_PATH_IMAGE064
在一些实施方式中,所述负性液晶组合物中还包含一种或多种通式VI-1~VI-3所示的化合物:
Figure 825547DEST_PATH_IMAGE065
其中,R61表示C1-C6的烷基。
通式VI-1~VI-3所示化合物的用量优选为所述负性液晶组合物总重量的1-40wt%。
优选地,VI-1~VI-3所示的化合物选自以下化合物中的一种或多种:
Figure 657237DEST_PATH_IMAGE066
在一些实施方式中,所述负性液晶组合物中还包含一种或多种通式VII-1~VII-10所示的可聚合化合物:
Figure 286801DEST_PATH_IMAGE067
Figure 975271DEST_PATH_IMAGE068
通式VII-1~VII-10所示可聚合化合物的用量优选为液晶组合物总重量的0.1-3%。
在一些实施方式中,所述负性液晶组合物中还包含添加剂,所述添加剂选自自由基清除剂、抗氧化剂和UV稳定剂中的一种或多种。
所述添加剂可选自下述化合物中的一种或多种:
Figure 660593DEST_PATH_IMAGE069
Figure 295974DEST_PATH_IMAGE070
Figure 514465DEST_PATH_IMAGE071
Figure 639416DEST_PATH_IMAGE072
Figure 513831DEST_PATH_IMAGE073
优选地,所述添加剂选自下述化合物中的一种或多种:
Figure 985526DEST_PATH_IMAGE074
上述化合物中,n表示1-8的整数。
所述添加剂的用量优选为液晶组合物总重量的0-5%,更优选为所述液晶组合物总重量的0-1%,进一步优选为所述液晶组合物总重量的0.01-0.2%。
本发明另一方面还提供了一种液晶显示器,所述液晶显示器中包含所述的负性液晶组合物。优选地,所述液晶显示器为VA/MVA/PVA/PSVA等VA类液晶显示装置和/或IPS、FFS模式液晶显示装置;更优选地,所述液晶显示器为MVA/PVA/PSVA模式液晶显示器,进一步优选地为PSVA模式液晶显示器。
与现有技术相比,本发明的有益效果在于:
本发明通过在负介电各向异性的液晶混合物中加入了极性单苯环取代物,该单苯环取代物在拥有较低旋转粘度的同时,具有高的介电异性绝对值,改善了负性液晶的粘性,得到的液晶组合物低温互溶性好、弹性常数大,缩短了响应时间。
具体实施方式
除非另有定义,本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的,不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
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
Figure 58524DEST_PATH_IMAGE075
Figure 88797DEST_PATH_IMAGE076
以如下化合物为例:
Figure 512825DEST_PATH_IMAGE077
用表1的代码表示为:3CWO4。
Figure 319370DEST_PATH_IMAGE078
用表1的代码表示为:4OMO4。
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:折射率各向异性(589nm,25℃);
Δε:介电各向异性(1KHz,25℃);
γ1:表示在25℃下测得的旋转粘度[mPa • s];
LTS:低温稳定向列相相变温度(测试盒中测试,℃)
K11:展曲弹性常数(pN,25 ℃);
K33:弯曲弹性常数(pN,25 ℃);
预倾角:将液晶注入具有垂直取向的测试盒中,在25℃下,由optipro-micro仪器测得。
其中,Δε=ε||,其中,ε||为平行于分子轴的介电常数,ε为垂直于分子轴的介电常数,测试条件:25℃、1KHz。
实施例M1
按以下比例配置液晶,得到混合物M1,将其填充于液晶器件两基板之间进行性能测试,混合物M1的组成和测试数据如表2所示:
表2
Figure 309191DEST_PATH_IMAGE079
对比例D1
将实施例M1中的4OMO4用3CWO4替代,其余组分保持不变,测试结果如表3所示:
表3
Figure 74147DEST_PATH_IMAGE080
实施例M2
按以下比例配置液晶,得到混合物M2,将其填充于液晶显示器两基板之间进行性能测试,混合物M2的组成和测试数据如表4所示:
表4
Figure 985471DEST_PATH_IMAGE081
实施例M3
按以下比例配置液晶,得到混合物M3,将其填充于液晶显示器两基板之间进行性能测试,混合物M3的组成和测试数据如表5所示:
表5
Figure 595706DEST_PATH_IMAGE082
实施例M4
按以下比例配置液晶,得到混合物M4,将其填充于液晶显示器两基板之间进行性能测试,混合物M4的组成和测试数据如表6所示:
表6
Figure 174455DEST_PATH_IMAGE083
实施例M5
按以下比例配置液晶,得到混合物M5,将其填充于液晶显示器两基板之间进行性能测试,混合物M5的组成和测试数据如表7所示:
表7
Figure 280952DEST_PATH_IMAGE084
实施例M6
按以下比例配置液晶,得到混合物M6,将其填充于液晶显示器两基板之间进行性能测试,混合物M6的组成和测试数据如表8所示:
表8
Figure 679572DEST_PATH_IMAGE085
实施例M7
按以下比例配置液晶,得到混合物M7,将其填充于液晶显示器两基板之间进行性能测试,混合物M7的组成和测试数据如表9所示:
表9
Figure 296760DEST_PATH_IMAGE086
实施例M8
按以下比例配置液晶,得到混合物M8,将其填充于液晶显示器两基板之间进行性能测试,混合物M8的组成和测试数据如表10所示:
表10
Figure 402120DEST_PATH_IMAGE087
实施例M9
按以下比例配置液晶,得到混合物M9,将其填充于液晶显示器两基板之间进行性能测试,混合物M9的组成和测试数据如表11所示:
表11
Figure 945096DEST_PATH_IMAGE088
实施例M10
按以下比例配置液晶,得到混合物M10,将其填充于液晶显示器两基板之间进行性能测试,混合物M10的组成和测试数据如表12所示:
表12
Figure 831013DEST_PATH_IMAGE089
实施例M11
按以下比例配置液晶,得到混合物M11,将其填充于液晶显示器两基板之间进行性能测试,混合物M11的组成和测试数据如表13所示:
表13
Figure 986313DEST_PATH_IMAGE090
实施例M12
按以下比例配置液晶,得到混合物M12,将其填充于液晶显示器两基板之间进行性能测试,混合物M12的组成和测试数据如表14所示:
表14
Figure 274075DEST_PATH_IMAGE091
实施例M13
按以下比例配置液晶,得到混合物M13,将其填充于液晶显示器两基板之间进行性能测试,混合物M13的组成和测试数据如表15所示:
表15
Figure 456794DEST_PATH_IMAGE092
实施例M14
按以下比例配置液晶,得到混合物M14,将其填充于液晶显示器两基板之间进行性能测试,混合物M14的组成和测试数据如表16所示:
表16
Figure 298848DEST_PATH_IMAGE093
实施例M15
按以下比例配置液晶,得到混合物M15,将其填充于液晶显示器两基板之间进行性能测试,混合物M15的组成和测试数据如表17所示:
表17
Figure 257839DEST_PATH_IMAGE094
实施例M1-M4测试过程中额外加入占向列相液晶混合物比例为300ppm的下式所示的稳定剂:
Figure 400108DEST_PATH_IMAGE095
实施例P1
为了制备PS-VA混合物,将99.7%的实施例M1的混合物与0.3%的下式的可聚合化合物混合,得到实施例P1。
Figure 488150DEST_PATH_IMAGE096
对比例DP1
将对比例1的混合物D1与0.3%的式VII-1的可聚合化合物混合,得到PSVA对比例DP1。
实施例P2
为了制备PS-VA混合物,将99.7%的实施例M7的混合物与0.3%的下式的可聚合化合物混合,得到实施例P2。
Figure 817500DEST_PATH_IMAGE097
性能测试
将PSVA混合物装入具有垂直取向的3.5 μm的测试盒中,使用UV 光照射,用UV1(313nm, 5.5mw/cm2)在施加19V的电压下照射120s,然后再用UV2(313nm,2.0mw/cm2)照射90min,分别测试预倾角、阈值电压和响应时间,测试结果见表18。
表18
Figure 78717DEST_PATH_IMAGE098
由以上实施例可知,本发明所提供的液晶组合物具有低粘度、大弹性常数、适合的光学各向异性、良好的低温互溶性,可降低液晶显示器的响应时间,从而解决液晶显示器响应速度慢的问题。因此,本发明所提供的液晶组合物适用于VA/MVA/PVA/PSVA等VA显示模式以及IPS及FFS型TFT液晶显示装置;尤其适用于MVA、PVA或PSVA等液晶显示装置。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例,本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换,均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (14)

1.一种负性液晶组合物,其特征在于,所述负性液晶组合物中包含:
(1)至少一种通式I所示的化合物:
Figure DEST_PATH_IMAGE001
其中,R1、R2彼此独立地表示C1-C12的烷基、C1-C12的烷氧基;或,所述C1-C12的烷基、C1-C12的烷氧基中的至少一个氢原子彼此独立地被卤素取代;或,所述C1-C12的烷基、C1-C12的烷氧基中的一个-CH2-或至少两个不相邻的-CH2-彼此独立地被-O-、-CH=CH-、-C≡C-、-CO-O-或-O-CO-以不直接相连的方式取代;
X1、X2彼此独立地表示-F、-CF3
通式I所示化合物的用量为所述负性液晶组合物总重量的3-20wt%;
(2)一种或多种通式IIA、IIB或IIC所示的化合物:
Figure DEST_PATH_IMAGE002
其中,R21、R22彼此独立地表示H、C1-C12的烷基、C1-C12的烷氧基;或,所述C1-C12的烷基、C1-C12的烷氧基中的至少一个氢原子彼此独立地被卤素取代;或,所述C1-C12的烷基、C1-C12的烷氧基中的一个-CH2-或至少两个不相邻的-CH2-彼此独立地被-O-、-CH=CH-、-C≡C-、-CO-O-或-O-CO-以不直接相连的方式取代;
m=0或1,n =1或2;
Z1、Z2 彼此独立地表示单键、-CH2CH2- 、-CH=CH-、-CF2O- 、-OCF2- 、-CH2O-、-OCH2- 、-COO-、-OCO-、-CF2CF2-、-C4H8-或-CF=CF-;
(3)一种或多种通式III所示的化合物:
Figure DEST_PATH_IMAGE003
其中,R31和R32彼此独立地表示C1-C12的直链烷基、C1-C12的直链烷氧基、C2-C12的直链烯基;
Figure DEST_PATH_IMAGE004
表示
Figure DEST_PATH_IMAGE005
Figure DEST_PATH_IMAGE006
Z3表示单键、-CH2CH12-、-CH=CH-、-CF2O-、-OCF2-、-CH2O-、-OCH2-、-COO-、-OCO-、 -CF2CF2-、-C4H8-或-CF =CF-;
通式III所示化合物的用量为所述负性液晶组合物总重量的5-50wt%。
2.根据权利要求1所述的负性液晶组合物,其特征在于,通式I所示的化合物选自以下化合物中的一种或多种:
Figure DEST_PATH_IMAGE008
Figure DEST_PATH_IMAGE010
Figure DEST_PATH_IMAGE012
Figure DEST_PATH_IMAGE014
Figure DEST_PATH_IMAGE016
Figure DEST_PATH_IMAGE018
3.根据权利要求1所述的负性液晶组合物,其特征在于,通式IIA~IIC的化合物选自以下化合物中的一种或多种:
Figure DEST_PATH_IMAGE019
Figure DEST_PATH_IMAGE020
Figure DEST_PATH_IMAGE021
Figure DEST_PATH_IMAGE022
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Figure DEST_PATH_IMAGE047
Figure DEST_PATH_IMAGE048
Figure DEST_PATH_IMAGE049
4.根据权利要求1所述的负性液晶组合物,其特征在于,通式III所示的化合物选自以下化合物中的一种或多种:
Figure DEST_PATH_IMAGE050
Figure DEST_PATH_IMAGE051
Figure DEST_PATH_IMAGE053
5.根据权利要求1所述的负性液晶组合物,其特征在于,所述负性液晶组合物中还包含一种或多种通式Ⅳ-1~IV-5所示的化合物:
Figure DEST_PATH_IMAGE054
Figure DEST_PATH_IMAGE055
其中,R41、R42彼此独立地表示C1-C7的直链烷基、C1-C7的直链烷氧基或C2-C7的直链烯基;
通式IV-1~IV-5所示化合物的用量为所述负性液晶组合物总重量的1-60wt%。
6.根据权利要求5所述的负性液晶组合物,其特征在于,通式IV-1~IV-5所示的化合物选自以下化合物中的一种或多种:
Figure DEST_PATH_IMAGE056
Figure DEST_PATH_IMAGE058
Figure DEST_PATH_IMAGE059
Figure DEST_PATH_IMAGE060
7.根据权利要求1所述的负性液晶组合物,其特征在于,所述负性液晶组合物中还包含一种或多种通式V-1~V-8所示的化合物:
Figure DEST_PATH_IMAGE061
Figure DEST_PATH_IMAGE062
其中,R51、R52彼此独立地表示C1-C12的直链烷基、C1-C12的直链烷氧基;
通式V-1~V-8所示化合物的用量为所述负性液晶组合物总重量的0.1-20wt%。
8.根据权利要求7所述的负性液晶组合物,其特征在于,通式V-1~V-8所示的化合物选自以下化合物中的一种或多种:
Figure DEST_PATH_IMAGE063
Figure DEST_PATH_IMAGE064
Figure DEST_PATH_IMAGE065
Figure DEST_PATH_IMAGE066
Figure DEST_PATH_IMAGE067
9.根据权利要求1所述的负性液晶组合物,其特征在于,所述负性液晶组合物中还包含一种或多种通式VI-1~VI-3所示的化合物:
Figure DEST_PATH_IMAGE068
其中,R61表示C1-C6的烷基;
通式VI-1~VI-3所示化合物的用量为所述负性液晶组合物总重量的1-40wt%。
10.根据权利要求9所述的负性液晶组合物,其特征在于,通式VI-1~VI-3所示的化合物选自以下化合物中的一种或多种:
Figure DEST_PATH_IMAGE069
11.根据权利要求1所述的负性液晶组合物,其特征在于,通式IIA~IIC所示化合物的用量为所述负性液晶组合物总重量的1-40wt%。
12.根据权利要求1所述的负性液晶组合物,其特征在于,所述负性液晶组合物中还包含一种或多种通式VII-1~VII-10所示的可聚合化合物:
Figure DEST_PATH_IMAGE071
Figure DEST_PATH_IMAGE073
通式VII-1~VII-10所示可聚合化合物的用量为液晶组合物总重量的0.1-3%。
13.根据权利要求1所述的负性液晶组合物,其特征在于,所述负性液晶组合物中还包含添加剂,所述添加剂选自自由基清除剂、抗氧化剂和UV稳定剂中的一种或多种;
所述添加剂的用量为液晶组合物总重量的0-5%。
14.一种液晶显示器,其特征在于,所述液晶显示器中包含权利要求1~13任一项所述的负性液晶组合物。
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