液晶はその独特な物理特性により重要な光学制御デバイスの一種へと発展しており、染料混入液晶（Dye-Doped Liquid Crystal、DDLC）は電気制御による光強度変調を実現する重要な技術路線の一つです。捻りネマティック相（Twisted Nematic、TN）染料液晶デバイスにおける光学回転効果と染料の各方位異方吸収の結びつきに定量的な理論関係が欠如している問題に対し、本論文では吸収損失を含むTN型液晶複素ジョーンズ行列理論モデルを構築し、単層TNと偏光子（TN+P）を組み合わせた調光構造の暗状態透過率解析式を確立し、捻り角、液晶セル厚さ、染料吸収係数および複屈折がデバイスの光学特性に及ぼす制御法則を体系的に検討した。商用正性染料混入液晶を核心材料とし、Techwiz LCD 1D光学シミュレーションおよび試料実験製作と組み合わせて、理論・シミュレーション・実験の閉ループ検証を完遂した。理論計算結果より、液晶捻り構造は光の経路に沿った偏光の変化を改変し、染料の効率的吸収条件を破壊し、暗状態の光漏れを引き起こすことが示された。一方で高複屈折材料は光学回転効果を強化し、光吸収効率を高める。ソフトウェアシミュレーション結果とコントラスト角度は捻り角の導入が暗状態透過率を上昇させ、デバイス性能を低下させることをさらに裏付ける。厚さ5μm、8μm、10μmで捻り角0°～360°の異なる試料を製作し、実測結果は10μm厚、捻り角0°の時にデバイスの暗状態透過率が1.03％まで低下し、遮光性能が最良であることを示した。8μmデバイスの応答時間はすべて50ms以内であり、90°構造は捻り弾性復帰を用いて下降過程が最も遅かった。本論文は捻り染料液晶の光学的定量解析体系を完成させ、高遮光、電気制御連続可変染料液晶スマートウィンドウおよび光バルブデバイスの構造設計に対して完全な理論的根拠および実験的支援を提供する。

染料混入液晶;TN構造;複素ジョーンズ行列;透過率制御;光学シミュレーション