Flüssigkristalle haben sich aufgrund ihrer einzigartigen physikalischen Eigenschaften zu einer wichtigen Klasse optischer Steuergeräte entwickelt, wobei farbstoffdotierte Flüssigkristalle (Dye-Doped Liquid Crystal, DDLC) eine der wesentlichen technischen Routen zur Realisierung der elektrisch gesteuerten Lichtmodulation darstellen. Angesichts des Mangels an quantitativen theoretischen Zusammenhängen zwischen dem optischen Drehungseffekt und der gekoppelten anisotropen Absorption von Farbstoffen in Geräten mit verdrehtem nematischem Phasenübergang (Twisted Nematic, TN) wurde in dieser Arbeit ein theoretisches Modell der komplexen Jones-Matrix des TN-Typs mit Absorptionsverlusten entwickelt, eine analytische Formel für die Dunkeldurchlässigkeit der einlagigen TN-Polarisator-Kombinationsstruktur (TN+P) aufgestellt und systematisch die Einstellregeln für die optischen Eigenschaften in Bezug auf Verdrehwinkel, Flüssigkristallzellenstärke, Farbstoffabsorptionskoeffizient und Doppelbrechung untersucht. Unter Verwendung eines kommerziellen, positiv dotierten Farbstoffflüssigkristallmaterials als Kernmaterial wurde unter Einbeziehung der eindimensionalen optischen Simulation Techwiz LCD und der experimentellen Probenherstellung eine geschlossene Verifikation zwischen Theorie, Simulation und Experiment durchgeführt. Theoretische Berechnungsergebnisse zeigen, dass die verdrehte Flüssigkristallstruktur die Evolution der Lichtpolarisation entlang des Lichtweges verändert, die Bedingungen für eine effiziente Farbstoffabsorption stört und eine Dunkeläuftung verursacht; gleichzeitig verstärken Materialien mit hoher Doppelbrechung den optischen Drehungseffekt und erhöhen die Lichtabsorptionseffizienz. Simulationsergebnisse und Kontrastwinkelanalysen bestätigen zudem, dass die Einführung des Verdrehwinkels die Dunkeldurchlässigkeit erhöht und die Geräteleistung verringert. Proben mit Zellstärken von 5, 8, 10 μm und Verdrehwinkeln von 180° bis 360° wurden hergestellt, und Messungen zeigen, dass die Dunkeldurchlässigkeit bei 10 μm Zellstärke und 0° Verdrehwinkel auf lediglich 1,03 % absinkt, was die beste Lichtabschirmung darstellt; die Ansprechzeiten der 8 μm Geräte liegen unter 50 ms, wobei die 90° Struktur durch elastische Verdrehungsrückstellung die langsamste Abklingphase aufweist. Diese Arbeit vervollständigt das quantitative optische Analysesystem für verdrehte farbstoffdotierte Flüssigkristalle und liefert eine vollständige theoretische Basis sowie experimentelle Unterstützung für das strukturelle Design von hochabdichtenden, elektrisch steuerbaren, kontinuierlich einstellbaren intelligenten Fenstern und optischen Ventilgeräten auf Basis farbstoffdotierter Flüssigkristalle.

Farbstoffdotierter Flüssigkristall;TN-Struktur;Komplexe Jones-Matrix;Transmissionssteuerung;Optische Simulation