TW202301013A - 多功能智慧窗戶及其控制方法 - Google Patents

Abstract

一種多功能智慧窗戶，用以解決習知智慧窗戶僅有二種切換狀態的問題。係包含：一擴散層，依據作用於該擴散層的電場，切換為透明狀態及擴散狀態；一被動層，與該擴散層疊合，入射該被動層兩側的光線，部份穿透該被動層，部分被該被動層反射；一遮光層，疊合於該被動層相對該擴散層之另一側，該遮光層依據作用於該遮光層的電場，以切換為透明狀態及遮光狀態；及一投影單元，發出一投影光，該投影光由該擴散層入射。本發明另揭示一種多功能智慧窗戶的控制方法。

Description

多功能智慧窗戶及其控制方法

本發明係關於一種光電元件，尤其是一種能夠投影、遮光，還能夠切換霧化或透明狀態的多功能智慧窗戶及其控制方法。

一般的窗戶用於隔離空間，同時能夠讓光線穿透及提供開放視野，而在窗戶上增加各種調光結構，例如：隔熱模、液晶層、偏光板等，係可以利用光學原理，在窗戶上實現遮光、霧化、變色等功能，甚至將窗戶做為顯示屏幕以展示影像畫面。習知的智慧窗戶係依據使用者的需求選擇對應的調光結構，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，以達到透明窗戶能夠調整為遮光或隱私保護的效果。

習知的智慧窗戶大多只能在兩種狀態之間切換，例如：透過電致變色技術（Electrochromic，EC）及懸浮粒子技術（Suspended Particle Devices, SPD）可以調整光線的強弱來達到隔熱的效果，但是反應時間較長且成本高；又，透過聚合物液晶技術（Polymer Dispersed Liquid Crystal, PDLC）可以即時切換隱私保護狀態及做為投影屏幕，惟，聚合物液晶技術僅能將光線散射而無法達到隔熱效果，且影像容易受到環境的光線干擾而影響顯示品質，習知的智慧窗戶的應用方式有限且使用情形受到限制。

有鑑於此，習知的智慧窗戶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智慧窗戶，利用簡單結構可以切換多種功能者。

本發明的次一目的是提供一種多功能智慧窗戶，係可以提升投影時的影像品質者。

本發明的又一目的是提供一種多功能智慧窗戶，係可以降低製造成本及製程困難度者。

本發明的再一目的是提供一種多功能智慧窗戶的控制方法，係可以簡單快速地切換多種光線模式者。

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。

本發明全文所述「結合」、「組合」或「組裝」等近似用語，主要包含連接後仍可不破壞構件地分離，或是連接後使構件不可分離等型態，係本領域中具有通常知識者可以依據欲相連之構件材質或組裝需求予以選擇者。

本發明的多功能智慧窗戶，包含：一擴散層，依據作用於該擴散層的電場，切換為透明狀態及擴散狀態；一被動層，與該擴散層疊合，入射該被動層兩側的光線，部份穿透該被動層，部分被該被動層反射；一遮光層，疊合於該被動層相對該擴散層之另一側，該遮光層依據作用於該遮光層的電場，以切換為透明狀態及遮光狀態；及一投影單元，發出一投影光，該投影光由該擴散層入射。

本發明的多功能智慧窗戶的控制方法，包含：一透視模式，將該擴散層及該遮光層皆切換為透明狀態；一照明模式，將該擴散層切換為擴散狀態，及該遮光層切換為透明狀態；一隔熱模式，將該擴散層切換為擴散狀態，及將該遮光層切換為遮光狀態；一鏡子模式，將該擴散層切換為透明狀態，及將該遮光層切換為遮光狀態；及一影像模式，將該擴散層切換為擴散狀態，及將該遮光層切換為遮光狀態，並由該投影單元產生該投影光入射該擴散層。

據此，本發明的多功能智慧窗戶及其控制方法，係可以藉由可主動切換的該擴散層及該遮光層，搭配不需要切換的該被動層，並以該投影單元投射影像，係可以依據使用需求切換窗戶功能以控制光線的行進路線及型態，係具有多功能切換、操控簡單、降低製造成本及提升影像品質等功效。

其中，該擴散層具有一液晶材料位於透明導電的二基板之間，該液晶材料包含主體液晶、旋性分子、鹽類離子及高分子聚合物。如此，該二基板之間可以形成可切換的電場作用於該液晶材料，係具有控制該液晶材料呈現扭轉排列或混亂排列的功效。

其中，該擴散層之該二基板分別具有配向性質，且該二基板之法線與該液晶材料之導軸的夾角小於10度。如此，不施加電場可以使該擴散層為透明狀態，係具有斷電或不使用時維持透明的功效。

其中，該液晶材料是向列型液晶、層列型液晶、主客型液晶、聚合物分散型液晶、聚合物穩固型液晶、膽固醇液晶或聚合物穩固型膽固醇液晶。如此，該液晶材料透過電壓大小、頻率或脈衝控制液晶的排列型態，係可以依據提供的電壓源種類選擇液晶材料，係具有應用於多種使用情況的功效。

其中，該被動層是具有不同厚度金屬塗層的塑膠薄膜，或折射率週期性排列的多層膜。如此，光線在該被動層反射及穿透，係具有調整室內光及室外光之穿透比例的功效。

其中，該遮光層具有一液晶材料位於透明導電的二基板之間，該液晶材料包含主體液晶、旋性分子、鹽類離子、二色性染料及高分子聚合物。如此，該二基板之間可以形成可切換的電場作用於該液晶材料，係具有控制該液晶材料規則排列或吸收光線的功效。

其中，該遮光層之該二基板分別具有配向性質，且該二基板之配向方向互為正交。如此，不施加電場可以使該遮光層為透明狀態，係具有斷電或不使用時維持透明的功效。

其中，該遮光層是電致變色元件、懸浮粒子元件或偏振型液晶元件。如此，該遮光層透過電壓變化切換遮光功能，係可以依據提供的電壓源種類選擇光電元件，係具有應用於多種使用情況的功效。

其中，一室內光線由該擴散層入射，一室外光線由該遮光層入射。如此，該室內光線可以被擴散而霧化，該室外光線可以被吸收而無法穿透，係具有保護室內隱私及隔絕室外高溫強光的功效。

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，其係本發明多功能智慧窗戶的較佳實施例，係包含一擴散層1、一被動層2、一遮光層3及一投影單元4，該擴散層1及該遮光層3分別疊合於該被動層2之二表面，該投影單元4於該擴散層1顯露側，該投影單元4正向投影於該擴散層1的表面，使該投影單元4發出之一投影光P由該擴散層1入射，再依序作用於該被動層2及該遮光層3。

該擴散層1係由一液晶材料11注入於透明之二基板12之間，該液晶材料11可以包含主體液晶、旋性分子、鹽類離子及高分子聚合物，其中，主體液晶的重量百分濃度較佳大於90%，鹽類離子的重量百分濃度較佳小於1%；該二基板12可以包含透明導電材料，藉由將該二基板12分別電性連接電壓源，係可以在該二基板12之間形成可切換的電場作用於該液晶材料11，以控制該液晶材料11呈現扭轉排列或混亂排列。舉例而言，當該二基板12具有配向（Align）性質，且該二基板12之法線與該液晶材料11之導軸（Director Axis）的夾角小於10度時，不施加電場可以使該液晶材料11呈現扭轉排列，則入射光線能夠直接穿透該液晶材料11，該擴散層1為透明狀態，而施加電場可以使該液晶材料11呈現混亂排列，導致入射光線在該液晶材料11發生多重散射，切換該擴散層1為擴散狀態；反之，當該二基板12不具有配向性質時，施加電場可以使該擴散層1呈現透明狀態，而不施加電場可以使該擴散層1呈現擴散狀態。

該液晶材料11可以是向列型液晶、層列型液晶、主客型液晶、聚合物分散型液晶、聚合物穩固型液晶、膽固醇液晶或聚合物穩固型膽固醇液晶；各該基板12之透明導電材料可以是氧化銦錫、奈米銀線、奈米金屬粒子；各該基板12可以由配向膜提供配向性質，配向膜較佳位於各該基板12靠該液晶材料11一側的表面，配向膜的材料可以是聚醯亞胺（Polyimide, PI）薄膜，本發明之該擴散層1的材料不以此為限。

該被動層2係分別由該擴散層1及該遮光層3接收光線，在光線入射該被動層2後，部分光線穿透該被動層2，而部分光線被該被動層2反射，該被動層2係不會受電場作用而改變性質。該被動層2可以是具有不同厚度金屬塗層的塑膠薄膜，或折射率週期性排列的多層膜，本發明不以此為限。

在本實施例中，該遮光層3係由一液晶材料31注入於透明之二基板32之間，該液晶材料31可以包含主體液晶、旋性分子、鹽類離子、二色性染料及高分子聚合物，其中，主體液晶的重量百分濃度較佳大於90%，二色性染料的重量百分濃度較佳小於5%，鹽類離子的重量百分濃度較佳小於1%；該二基板32可以包含透明導電材料，藉由將該二基板32分別電性連接電壓源，係可以在該二基板32之間形成可切換的電場作用於該液晶材料31，以控制該液晶材料31讓入射光線通過，或利用二色性染料吸收入射光線。舉例而言，當該二基板32具有配向性質，且該二基板32之配向方向互為正交時，不施加電場可以使入射光線直接穿透該液晶材料31，該遮光層3為透明狀態，而施加電場可以使該液晶材料31吸收入射光線，切換該遮光層3為遮光狀態；反之，當該二基板32不具有配向性質時，施加電場可以使該遮光層3呈現透明狀態，而不施加電場可以使該遮光層3呈現遮光狀態。該遮光層3還可以是電致變色元件、懸浮粒子元件或偏振型液晶元件，本發明不以此為限。

該投影單元4用於產生該投影光P，並將該投影光P入射該擴散層1、該被動層2及該遮光層3，其中，該擴散層1較佳切換為擴散狀態，及該遮光層3較佳切換為遮光狀態，係可以使該投影光P入射該擴散層1後，在該擴散層1發生多重散射，再由該被動層2反射部分的該投影光P，並在該擴散層1發生第二次多重散射，則該投影光P形成漫反射以增加影像的可視角度，另外，該遮光層3係可以吸收穿透該被動層2的部分投影光P及直接入射該遮光層3之一室外光線O，可避免背景光線干擾投影效果，係具有提升影像對比度的作用。

請參照第2~6圖所示，其係本發明多功能智慧窗戶的控制方法的較佳實施例，係包含一透視模式S1、一照明模式S2、一隔熱模式S3、一鏡子模式S4及一影像模式S5，另外，以位於該擴散層1一側為室內，及位於該遮光層3一側為室外，進一步說明光線通過該多功能智慧窗戶之各模式的情形。

請參照第2圖所示，該透視模式S1係將該擴散層1及該遮光層3皆切換為透明狀態，使一室內光線I由該擴散層1入射，該室內光線I穿透該擴散層1後，在該被動層2分為一室內穿透光I _T繼續穿透該遮光層3，及一室內反射光I _R反射後再次穿透該擴散層1；另外，該室外光線O由該遮光層3入射，該室內光線I穿透該遮光層3後，在該被動層2分為一室外穿透光O _T繼續穿透該擴散層1，及一室外反射光O _R反射後再次穿透該遮光層3。如此，在該透視模式S1時，在室內可以接收到該室外穿透光O _T而看到室外的景象；在室外則可以接收到該室內穿透光I _T而看到室內的景象。

請參照第3圖所示，該照明模式S2係將該擴散層1切換為擴散狀態，及將該遮光層3切換為透明狀態，使該室內光線I由該擴散層1入射，該室內光線I在該擴散層1發生多重散射，擴散之該室內光線I在該被動層2分為該室內穿透光I _T維持擴散並射出該遮光層3，及該室內反射光I _R反射後再次擴散並射出該擴散層1；另外，該室外光線O由該遮光層3入射，該室內光線I穿透該遮光層3後，在該被動層2分為該室外穿透光O _T在該擴散層1擴散後射出，及該室外反射光O _R反射後再次穿透該遮光層3。如此，在該照明模式S2時，在室內可以接收到擴散射出的該室外穿透光O _T及擴散射出的該室內反射光I _R，可以得到照明效果但是只能看到霧化影像；在室外則接收到擴散射出的該室內穿透光I _T及該室外反射光O _R，係無法看到清晰的室內景象，係具有隱私保護的作用。

請參照第4圖所示，該隔熱模式S3係將該擴散層1切換為擴散狀態，及將該遮光層3切換為遮光狀態，使該室內光線I由該擴散層1入射，該室內光線I在該擴散層1發生多重散射，部份擴散之該室內光線I在該被動層2反射後，形成該室內反射光I _R再次擴散並射出該擴散層1，其餘的該室內光線I穿透該被動層2後，被該遮光層3吸收而無法穿透；另外，該室外光線O由該遮光層3入射，該室外光線O被該遮光層3吸收而不會到達該被動層2及該擴散層1。如此，在該隔熱模式S3時，在室內不會接收到該室外光線O，係具有遮光及隔熱的效果；在室外亦不會接收該室內光線I，係無法看到室內的景象，係具有隱私保護的作用。

請參照第5圖所示，該鏡子模式S4係將該擴散層1切換為透明狀態，及將該遮光層3切換為遮光狀態，使該室內光線I由該擴散層1入射，該室內光線I穿透該擴散層1後，部份之該室內光線I在該被動層2反射後，形成該室內反射光I _R再次穿透並射出該擴散層1，其餘的該室內光線I穿透該被動層2後，被該遮光層3吸收而無法穿透；另外，該室外光線O由該遮光層3入射，該室外光線O被該遮光層3吸收而不會到達該被動層2及該擴散層1。如此，在該鏡子模式S4，在室內會接收到直接反射的該室內反射光I _R，且不會接收到該室外光線O，係具有鏡子的效果；在室外亦不會接收該室內光線I，係無法看到室內的景象。

請參照第6圖所示，該影像模式S5係將該擴散層1切換為擴散狀態，及將該遮光層3切換為遮光狀態，並由該投影單元4產生該投影光P入射該擴散層1，該投影光P在該擴散層1發生多重散射，部份擴散之該投影光P在該被動層2反射後，形成一投影反射光P _R再次擴散並射出該擴散層1；另外，剩餘的該投影光P及該室外光線O被該遮光層3吸收而不會由該擴散層1射出。如此，在該影像模式S5時，在室內會接收到漫反射的該投影反射光P _R，係可以從不同角度看到投影影像，且不會接收到該室外光線O，係具有廣視角、高效率、高對比及低背景光干擾的作用；在室外則不會接收該室內光線I及該投影光P，係無法看到室內的景象。

綜上所述，本發明的多功能智慧窗戶及其控制方法，係藉由可主動切換的該擴散層及該遮光層，搭配不需要切換的該被動層，並以該投影單元投射影像，係可以依據使用需求切換窗戶功能以控制光線的行進路線及型態，係具有多功能切換、操控簡單、降低製造成本及提升影像品質等功效。

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:擴散層 11:液晶材料 12:基板 2:被動層 3:遮光層 31:液晶材料 32:基板 4:投影單元 P:投影光 P _R:投影反射光 S1:透視模式 S2:照明模式 S3:隔熱模式 S4:鏡子模式 S5:影像模式 O:室外光線 O _T:室外穿透光 O _R:室外反射光 I:室內光線 I _T:室內穿透光 I _R:室內反射光

［第1圖］  本發明較佳實施例的疊層結構圖。 ［第2圖］  本發明較佳實施例在透視模式的光線反射及穿透情形圖。 ［第3圖］  本發明較佳實施例在照明模式的光線反射及穿透情形圖。 ［第4圖］  本發明較佳實施例在隔熱模式的光線反射及穿透情形圖。 ［第5圖］  本發明較佳實施例在鏡子模式的光線反射及穿透情形圖。 ［第6圖］  本發明較佳實施例在影像模式的光線反射及穿透情形圖。

1:擴散層

11:液晶材料

12:基板

2:被動層

3:遮光層

31:液晶材料

32:基板

4:投影單元

P:投影光

O:室外光線

I:室內光線

Claims (10)

1. 一種多功能智慧窗戶，包含： 一擴散層，依據作用於該擴散層的電場，切換為透明狀態及擴散狀態； 一被動層，與該擴散層疊合，入射該被動層兩側的光線，部份穿透該被動層，部分被該被動層反射； 一遮光層，疊合於該被動層相對該擴散層之另一側，該遮光層依據作用於該遮光層的電場，以切換為透明狀態及遮光狀態；及 一投影單元，發出一投影光，該投影光由該擴散層入射。
2. 如請求項1之多功能智慧窗戶，其中，該擴散層具有一液晶材料位於透明導電的二基板之間，該液晶材料包含主體液晶、旋性分子、鹽類離子及高分子聚合物。
3. 如請求項2之多功能智慧窗戶，其中，該二基板分別具有配向性質，且該二基板之法線與該液晶材料之導軸的夾角小於10度。
4. 如請求項2之多功能智慧窗戶，其中，該液晶材料是向列型液晶、層列型液晶、主客型液晶、聚合物分散型液晶、聚合物穩固型液晶、膽固醇液晶或聚合物穩固型膽固醇液晶。
5. 如請求項1之多功能智慧窗戶，其中，該被動層是具有不同厚度金屬塗層的塑膠薄膜，或折射率週期性排列的多層膜。
6. 如請求項1之多功能智慧窗戶，其中，該遮光層具有一液晶材料位於透明導電的二基板之間，該液晶材料包含主體液晶、旋性分子、鹽類離子、二色性染料及高分子聚合物。
7. 如請求項6之多功能智慧窗戶，其中，該二基板分別具有配向性質，且該二基板之配向方向互為正交。
8. 如請求項1之多功能智慧窗戶，其中，該遮光層是電致變色元件、懸浮粒子元件或偏振型液晶元件。
9. 一種多功能智慧窗戶的控制方法，係應用於如請求項1至8中任一項之多功能智慧窗戶，該控制方法包含： 一透視模式，將該擴散層及該遮光層皆切換為透明狀態； 一照明模式，將該擴散層切換為擴散狀態，及將該遮光層切換為透明狀態； 一隔熱模式，將該擴散層切換為擴散狀態，及將該遮光層切換為遮光狀態； 一鏡子模式，將該擴散層切換為透明狀態，及將該遮光層切換為遮光狀態；及 一影像模式，將該擴散層切換為擴散狀態，及將該遮光層切換為遮光狀態，並由該投影單元產生該投影光入射該擴散層。
10. 如請求項9之多功能智慧窗戶的控制方法，其中，一室內光線由該擴散層入射，一室外光線由該遮光層入射。

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