Жидкие кристаллы благодаря своим уникальным физическим свойствам развились в важный оптический управляющий элемент, а жидкие кристаллы с добавлением красителей (Dye-Doped Liquid Crystal, DDLC) являются одним из ключевых технических направлений для реализации электрического управления светом. В связи с отсутствием количественной теоретической связи между эффектом оптической активности и анизотропным поглощением красителя в устройствах с закрученным нематическим (Twisted Nematic, TN) жидким кристаллом в данной работе построена теоретическая модель комплексной матрицы Джонса TN-типа с учетом потерь поглощения, установлена аналитическая формула темновой пропускной способности однопластинчатой конструкции TN с поляризатором (TN+P), систематически исследованы закономерности влияния угла закручивания, толщины ячейки жидкого кристалла, коэффициента поглощения красителя и двойного лучепреломления на оптические характеристики устройства. С использованием коммерческого положительного красочного жидкого кристалла и сочетанием оптического моделирования Techwiz LCD 1D с экспериментальной подготовкой образцов выполнена замкнутая проверка теории, моделирования и эксперимента. Результаты теоретических расчетов показали, что закрученная структура жидкого кристалла изменяет эволюцию поляризации света вдоль оптического пути, нарушая условия эффективного поглощения красителя, вызывая протекание света в темновом состоянии; в то же время материалы с высоким двойным лучепреломлением усиливают эффект оптической активности и повышают эффективность поглощения света. Результаты программного моделирования и анализ контраста дополнительно подтвердили, что введение угла закручивания увеличивает темновую пропускную способность и снижает производительность устройства. Были изготовлены образцы с толщиной ячеек 5, 8, 10 мкм и углами закручивания от 180° до 360°. Измерения показали, что при толщине 10 мкм и угле 0° темновая пропускная способность устройства составляет всего 1,03%, обеспечивая оптимальное затемнение; время отклика устройств толщиной 8 мкм не превышает 50 мс, а при структуре под углом 90° благодаря упругому восстановлению закручивания процесс спада самый медленный. В данной работе усовершенствована система количественного оптического анализа закрученного красочного жидкого кристалла, что обеспечивает полный теоретический и экспериментальный базис для структурного проектирования высокозатеняющих, электрически управляемых и непрерывно регулируемых интеллектуальных окон и оптических клапанных устройств.

жидкие кристаллы с красителем;структура TN;комплексная матрица Джонса;регулирование пропускания;оптическое моделирование