TWI737540B - 智慧窗戶及其切換方法 - Google Patents

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Abstract

一種智慧窗戶，用以解決習知調光玻璃僅能切換於二種狀態之間的問題。其係包含：二透明基板，彼此相對且分別電性連接一電壓源，用於供該電壓源在該二透明基板之間形成一第一脈衝電壓或一第二脈衝電壓；及一液晶層，位於該二透明基板之間，該液晶層具有一液晶材料，該液晶材料具有一螺距，該螺距係250奈米以下或500奈米以上；其中，該液晶材料包含相混合之一向列型液晶、一旋性分子及一光致變色染料，用於接收一光線而改變對應一特定光波長範圍的穿透率，並用於接收該第一脈衝電壓或該第二脈衝電壓而分別切換至一平面螺旋結構或一焦錐狀結構。

Description

智慧窗戶及其切換方法
本發明係關於一種光電元件，尤其是一種可以切換透光、隔熱及保護隱私等功能的智慧窗戶及其切換方法。
傳統智慧窗戶主要分為主動式與被動式兩種類型，主動型智慧窗戶透過例如電致變色技術或懸浮粒子技術調整光穿透率以達成隔熱效果，並透過例如液晶材料調整光散射狀態程度以達成毛玻璃效果。被動式智慧窗戶則可透過例如熱致變色與光致變色技術調整光穿透率。透過多種調光材料及技術，習知的智慧窗戶僅能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。
惟上述習知的智慧窗戶，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，導致習知的智慧窗戶功能有限，而降低消費者興趣。
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智慧窗戶及其切換方法，係可以切換於透光、隔熱與保護隱私功能之間，並達成節能效果。
本發明的次一目的是提供一種智慧窗戶及其切換方法，在無光 線照射時，對可見光線無吸收效果，並可在照光後產生二色性吸收之效果。
本發明的又一目的是提供一種智慧窗戶及其切換方法，係可以加快切換狀態速度，以減少切換狀態所需之時間。
本發明的再一目的是提供一種智慧窗戶及其切換方法，藉由簡化結構，以降低生產成本及製程技術難度。
本發明全文所述方向性或其近似用語，例如「前」、「後」、「左」、「右」、「上(頂)」、「下(底)」、「內」、「外」、「側面」等，主要係參考附加圖式的方向，各方向性或其近似用語僅用以輔助說明及理解本發明的各實施例，非用以限制本發明。
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。
本發明的智慧窗戶，包含：二透明基板，彼此相對且分別電性連接一電壓源，用於供該電壓源在該二透明基板之間形成一第一脈衝電壓或一第二脈衝電壓，該第一脈衝電壓的頻率值大於該第二脈衝電壓的頻率值；及一液晶層，位於該二透明基板之間，該液晶層具有一液晶材料，該液晶材料具有一螺距，該螺距係250奈米以下或500奈米以上；其中，該液晶材料包含相混合之一向列型液晶、一旋性分子、一鹽類離子及一光致變色染料，該向列型液晶為負型液晶，該液晶材料用於接收一光線而改變對應一特定光波長範圍的穿透率，並用於接收該第一脈衝電壓或該第二脈衝電壓而分別切換至一平面螺旋結構或一焦錐狀結構。
據此，本發明的智慧窗戶，透過液晶材料結構主動切換於透明狀態與散射狀態，可調整隱私保護程度，並透過光致變色染料吸收具有特定 光波長範圍之入射光線，使智慧窗戶處於吸收狀態，隨著照光強弱自動調整光穿透率，可有效產生適當的遮光及隔熱效果，且經切換後的狀態不需持續施加電壓而仍可維持穩定，具有節能效果。依據使用需求切換狀態，達到多功能切換、簡化結構及容易控制等功效。
其中，該液晶材料在該平面螺旋結構時，該智慧窗戶對應一可見光波長範圍的穿透率高於80%。如此，可見光之穿透率相對較高，具有提升透明度的功效。
其中，該液晶材料自該焦錐狀結構切換至該平面螺旋結構所需之一第一時間約為20毫秒。如此，轉換液晶結構以切換智慧窗戶狀態，具有即時切換狀態的功效。
其中，該液晶材料自該平面螺旋結構切換至該焦錐狀結構所需之一第二時間小於300毫秒。如此，轉換液晶結構以切換智慧窗戶狀態，具有即時切換狀態的功效。
其中，各該透明基板包含一透明導電膜，分別位於該液晶層之相對二側。如此，透明導電膜係電性連接該電壓源，具有提升導電率的功效。
其中，該特定光波長範圍包含一可見光波長範圍及一紅外光波長範圍至少其中之一。如此，藉由吸收部分的該特定光波長範圍的能量，具有吸光隔熱的功效。
其中，該光致變色染料為乙基8-((4'-戊基環己基苯基)-二氟甲基苯基-4-基)-2-苯基-2-(4-吡咯烷基苯基)-2H-萘并[1,2-b]吡喃-5-羧酸鹽。如此，在照光後產生二色性吸收之效果，具有提升隔熱的功效。
本發明的智慧窗戶的切換方法，係應用於切換如上所述之智慧窗戶，該切換方法包含：施加該第一脈衝電壓，使該智慧窗戶自一散射狀態切換至一透明狀態；施加該第二脈衝電壓，使該智慧窗戶自該透明狀態切換 至該散射狀態；以該光線照射，使該智慧窗戶自該透明狀態切換至一透明吸收狀態，當停止接受該光線照射時，該智慧窗戶切換至該透明狀態；及以該光線照射，使該智慧窗戶自該散射狀態切換至一散射吸收狀態，當停止接受該光線照射時，該智慧窗戶切換至該散射狀態；其中，在不施加該第一脈衝電壓或該第二脈衝電壓時，該智慧窗戶穩定維持於該透明狀態、該散射狀態、該透明吸收狀態或該散射吸收狀態其中之一。
據此，本發明的智慧窗戶的切換方法，透過施加脈衝電壓可調整隱私保護程度，並透過光線照射以調整光穿透率，可有效產生適當的遮光及隔熱效果，且經切換後的狀態不需持續施加電壓而仍可維持穩定，具有節能效果。依據使用需求切換狀態，達到多功能切換、簡化結構及容易控制等功效。
其中，更包含：施加一第三脈衝電壓，並以該光線照射，使該智慧窗戶自該散射吸收狀態切換至該透明吸收狀態，當停止接受該光線照射時，該智慧窗戶切換至該透明狀態；及施加一第四脈衝電壓，並以該光線照射，使該智慧窗戶自該透明吸收狀態切換至該散射吸收狀態，當停止接受該光線照射時，該智慧窗戶切換至該散射狀態。如此，依據使用需求變換多種操作條件，具有提升操作範圍及增加應用方式的功效。
其中，該第三脈衝電壓的頻率值大於該第四脈衝電壓的頻率值。如此，調整脈衝電壓之頻率值即可切換智慧窗戶狀態，具有容易控制及增加施用方式的功效。
1:透明基板
2:液晶層
20:液晶材料
V1:第一脈衝電壓
V2:第二脈衝電壓
V3:第三脈衝電壓
V4:第四脈衝電壓
S1:透明狀態
S2:散射狀態
S3:透明吸收狀態
S4:散射吸收狀態
L:光線
P:螺距
〔第1圖〕本發明第一實施例的分解立體示意圖。
〔第2圖〕本發明第一實施例的各功能狀態切換情形圖。
〔第3圖〕本發明第一實施例的各功能狀態之透光率-光波長關係圖。
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：請一併參照第1及2圖所示，其係本發明智慧窗戶的第一實施例，係包含二透明基板1及一液晶層2，該液晶層2夾設於該二透明基板1之間。
該二透明基板1彼此相互分離且相對配置，較佳者係平行相對配置。二透明基板1分別電性連接外部之一電壓源(未繪示)，並接收來自該電壓源之脈衝電壓，因此，當該電壓源施加脈衝電壓至該二透明基板1時，可以在該二透明基板1之間形成脈衝電壓與電場，用於調控液晶層2特性。舉例而言，該電壓源在該二透明基板1之間形成具有不同的電壓值或頻率值的一第一脈衝電壓V1或一第二脈衝電壓V2。該二透明基板1較佳為導電、透光而不透氣之材質，在一些實施例中，該透明基板1包含一基板與一透明導電薄膜，例如：該基板可為但不限於玻璃、壓克力及塑膠(如：PET及PC)等，該透明導電薄膜可為但不限於氧化銦錫、奈米銀線及透明導電金屬等。
該液晶層2位於該二透明基板1之間，較佳者，該二透明基板1係直接配置於該液晶層2之相反二側。該液晶層2具有一個或多個液晶材料20。該液晶材料20包含相混合之一向列型液晶、一旋性分子及一光致變色染料。依據一些實施例，向列型液晶可為正型向列型液晶及負型向列型液晶。向列型液晶摻雜該旋性分子即為膽固醇液晶，並依據適當的脈衝電壓調控而產生對應的排列結構，其中，該液晶材料20具有一螺距P，且該螺距P為250 奈米以下或500奈米以上。
請參照第2圖所示，該液晶材料20依據在該二透明基板1之間的該第一脈衝電壓V1，切換至平面螺旋結構(planar texture)，此時，各該液晶材料20之螺旋軸將一致地排列垂直於該透明基板1所在平面，產生一週期性螺旋結構。該週期性螺旋結構可藉由布拉格反射特性，反射包含紫外光波段(對應於該螺距P為250奈米以下)及/或紅外光波段(對應於該螺距P為500奈米以上)之不可見光線，而允許包含可見光波段之可見光線穿透。此時，由於入射光線之穿透率相對較高，該智慧窗戶即處於一透明狀態S1，並具有透光及提供開放視野的功能。較佳者，該智慧窗戶對應於可見光波長範圍的穿透率高於80%。
該液晶材料20依據在該二透明基板1之間的該第二脈衝電壓V2，切換至焦錐狀結構(focal-conic texture)，此時，各該液晶材料20之螺旋軸將隨機地排列，因此，入射光線將會被散射到不同方向，使該入射光線所傳遞之影像無法保持原貌，該智慧窗戶即處於一散射狀態S2，並具有產生模糊視野及隱私保護的功能。基上所述，該液晶材料20用於接收該第一脈衝電壓V1或該第二脈衝電壓V2，而分別切換至一平面螺旋結構或一焦錐狀結構，使該智慧窗戶呈該透明狀態S1或該散射狀態S2。
依據一些實施例，該光致變色染料係可相溶於該向列型液晶，並於接收一光線L照射時產生二色性吸收之特性，該光線L可以是紫外光，本發明不以此為限。由於該液晶材料20係該向列型液晶摻該雜旋性分子及該光致變色染料所構成之混合物，該液晶材料20藉由該光致變色染料接收該光線L而改變對應一特定光波長範圍的穿透率，此時，該光致變色染料將吸收具有該特定光波長範圍之入射光線，使該入射光線之部分能量被吸收，該智慧窗戶即處於吸收狀態，並具有遮光及隔熱的功能。隨著照光強度越大，該 光致變色染料將自動地提高吸收效率，使該智慧窗戶不只是轉為更暗的狀態，並具有更強的二色性吸收特性，相較於傳統智慧窗戶產生更好的光學效果。此外，在不同的照光程度(吸收狀態)下，該智慧窗戶皆可在該透明狀態S1與該散射狀態S2之間切換，亦即，該透明窗戶另具有一透明吸收狀態S3與一散射吸收狀態S4等光學狀態。
依據上述結構，本發明的智慧窗戶，透過液晶材料結構主動切換於該透明狀態S1與該散射狀態S2，可調整隱私保護程度，並透過光致變色染料吸收具有特定光波長範圍之入射光線，使智慧窗戶處於該透明吸收狀態S3或該散射吸收狀態S4，隨著照光強弱自動調整光穿透率，可有效產生適當的遮光及隔熱效果，且經切換後的狀態不需持續施加電壓而仍可維持穩定，具有節能效果。依據使用需求切換狀態，達到多功能切換、簡化結構及容易控制等功效。此外，該智慧窗戶無需在透明基板1的任一側設置配向膜與偏振片，藉此簡化結構，以降低生產成本及製程技術難度。
依據一些實施例，該向列型液晶為正型液晶，該液晶材料20包含該正型向列型液晶、該旋性分子及該光致變色染料，且該液晶材料20用於接收例如電壓值為70伏特的第一脈衝電壓V1而切換至平面螺旋結構，及接收例如電壓值為52伏特的第二脈衝電壓V2而切換至焦錐狀結構，其中，該第一脈衝電壓V1的電壓值大於該第二脈衝電壓V2的電壓值。
依據一些實施例，當該向列型液晶為負型液晶，且該液晶材料20另包含一鹽類離子，該液晶材料20可藉由不同頻率值之脈衝電壓切換結構，其中，該第一脈衝電壓V1的頻率值大於該第二脈衝電壓V2的頻率值。該鹽類離子可為一種溶於水或該向列型液晶後將分解出正、負離子之材料，包含但不限於：NaCl、CaS04、Na2C03、NaHC03、KN03、Tetrabutylammonium bromide、Tetrabutylammonium hydrogensulfate、Tetrabutylammonium chloride、Tetrabutylammonium tetrafluoroborate及Tetrabutylammonium hexafluorophosphate等。
在一些實施例中，該特定光波長範圍包含一可見光波長範圍及一紅外光波長範圍至少其中之一，該液晶材料20經該光線L照射而降低對應可見光線及紅外光線的穿透率，藉以吸收更多的可見光線及紅外光線。舉例而言，該光致變色染料為乙基8-((4'-戊基環己基苯基)-二氟甲基苯基-4-基)-2-苯基-2-(4-吡咯烷基苯基)-2H-萘并[1,2-b]吡喃-5-羧酸鹽，但不以此為限。
在第一實施例中，該透明基板1包含一玻璃材質基板及一氧化銦錫材質透明導電膜，該液晶層2厚度為12微米，該液晶材料20的該螺距P為250奈米，該液晶材料20包含負型向列型液晶DNM-9528(93.744%)、旋性分子R5011(3.906%)、鹽類離子TBATFB(0.350%)及光致變色染料(2.000%)。
在該電壓源施加脈衝電壓時，該液晶材料20用於接收例如頻率值為3000赫茲的第一脈衝電壓V1而切換至平面螺旋結構，及接收例如頻率值為200赫茲的第二脈衝電壓V2而切換至焦錐狀結構。
在無光線L照射時，該液晶材料20自該焦錐狀結構(對應該散射狀態S2)切換至該平面螺旋結構(對應該透明狀態S1)所需之一第一時間為16.8毫秒，而在受光線L照射時，該第一時間為23.6毫秒，整體來說，該液晶材料20所需之該第一時間約為20毫秒；在無光線L照射時，該液晶材料20自該平面螺旋結構(對應該透明狀態S1)切換至該焦錐狀結構(對應該散射狀態S2)所需之一第二時間約為292毫秒，而在受光線L照射時，該第二時間為277.2毫秒，整體來說，該液晶材料20所需之該第二時間小於300毫秒。
在接受具有照光強度10mW/cm2的該光線L照射時，該智慧 窗戶經約5.2秒即轉變色至該透明吸收狀態S3或該散射吸收狀態S4，而在無該光線L照射時，該智慧窗戶經約54.2秒後即回復至該透明狀態S1或該散射狀態S2。其中，該變色時間及該回復時間係與該照光強度呈高度相關性，也就是說，照光強度越強，其變色時間將會加快，回復時間則會延長，使該智慧窗戶不只是轉為更暗的狀態，並具有更強的二色性吸收特性。
請參照第3圖，顯示本發明第一實施例的各功能狀態之透光率-光波長關係圖。第3圖中所繪示4條曲線，分別對應於如第2圖所示之該透明狀態S1、該散射狀態S2、該透明吸收狀態S3及該散射吸收狀態S4。在該透明狀態S1時，該智慧窗戶之穿透率大於80%，相較於僅有50~65%穿透率之傳統智慧窗戶，具有較高之穿透率。在該散射狀態S2時，該智慧窗戶之穿透率即降至35%以下，而形成散射效果，其霧度約70%。
在該散射狀態S2且接收光線L照射後，該智慧窗戶將被切換至黑霧狀態，即該散射吸收狀態S4，此時其在可見光波段的透光率將進一步降低至約10%，其霧度約74.9%。在該散射吸收狀態S4且無光線L照射時，該智慧窗戶將被切換至該透明吸收狀態S3，此時其在可見光波段的穿透率約為20%。
請繼續參照第2圖所示，本發明的智慧窗戶的切換方法，係應用於切換如上所述之智慧窗戶，其中，該智慧窗戶之結構特徵、各構件間之連結關係、功效、優點及衍生實施例，已如前述。該切換方法包含以下步驟。首先，施加該第一脈衝電壓V1，使該智慧窗戶自該散射狀態S2切換至該透明狀態S1，從而產生透光及提供開放視野的功能。較佳者，該智慧窗戶對應一可見光波長範圍的穿透率高於80%。
其次，施加該第二脈衝電壓V2，使該智慧窗戶自該透明狀態S1切換至自該散射狀態S2，從而產生模糊視野及隱私保護的功能。其中，該 智慧窗戶透過該液晶材料20接收該第一脈衝電壓V1或該第二脈衝電壓V2，而分別切換至該透明狀態S1或該散射狀態S2之相關機制及其衍生實施例已如前述。
接著，以該光線L照射，使該智慧窗戶自該透明狀態S1切換至該透明吸收狀態S3，當停止接受該光線L照射時，該智慧窗戶切換至該透明狀態S1；以及，以該光線L照射，使該智慧窗戶自該散射狀態S2切換至該散射吸收狀態S4，當停止接受該光線L照射時，該智慧窗戶切換至該散射狀態S2。其中，在不施加該第一脈衝電壓V1或該第二脈衝電壓V2時，該智慧窗戶穩定維持於該透明狀態S1、該散射狀態S2、該透明吸收狀態S3或該散射吸收狀態S4其中之一，從而具有節能之功效。其中，該智慧窗戶透過該光致變色染料接收該光線L而吸收具有該特定光波長範圍之入射光線，而分別切換至該透明吸收狀態S3或該散射吸收狀態S4之相關機制及其衍生實施例已如前述。
依據上述步驟，本發明的智慧窗戶的切換方法，透過施加脈衝電壓可調整隱私保護程度，並透過光線照射以調整光穿透率，可有效產生適當的遮光及隔熱效果，且經切換後的狀態不需持續施加電壓而仍可維持穩定，具有節能效果。依據使用需求切換狀態，達到多功能切換、簡化結構及容易控制等功效。
在一些實施例中，若該向列型液晶為正型液晶，則該第一脈衝電壓V1的電壓值大於該第二脈衝電壓V2的電壓值；若該向列型液晶為負型液晶，且該液晶材料20另包含一鹽類離子，則該第一脈衝電壓V1的頻率值大於該第二脈衝電壓V2的頻率值，相關技術內容及功效已如前述。
請再參照第2圖所示，本發明的智慧窗戶的切換方法，更包含以下步驟：施加一第三脈衝電壓V3，並以該光線L照射，使該智慧窗戶自該 散射吸收狀態S4切換至該透明吸收狀態S3，當停止接受該光線L照射時，該智慧窗戶切換至該透明狀態S1；及施加一第四脈衝電壓V4，並以該光線L照射，使該智慧窗戶自該透明吸收狀態S3切換至該散射吸收狀態S4，當停止接受該光線L照射時，該智慧窗戶切換至該散射狀態S2。
由於該智慧窗戶的液晶材料20受到光線L照射後將改變部分特性，因此，該第一脈衝電壓V1與該第三脈衝電壓V3二者數值大小不一定完全相同。在一些實施例中，若該向列型液晶為正型液晶，則該第三脈衝電壓V3的電壓值大於該第四脈衝電壓V4的電壓值；若該向列型液晶為負型液晶，且該液晶材料20另包含一鹽類離子，則該第三脈衝電壓V3的頻率值大於該第四脈衝電壓V4的頻率值，相關技術內容及功效已如前述。
綜上所述，本發明的智慧窗戶及其切換方法，透過液晶材料結構主動切換於透明狀態與散射狀態，可調整隱私保護程度，並透過光致變色染料吸收具有特定光波長範圍之入射光線，使智慧窗戶處於吸收狀態，隨著照光強弱自動調整光穿透率，可有效產生適當的遮光及隔熱效果，且經切換後的狀態不需持續施加電壓而仍可維持穩定，具有節能效果。依據使用需求切換狀態，達到多功能切換、簡化結構及容易控制等功效。同時，光致變色染料可以使智慧窗戶不只是轉為更暗的狀態，並具有更強的二色性吸收特性，相較於傳統智慧窗戶產生更好的光學效果。此外，智慧窗戶無需在透明基板的任一側設置配向膜與偏振片，藉此簡化結構，達成降低生產成本及製程技術難度等功效。
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:透明基板
2:液晶層
20:液晶材料

Claims (10)

  1. 一種智慧窗戶，包含：二透明基板，彼此相對且分別電性連接一電壓源，用於供該電壓源在該二透明基板之間形成一第一脈衝電壓或一第二脈衝電壓，該第一脈衝電壓的頻率值大於該第二脈衝電壓的頻率值；及一液晶層，位於該二透明基板之間，該液晶層具有一液晶材料，該液晶材料具有一螺距，該螺距係250奈米以下或500奈米以上；其中，該液晶材料包含相混合之一向列型液晶、一旋性分子、一鹽類離子及一光致變色染料，該向列型液晶為負型液晶，該液晶材料用於接收一光線而改變對應一特定光波長範圍的穿透率，並用於接收該第一脈衝電壓或該第二脈衝電壓而分別切換至一平面螺旋結構或一焦錐狀結構。
  2. 如請求項1之智慧窗戶，其中，該液晶材料在該平面螺旋結構時，該智慧窗戶對應一可見光波長範圍的穿透率高於80%。
  3. 如請求項1之智慧窗戶，其中，該液晶材料自該焦錐狀結構切換至該平面螺旋結構所需之一第一時間約為20毫秒。
  4. 如請求項1之智慧窗戶，其中，該液晶材料自該平面螺旋結構切換至該焦錐狀結構所需之一第二時間小於300毫秒。
  5. 如請求項1之智慧窗戶，其中，各該透明基板包含一透明導電膜，分別位於該液晶層之相對二側。
  6. 如請求項1之智慧窗戶，其中，該特定光波長範圍包含一可見光波長範圍及一紅外光波長範圍至少其中之一。
  7. 如請求項1之智慧窗戶，其中，該光致變色染料為乙基8-((4'-戊基環己基苯基)-二氟甲基苯基-4-基)-2-苯基-2-(4-吡咯烷基苯基)-2H-萘并[1,2-b]吡喃-5-羧酸鹽。
  8. 一種智慧窗戶的切換方法，係應用於切換如請求項1之智慧窗戶，該切換方法包含：施加該第一脈衝電壓，使該智慧窗戶自一散射狀態切換至一透明狀態；施加該第二脈衝電壓，使該智慧窗戶自該透明狀態切換至該散射狀態；以該光線照射，使該智慧窗戶自該透明狀態切換至一透明吸收狀態，當停止接受該光線照射時，該智慧窗戶切換至該透明狀態；及以該光線照射，使該智慧窗戶自該散射狀態切換至一散射吸收狀態，當停止接受該光線照射時，該智慧窗戶切換至該散射狀態；其中，在不施加該第一脈衝電壓或該第二脈衝電壓時，該智慧窗戶穩定維持於該透明狀態、該散射狀態、該透明吸收狀態或該散射吸收狀態其中之一。
  9. 如請求項8之智慧窗戶的切換方法，另包含：施加一第三脈衝電壓，並以該光線照射，使該智慧窗戶自該散射吸收狀態切換至該透明吸收狀態，當停止接受該光線照射時，該智慧窗戶切換至該透明狀態；及施加一第四脈衝電壓，並以該光線照射，使該智慧窗戶自該透明吸收狀態切換至該散射吸收狀態，當停止接受該光線照射時，該智慧窗戶切換至該散射狀態。
  10. 如請求項9之智慧窗戶的切換方法，其中，該第三脈衝電壓的頻率值大於該第四脈衝電壓的頻率值。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023065289A1 (zh) * 2021-10-22 2023-04-27 绚丽光电股份有限公司 智能窗户
WO2023225888A1 (zh) * 2022-05-25 2023-11-30 绚丽光电股份有限公司 多功能智能窗户及其控制方法

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI820742B (zh) * 2022-06-09 2023-11-01 絢麗光電股份有限公司 智慧窗戶及其製造方法
TWI814441B (zh) * 2022-06-13 2023-09-01 絢麗光電股份有限公司 智慧窗戶切換方法
WO2023245424A1 (zh) * 2022-06-21 2023-12-28 绚丽光电股份有限公司 调光玻璃切换方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI338499B (en) * 2002-11-15 2011-03-01 Merck Patent Gmbh Electro-optical light modulation element and use thereof, mesogenic modulation medium, and electro-optical display and system and use thereof
TW201310436A (zh) * 2011-08-26 2013-03-01 Fujitsu Ltd 包含膽固醇型液晶之顯示元件的驅動方法以及膽固醇型液晶顯示裝置
TWI410477B (zh) * 2010-10-29 2013-10-01 Ind Tech Res Inst 液晶組成物及包含其之液晶顯示器
TWI410424B (zh) * 2009-11-12 2013-10-01 Ind Tech Res Inst 旋光性化合物及含有此化合物之液晶組成物
TWI558792B (zh) * 2009-08-28 2016-11-21 國立大學法人九州大學 液晶顯示元件以及該元件使用的基板

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8545984B2 (en) * 2003-07-01 2013-10-01 Transitions Optical, Inc. Photochromic compounds and compositions
US20220050316A1 (en) * 2014-11-06 2022-02-17 Gauzy Ltd. Bistable liquid crystal dispersion devices comprising metal-organic mesogens and applications thereof
US10871694B2 (en) * 2016-09-09 2020-12-22 Kent State University Bistable cholesteric liquid crystal switchable window
CN111856805A (zh) * 2020-08-28 2020-10-30 京东方科技集团股份有限公司 调光玻璃及玻璃组件

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI338499B (en) * 2002-11-15 2011-03-01 Merck Patent Gmbh Electro-optical light modulation element and use thereof, mesogenic modulation medium, and electro-optical display and system and use thereof
TWI558792B (zh) * 2009-08-28 2016-11-21 國立大學法人九州大學 液晶顯示元件以及該元件使用的基板
TWI410424B (zh) * 2009-11-12 2013-10-01 Ind Tech Res Inst 旋光性化合物及含有此化合物之液晶組成物
TWI410477B (zh) * 2010-10-29 2013-10-01 Ind Tech Res Inst 液晶組成物及包含其之液晶顯示器
TW201310436A (zh) * 2011-08-26 2013-03-01 Fujitsu Ltd 包含膽固醇型液晶之顯示元件的驅動方法以及膽固醇型液晶顯示裝置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023065289A1 (zh) * 2021-10-22 2023-04-27 绚丽光电股份有限公司 智能窗户
WO2023225888A1 (zh) * 2022-05-25 2023-11-30 绚丽光电股份有限公司 多功能智能窗户及其控制方法

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