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蓝相液晶的工作原理是基于Kerr 效应。将蓝相液晶置于两平行电极板之间就构成一个Kerr 盒,外加电场通过平行电极板作用在蓝相液晶上,在外电场作用下,蓝相液晶就变为光学上的单轴晶体,其光轴方向与电场方向平行。当线偏振光以垂直于电场的方向通过蓝相液晶时,将分解为两束线偏振光,一束的光矢量沿着电场方向,另一束的光矢量与电场垂直。
它们的折射率分别称为正常折射率n0 与反常折射率ne。蓝相液晶是正或负双折射物质,取决于ne- n0值的为正或负。
式中,λ 是入射光的波长,K 是Kerr 常数,E 是外加电场。由于蓝相液晶有较强的Kerr 效应,所以公式(1)只适用于未饱和前的较小电场情况。
但是Kerr 盒的结构是不适用于显示器的,因为按标准Kerr 盒结构,电压是加在两平行电极板之间,即电场是垂直于电极板的,入射光要与电场垂直必须从两平行电极板之间入射。作为显示器,入射光是垂直于两平行透明电极板入射的,要产生与入射光垂直的电场,只能将平行电极制作在下透明电极板上。为了增强电场,每组两平行电极必须很靠近,即做成如共平面开关结构液晶盒中的交叉指电极结构。
在液晶盒上、下各置一片偏振方向互相垂直的偏振片,当液晶盒上无电场时,蓝相液晶的表现如同一个各向同性介质,与上偏振片偏振方向相同的入射偏振光透不过液晶盒,呈现一个黑背景;当液晶盒上加有电场时,蓝相液晶的表现如同一个具有双折射特性的单轴晶体,其Δn 随外加电场的平方而增加,透过的光强度也随之增加,达到利用蓝相液晶的Kerr效应,用外电场实现调光的目的。这类器件透射率T与相位延迟的关系为:
式中,Ψ 是蓝相液晶的光学轴与偏振片的一个透射轴之间的夹角,di 是蓝相液晶层中有效双折射的厚度。为了获得最大的透射率,Ψ 应取45°,diΔni应等于λ/2。
优点:
(1)具有亚毫秒的响应时间,不但使液晶显示器有可能实现场序彩色显示模式,还可以大大降低动态伪像,而场序彩色显示模式显示器的分辨率和光学效率是常规的3 倍;
(2)不需要定向层,可以大大简化制管工艺过程;
(3)暗场时光学上是各向同性的,所以视角大,并且非常对称;
(4)只要液晶盒的厚度大于一定值,其透明度对液晶盒的厚度不敏感,所以特别适于制作大显示屏。
缺点:
(1)驱动电压太高。如果采用如共平面开关结构(IPS)液晶盒中的交叉指电极,当BP- LC 的Kerr 常数K 为约10nm/V2 时,驱动电压约为50Vrms;
(2)透明度不够高,只有约65%。