TW202041925A - 多功能調光玻璃 - Google Patents

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Abstract

一種多功能調光玻璃，用以解決習知智慧窗戶僅能切換於二種狀態之間的問題。係包含：二基板，該二基板之間具有一夾層空間，各該基板具有一導電膜位於該基板面向該夾層空間之內表面，及一配向膜位於該導電膜與該夾層空間之間，各該配向膜具有一配向方向，該二配向方向係相互正交；一調光層，係位於該夾層空間，該調光層具有多個液晶分子及一種鹽類離子，當該二導電膜施加一電壓於該調光層時，該多個液晶分子呈現不連續性且混亂之排列，一入射光在該調光層發生散射；及二偏振片，係分別位於該二基板遠離該夾層空間之外側。

Description

多功能調光玻璃
本發明係關於一種光電元件，尤其是一種可以切換透光、隔熱及隱私保護等功能的多功能調光玻璃。
一般玻璃係用於隔離空間，同時讓光線穿透及提供開放視野，而現有的智慧型調光玻璃係使用可調整光穿透率或光散射狀態的特殊材料，其中，該特殊材料可以由電控改變特性，如：液晶玻璃(Liqud Crystal Glass)、電色玻璃(Electrochromic Glass)、電控懸浮粒子元件(Suspended Particles Device)等；還可以由熱控調光，如：熱色凝膠(Thermochromic gel)；也可以是光致變色(Photochromic)，如此，透過多種調光材料及技術，習知的調光玻璃係可以在高透光與光吸收狀態之間切換，或在高透光與光散射狀態之間切換。
習知的調光玻璃，由於材質相容性及調控技術限制，僅能夠切換至吸收狀態或散射狀態其中之一，導致習知的調光玻璃功能有限而降低消費者興趣，縱使將兩種不同類型之技術合併使用，即可以增加調光玻璃的功能選項，惟，相對提高的製造成本、增加的玻璃成品厚度及操控複雜化，反而難以推廣應用。又，不同類型之技術所使用的材質難以共用，例如：液晶與二色性染料的相溶性低，使製造的玻璃成份分布不均，導致整片玻璃的調光效果不一致，此外，使用低耐紫外光性的二色性染料，係會影響調光玻璃 的使用壽命。
有鑑於此，習知的調光玻璃確實仍有加以改善之必要。
為解決上述問題，本發明的目的是提供一種多功能調光玻璃，係可以切換於透光、隔熱與隱私保護各種功能之間。
本發明的次一目的是提供一種多功能調光玻璃，藉由簡化結構，以降低製造成本及製程技術難度。
本發明的又一目的是提供一種多功能調光玻璃，藉由簡單而多樣的技術切換各項功能，增加可以應用的範圍。
本發明全文所記載的元件及構件使用「一」或「一個」之量詞，僅是為了方便使用且提供本發明範圍的通常意義；於本發明中應被解讀為包括一個或至少一個，且單一的概念也包括複數的情況，除非其明顯意指其他意思。
本發明的多功能調光玻璃，包含：二基板，該二基板之間具有一夾層空間，各該基板具有一導電膜位於該基板面向該夾層空間之內表面，及一配向膜位於該導電膜與該夾層空間之間，各該配向膜具有一配向方向，該二配向方向係相互正交；一調光層，係位於該夾層空間，該調光層具有多個液晶分子及一種鹽類離子，該液晶分子係依據鄰近的該配向膜之該配向方向排列，該鹽類離子分佈於該多個液晶分子之間，當該二導電膜施加一第二電壓於該調光層時，該鹽類離子受該第二電壓影響而干擾該多個液晶分子，該多個液晶分子呈現不連續性且混亂之排列，一入射光在該調光層發生散射；及二偏振片，係分別位於該二基板遠離該夾層空間之外側。
據此，本發明的多功能調光玻璃，藉由切換作用於該調光層之 電場，係可以改變該調光層的調光模式，而依據使用需求結合運用該二偏振片及該調光層，係可以簡單切換透光、隔熱與隱私保護等功能，並依據使用需求調整切換條件，達到「多功能切換」、「簡化結構」及「容易切換控制」等功效。
其中，各該偏振片具有一偏振方向，該二偏振片之該二偏振方向互相平行，其中一偏振片之偏振方向與鄰近之配向膜的該配向方向平行，另一偏振片之偏振方向與鄰近另一偏振片之配向膜的該配向方向正交。如此，該偏振片可以調整入射光之偏振方向，並依據偏振光的特性以另一偏振片控制該入射光通過後的狀態，係具有維持調光狀態的功效。
其中，當該二導電膜施加一初始電壓於該調光層時，該多個液晶分子依據該二配向膜之該二配向方向引導，呈現垂直到水平方向連續性的排列，該入射光通過其中一該偏振片形成具有該偏振方向的一偏振光，該偏振光直接通過該調光層及另一該偏振片。如此，該入射光之穿透率相對較高，係具有切換為透明狀態的功效。
其中，當該二導電膜施加一第一電壓於該調光層時，該多個液晶分子依據該二配向膜之該二配向方向，及該第一電壓作用於該調光層之電場方向引導，該多個液晶分子呈現扭轉型排列，該入射光通過其中一該偏振片形成具有該偏振方向的一偏振光，該偏振光通過該調光層後，該偏振光之偏振方向旋轉90度，另一該偏振片阻擋偏振方向旋轉90度之該偏振光。如此，該二偏振片係可以阻擋吸收該入射光，係具有切換為吸收狀態的功效。
其中，各該偏振片具有一偏振方向，該二偏振片之該二偏振方向互相正交，各該偏振片之偏振方向與鄰近之配向膜的該配向方向平行。如此，該偏振片可以調整入射光之偏振方向，並依據偏振光的特性以另一偏振片控制該入射光通過後的狀態，係具有改變調光狀態的功效。
其中，各該偏振片具有一偏振方向，該二偏振片之該二偏振方向互相正交，各該偏振片之偏振方向與鄰近之配向膜的該配向方向正交。如此，該偏振片可以調整入射光之偏振方向，並依據偏振光的特性以另一偏振片控制該入射光通過後的狀態，係具有改變調光狀態的功效。
其中，當該二導電膜施加一初始電壓於該調光層時，該多個液晶分子依據該二配向膜之該二配向方向引導，呈現垂直到水平方向連續性的排列，該入射光通過其中一該偏振片形成具有該偏振方向的一偏振光，該偏振光直接通過該調光層，另一該偏振片阻擋該偏振光。如此，該二偏振片係可以阻擋吸收該入射光，係具有切換為吸收狀態的功效。
其中，當該二導電膜施加一第一電壓於該調光層時，該多個液晶分子依據該二配向膜之該二配向方向，及該第一電壓作用於該調光層之電場方向引導，該多個液晶分子呈現扭轉型排列，該入射光通過其中一該偏振片形成具有該偏振方向的一偏振光，該偏振光通過該調光層後，該偏振光之偏振方向旋轉90度，而直接通過另一該偏振片。如此，該入射光之穿透率相對較高，係具有切換為透明狀態的功效。
其中，當該二導電膜施加一第三電壓於該調光層時，調整該第三電壓之頻率於60赫茲至6000赫茲之間。如此，藉由調整電壓之頻率係可以作功能切換，具有提升操作空間及增加應用方式的功效。
其中，該液晶分子是具有負的介電異相性之向列型液晶材料。如此，施加電壓係可以使液晶分子之導軸與電場垂直排列，具有控制入射光偏振方向的功效。
其中，該鹽類離子係一種鹽類溶於水或液晶後所分解出的正負離子。如此，正負離子係可以大範圍擾動液晶分子，具有提升散射效果的功效。
其中，該二基板是玻璃、壓克力或塑膠，該二導電膜是氧化銦錫、奈米銀線或透明導電金屬。如此，係可以減少入射光被基板吸收的比例，具有使透明與吸收功能之間的差異度提升的功效。
1‧‧‧基板
11‧‧‧導電膜
12‧‧‧配向膜
12a‧‧‧導引面
2‧‧‧調光層
21‧‧‧液晶分子
3‧‧‧偏振片
M‧‧‧夾層空間
D‧‧‧配向方向
Z‧‧‧偏振方向
L‧‧‧入射光
V0‧‧‧初始電壓
T‧‧‧透明狀態
V1‧‧‧第一電壓
A‧‧‧吸收狀態
V2‧‧‧第二電壓
S‧‧‧散射狀態
C1‧‧‧第一臨界線
C2‧‧‧第二臨界線
V3‧‧‧第三電壓
〔第1圖〕本發明第一實施例的分解立體圖。
〔第2a~2c圖〕本發明第一實施例的功能切換情形圖。
〔第3a~3c圖〕本發明第一實施例的另一種切換情形圖。
〔第4圖〕本發明第一實施例的各功能狀態之電壓值-頻率關係圖。
〔第5a~5c圖〕本發明第二實施例的功能切換情形圖。
〔第6a~6c圖〕本發明第三實施例的功能切換情形圖。
為讓本發明之上述及其他目的、特徵及優點能更明顯易懂，下文特舉本發明之較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：請參照第1圖所示，其係本發明多功能調光玻璃的第一實施例，係包含二基板1、一調光層2及二偏振片3，該調光層2係位於該二基板1之間，該二偏振片3係分別位於該二基板1遠離該調光層2之外側。
請參照第1及2a~2c所示，該二基板1之間具有一夾層空間M，且該二基板1較佳係平行相對設置，各該基板1具有一導電膜11位於該基板1面向該夾層空間M之表面，使該二導電膜11通電時，可以在該夾層空間M形成一電場，各該基板1另具有一配向膜12位於該導電膜11面向該夾層空間M之表面，使該配向膜12之一導引面12a朝向該夾層空間M。該 二基板1較佳為透光而不透氣之材質(例如：玻璃、壓克力、塑膠等)；該二導電膜11可以是氧化銦錫(ITO)、奈米銀線、透明導電金屬等可以輕薄化之透明導電材料；該二配向膜12可以是聚醯亞胺(Polyimide,PI)，透過摩擦定向法係可以在該配向膜12之該導引面12a形成數個定向排列之溝槽，而產生配向(Align)的作用，使各該配向膜12具有一配向方向D，該二配向膜12之該二配向方向D較佳設置為相互正交。
該調光層2係位於該夾層空間M，該調光層2係包含多個液晶分子21及一種鹽類離子(未繪示)，該鹽類離子分佈於該多個液晶分子21之間，該液晶分子21可以是具有負的介電異相性之向列型液晶材料，施加電壓於該液晶分子21係可以使該液晶分子21之導軸與電場垂直排列，該鹽類離子係一種鹽類溶於水或液晶後所分解出的正負離子，該鹽類可以是氯化鈉(NaCl)、硫酸鈣(CaSO4)、碳酸鈉(Na2CO3)、碳酸氫鈉(NaHCO3)、硝酸鉀(KNO3)、四丁基溴化銨(Tetrabutylammonium bromide,TBAB)、四丁基硫酸氫銨(Tetrabutylammonium hydrogensulfate,TBAHS)、四丁基氯化銨(Tetrabutylammonium chloride,TBACl)、四丁基六氟磷酸銨(Tetrabutylammonium hexafluorophosphate,TBAHFP)、四丁基四氟硼酸銨(Tetrabutylammonium Tetrafluoroborate,TBATFB)等材料，該液晶分子21與該鹽類離子的重量組成比例較佳為99：1，惟本發明不以此為限。
另外，該液晶分子21係依據鄰近的該配向膜12之該配向方向D排列，導致該調光層2上下兩端之該液晶分子21係分別形成垂直配向及水平配向，又，該二導電膜11所形成之電場係作用於該液晶分子21及該鹽類離子。
該二偏振片3係分別位於該二基板1遠離該調光層2之外側，各該偏振片3具有一偏振方向Z，該二偏振片3之該二偏振方向Z互相平行， 其中一偏振片3之偏振方向Z與鄰近之配向膜12的該配向方向D平行，另一偏振片3之偏振方向Z與鄰近另一偏振片3之配向膜12的該配向方向D正交。
請參照第2a~2c及4圖所示，據由前述結構，透過切換外加電場的大小，係可以改變本發明多功能調光玻璃的工作狀態，首先，一入射光L通過其中一側之該偏振片3，而形成具有該偏振方向Z的偏振光，如第2a圖所示，當施加一初始電壓V0於該調光層2時，各該液晶分子21不受電場影響，係依據該二配向膜12之該配向方向D引導，使該多個液晶分子21由上到下呈現垂直到水平方向連續性的排列，導致前述偏振之該入射光L，在該調光層2不改變其偏振方向Z而可以直接通過另一側具有相同偏振方向Z之偏振片3，此時，由於該入射光L之穿透率相對較高，該調光玻璃係處於一透明狀態T，係具有透光及提供開放視野的功能。
又，如第2b圖所示，當施加一第一電壓V1於該調光層2時，各該液晶分子21受電場及該二配向膜12影響，使該多個液晶分子21由上到下呈現扭轉型排列，該入射光L通過該調光層2後，該入射光L之偏振方向Z旋轉90度，而垂直於另一側之偏振片3之偏振方向Z，此時，由於該二偏振片3阻擋吸收該入射光L，該調光玻璃係處於一吸收狀態A，係具有遮光及隔熱的功能。
又，如第2c圖所示，當施加一第二電壓V2於該調光層2時，該鹽類離子受電場影響而產生擾動，使該多個液晶分子21呈現不連續性且混亂之排列，該入射光L在該調光層2發生散射而分散往不同方向行進，此時，由於該入射光L所傳遞之影像無法保持原貌，該調光玻璃係處於係一散射狀態S，係具有產生模糊視野及隱私保護的功能。
另外，第3a~3c圖所示，係第一實施例在不同角度及不同入射光L方向的使用情形，藉由切換使用該初始電壓V0、該第一電壓V1及該第 二電壓V2，同樣可以產生如第3a圖所示之該透明狀態T、如第3b圖所示之該吸收狀態A，及如第3c圖所示之該散射狀態S。
請參照第4圖所示，其係該透明狀態T、該吸收狀態A及該散射狀態S的電壓值與頻率之關係圖，其中，該透明狀態T與該吸收狀態A係以一第一臨界線C1區隔，該第一臨界線C1係該初始電壓V0轉換至該第一電壓V1的電壓值-頻率關係曲線；另外，該吸收狀態A與該散射狀態S係以一第二臨界線C2區隔，該第二臨界線C2係該第一電壓V1轉換至該第二電壓V2的電壓值-頻率關係曲線，因此，所選擇之該初始電壓V0、該第一電壓V1及該第二電壓V2的電壓值大小需依據其頻率變動而調整，舉例而言：當供電頻率為500赫茲時，該初始電壓V0可以是0V，該第一電壓V1可以是15V，該第二電壓V2可以是40V；當供電頻率為3000赫茲時，該初始電壓V0可以是0V，該第一電壓V1可以是30V，該第二電壓V2可以是60V。
請再參照第4圖所示，換言之，本發明多功能調光玻璃還可以使用一第三電壓V3，藉由固定該第三電壓V3之電壓值並調整其頻率係可以切換工作狀態，該第三電壓V3之頻率係可以調整於60赫茲至6000赫茲之間，舉例而言：當該第三電壓V3固定為45V時，切換至2000赫茲可以進入該吸收狀態A，切換至1000赫茲可以進入該散射狀態S。
請參照第5a~5c圖所示，其係本發明多功能調光玻璃的第二實施例，該二偏振片3之該二偏振方向Z互相正交，使該入射光L通過其中一側之該偏振片3後，其偏振方向Z垂直於另一側之偏振片3之偏振方向Z，另外，各該偏振片3之偏振方向Z與鄰近之配向膜12的該配向方向D平行，如此，不施加電壓或電壓微弱時係進入該吸收狀態A，而提高電壓則切換為該透明狀態T及該散射狀態S。
如第5a圖所示，施加該初始電壓V0時各該液晶分子21不受 電場影響，使該入射光L通過該調光層2後，其偏振方向Z維持垂直於另一側之偏振片3之偏振方向Z，導致該入射光L受另一側之偏振片3阻擋，係該吸收狀態A；又，如第5b圖所示，施加該第一電壓V1使該多個液晶分子21呈現扭轉型排列，導致該入射光L之偏振方向Z在該調光層2旋轉90度，而平行於另一側之偏振片3之偏振方向Z，該入射光L係可以直接通過另一側之偏振片3，係該透明狀態T；又，如第5c圖所示，施加該第二電壓V2使該入射光L在該調光層2發生散射，係該散射狀態S。
請參照第6a~6c圖所示，其係本發明多功能調光玻璃的第三實施例，該二偏振片3之偏振方向Z互相正交，惟，各該偏振片3之偏振方向Z與鄰近之配向膜12的該配向方向D正交，其工作狀態之切換情形與第二實施例相同，如第6a圖所示，係該吸收狀態A；如第6b圖所示，係該透明狀態T；如第6c圖所示，係該散射狀態S。
綜上所述，本發明的多功能調光玻璃，藉由該偏振片調整入射光之偏振方向，並依據偏振光的特性以另一偏振片控制該入射光通過後的狀態，另外，藉由切換作用於該調光層之電場，係可以改變該調光層的調光模式，而依據使用需求結合運用該二偏振片及該調光層，係可以簡單切換透光、隔熱與隱私保護等功能，並依據使用需求調整切換條件，達到「多功能切換」、「簡化結構」及「容易切換控制」等功效。
雖然本發明已利用上述較佳實施例揭示，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者在不脫離本發明之精神和範圍之內，相對上述實施例進行各種更動與修改仍屬本發明所保護之技術範疇，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
1‧‧‧基板
11‧‧‧導電膜
12‧‧‧配向膜
12a‧‧‧導引面
2‧‧‧調光層
21‧‧‧液晶分子
3‧‧‧偏振片
M‧‧‧夾層空間

Claims (14)

  1. 一種多功能調光玻璃，包含：二基板，該二基板之間具有一夾層空間，各該基板具有一導電膜位於該基板面向該夾層空間之內表面，及一配向膜位於該導電膜與該夾層空間之間，各該配向膜具有一配向方向，該二配向方向係相互正交；一調光層，係位於該夾層空間，該調光層具有多個液晶分子及一種鹽類離子，該液晶分子係依據鄰近的該配向膜之該配向方向排列，該鹽類離子分佈於該多個液晶分子之間，當該二導電膜施加一第二電壓於該調光層時，該鹽類離子受該第二電壓影響而干擾該多個液晶分子，該多個液晶分子呈現不連續性且混亂之排列，一入射光在該調光層發生散射；及二偏振片，係分別位於該二基板遠離該夾層空間之外側。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之多功能調光玻璃，其中，各該偏振片具有一偏振方向，該二偏振片之該二偏振方向互相平行，其中一偏振片之偏振方向與鄰近之配向膜的該配向方向平行，另一偏振片之偏振方向與鄰近另一偏振片之配向膜的該配向方向正交。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之多功能調光玻璃，其中，當該二導電膜施加一初始電壓於該調光層時，該多個液晶分子依據該二配向膜之該二配向方向引導，呈現垂直到水平方向連續性的排列，該入射光通過其中一該偏振片形成具有該偏振方向的一偏振光，該偏振光直接通過該調光層及另一該偏振片。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之多功能調光玻璃，其中，當該二導電膜施加一第一電壓於該調光層時，該多個液晶分子依據該二配向膜之該二配向方向，及該第一電壓作用於該調光層之電場方向引導，該多個液晶分子呈現扭轉型排列，該入射光通過其中一該偏振片形成具有該偏振方向的一 偏振光，該偏振光通過該調光層後，該偏振光之偏振方向旋轉90度，另一該偏振片阻擋偏振方向旋轉90度之該偏振光。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之多功能調光玻璃，其中，各該偏振片具有一偏振方向，該二偏振片之該二偏振方向互相正交，各該偏振片之偏振方向與鄰近之配向膜的該配向方向平行。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之多功能調光玻璃，其中，當該二導電膜施加一初始電壓於該調光層時，該多個液晶分子依據該二配向膜之該二配向方向引導，呈現垂直到水平方向連續性的排列，該入射光通過其中一該偏振片形成具有該偏振方向的一偏振光，該偏振光直接通過該調光層，另一該偏振片阻擋該偏振光。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之多功能調光玻璃，其中，當該二導電膜施加一第一電壓於該調光層時，該多個液晶分子依據該二配向膜之該二配向方向，及該第一電壓作用於該調光層之電場方向引導，該多個液晶分子呈現扭轉型排列，該入射光通過其中一該偏振片形成具有該偏振方向的一偏振光，該偏振光通過該調光層後，該偏振光之偏振方向旋轉90度，而直接通過另一該偏振片。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之多功能調光玻璃，其中，各該偏振片具有一偏振方向，該二偏振片之該二偏振方向互相正交，各該偏振片之偏振方向與鄰近之配向膜的該配向方向正交。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之多功能調光玻璃，其中，當該二導電膜施加一初始電壓於該調光層時，該多個液晶分子依據該二配向膜之該二配向方向引導，呈現垂直到水平方向連續性的排列，該入射光通過其中一該偏振片形成具有該偏振方向的一偏振光，該偏振光直接通過該調光層，另一該偏振片阻擋該偏振光。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之多功能調光玻璃，其中，當該二導電膜施加一第一電壓於該調光層時，該多個液晶分子依據該二配向膜之該二配向方向，及該第一電壓作用於該調光層之電場方向引導，該多個液晶分子呈現扭轉型排列，該入射光通過其中一該偏振片形成具有該偏振方向的一偏振光，該偏振光通過該調光層後，該偏振光之偏振方向旋轉90度，而直接通過另一該偏振片。
  11. 如申請專利範圍第1至10項中任一項所述之多功能調光玻璃，其中，當該二導電膜施加一第三電壓於該調光層時，調整該第三電壓之頻率於60赫茲至6000赫茲之間。
  12. 如申請專利範圍第1至10項中任一項所述之多功能調光玻璃，其中，該液晶分子是具有負的介電異相性之向列型液晶材料。
  13. 如申請專利範圍第1至10項中任一項所述之多功能調光玻璃，其中，該鹽類離子係一種鹽類溶於水或液晶後所分解出的正負離子。
  14. 如申請專利範圍第1至10項中任一項所述之多功能調光玻璃，其中，該二基板是玻璃、壓克力或塑膠，該二導電膜是氧化銦錫、奈米銀線或透明導電金屬。
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