TWI820742B - 智慧窗戶及其製造方法 - Google Patents

Abstract

一種智慧窗戶，用以解決習知智慧窗戶的霧度值隨時間降低而無法維持霧化模式的問題。係包含：二基板，係平行相對，該二基板係透明且可導電，各該基板具有數個凸狀顆粒，該數個凸狀顆粒係隨機分布於該二基板相對的內側表面上；一液晶層，係由一液晶材料填充於該二基板之間，該液晶材料包含一負型液晶、一旋性分子、一鹽類離子及一紫外光固化膠；及一脈衝產生器，分別電性連接該二基板，該脈衝產生器切換輸出一低頻脈衝電壓及一高頻脈衝電壓，在該二基板之間形成電場變化。本發明另揭示一種智慧窗戶製造方法。

Description

智慧窗戶及其製造方法

本發明係關於一種光電元件技術，尤其是一種能夠維持高霧度值使穿透光線散射的智慧窗戶及其製造方法。

習知的智慧窗戶係藉由通電或照光等主動控制方法，使窗戶能夠在透明可視與霧化模糊兩種狀態之間切換，在透明狀態下，光線係可以直接穿透窗戶，達到採光及透視窗戶另一側物件的作用；而在霧化狀態下，光線在穿過窗戶時發生散射，導致在窗戶另一側形成模糊影像，達到隱私保護效果並保留採光功能。

習知的智慧窗戶可以是雙穩態(Bistable)的液晶面板，對該智慧窗戶施加一脈衝(Pulse)電壓，係可以使該智慧窗戶由透明態轉換為散射態，或由散射態轉換為透明態，且在未施加電壓的狀況下，該智慧窗戶能夠維持透明態或散射態，惟，習知的智慧窗戶由透明態切換為散射態並停止施加電壓後，該智慧窗戶的霧度值隨時間降低，因此，習知的智慧窗戶在不依靠外加電壓的情況下，係難以長時間維持霧化狀態，該智慧窗戶使穿透光線散射的效果會逐漸消失而恢復透明。

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，係可以提供隱私保護的遮蔽效果。

本發明的次一目的是提供一種智慧窗戶，係可以延長霧化狀態的持續時間。

本發明的又一目的是提供一種智慧窗戶製造方法，係可以簡化智慧窗戶的製造過程。

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：二基板，係平行相對，該二基板係透明且可導電，各該基板具有數個凸狀顆粒，該數個凸狀顆粒係隨機分布於該二基板相對的內側表面上；一液晶層，係由一液晶材料填充於該二基板之間，該液晶材料包含一負型液晶、一旋性分子、一鹽類離子及一紫外光固化膠，該紫外光固化膠在曝光後固化形成該數個凸狀顆粒；及一脈衝產生器，分別電性連接該二基板，該脈衝產生器切換輸出一低頻脈衝電壓及一高頻脈衝電壓，在該二基板之間形成電場變化。

本發明的智慧窗戶製造方法，包含下列步驟：在二基板之間填充一液晶材料而形成一液晶層，該液晶材料包含負型液晶、旋性分子、鹽類離子及一光固化膠；對該液晶層照射一紫外光並持續一曝光時間，使該光固化膠在該二基板內側表面上形成數個凸狀顆粒；及將一脈衝產生器分別電性連接該二基板。

據此，本發明的智慧窗戶及其製造方法，藉由在該二基板內側表面形成該數個凸狀顆粒，係可以使位於該二基板之間的該液晶層能夠維持 液晶分子混亂排列的霧化狀態，使該液晶層在未施加脈衝的狀況下，可以避免逐漸回復到液晶分子整齊排列的透明狀態，如此，該智慧窗戶係具有提升隱私保護的遮蔽效果及延長霧化狀態持續時間的功效。另外，該數個凸狀顆粒係可以由該液晶層產生，並貼附在該二基板的內側表面，而不用另外對該二基板進行精密加工，係具有降低該智慧窗戶製程難度的功效。

其中，該脈衝產生器輸出該低頻脈衝電壓，切換該智慧窗戶為一霧化狀態。該低頻脈衝電壓係可以使該液晶層內的液晶分子呈現隨機混亂排列，則光線穿透該液晶層會發生散射，如此，該智慧窗戶係具有提供隱私保護模式的功效。

其中，該脈衝產生器輸出該高頻脈衝電壓，切換該智慧窗戶為一透明狀態。該高頻脈衝電壓係可以使該液晶層內的液晶分子呈現整齊排列，光線係能夠直接穿透該液晶層，如此，該智慧窗戶係具有提供透視模式的功效。

其中，各該基板包含一透明導電材料，該透明導電材料是氧化銦錫、奈米銀線或透明導電金屬。係可以增加所有光線穿透該二基板的比例，以同時提升散射光及直接穿透光的強度，如此，該智慧窗戶係具有提升霧化及透明狀態之採光量的功效。

其中，該低頻脈衝電壓的頻率為60赫茲，該高頻脈衝電壓的頻率為5000赫茲。該智慧窗戶係可以被低頻脈衝切換為散射態，且被高頻脈衝切換為透明態，如此，該智慧窗戶係具有在可透視與霧化功能之間切換的功效。

其中，該紫外光的波長為357奈米且光強度為80毫瓦特每平方公分，該曝光時間為30分鐘。如此，光固化膠係可以吸收足夠的光能量，以進行聚合反應由液態轉化為固態，係具有快速且簡單形成該智慧窗戶之凸 狀顆粒結構的功效。

1:基板

11:凸狀顆粒

2:液晶層

3:脈衝產生器

G:光固化膠

UV:紫外光

〔第1圖〕本發明較佳實施例的組合側視圖。

〔第2圖〕本發明較佳實施例的使用情形圖。

〔第3圖〕本發明較佳實施例的製造流程圖。

〔第4圖〕本發明較佳實施例與習知智慧窗戶的霧度值隨時間變化比較圖。

〔第5圖〕本發明較佳實施例與習知智慧窗戶的平行光穿透率隨時間變化比較圖。

〔第6圖〕本發明較佳實施例與習知智慧窗戶的施加電壓值與霧度值的關係比較圖。

〔第7圖〕本發明較佳實施例與習知智慧窗戶的施加電壓值與平行光穿透率的關係比較圖。

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；此外，在不同圖式中標示相同符號者視為相同，會省略其說明。

請參照第1圖所示，其係本發明智慧窗戶的較佳實施例，係包含二基板1、一液晶層2及一脈衝產生器3，該液晶層2係位於該二基板1之間，該脈衝產生器3分別電性連接該二基板1。

該二基板1以一間隔形成平行相對，在本實施例中，該間隔之距離為20微米，各該基板1具有數個凸狀顆粒11，該數個凸狀顆粒11係隨 機分布於該二基板1相對的內側表面上，該數個凸狀顆粒11係可以限制位於該二基板1之間的物質分子排列情形，又，各該基板1較佳為透明複合材料，讓光線能夠雙向穿透該二基板1，各該基板1係可以包含密閉材質，例如：玻璃、壓克力、塑膠等，用於將流體物質密封於該二基板1之間；各該基板1還可以包含透明導電材料，例如：氧化銦錫(Indium Tin Oxide,ITO)、奈米銀線、透明導電金屬等，將該二基板1分別電性連接電源，係可以在該二基板1之間形成可切換的電場。

該液晶層2係將一液晶材料填充於該二基板1之間而形成，在本實施例中，該液晶材料包含負型液晶、旋性分子、鹽類離子及紫外光固化膠，其中，紫外光固化膠在曝光後固化形成顆粒狀並分別附著於該二基板1之內側表面，以形成該數個凸狀顆粒11，係能夠作用於該液晶材料的液晶分子排列。

該脈衝產生器3用於輸出交流脈衝電壓，該脈衝產生器3係可以控制交流脈衝電壓的交流頻率、電壓振幅及脈衝寬度(時間)，當交流脈衝電壓作用於該二基板1時，該二基板1之間的電場發生變化，係可以切換該液晶層2中的液晶分子排列方式，使光線入射該液晶層2能夠直接通過或形成散射，係具有切換該智慧窗戶為透明或霧化的作用。

請參照第2圖所示，當該脈衝產生器3未輸出交流脈衝電壓，且該液晶層2內的液晶分子係整齊排列時，光線能夠直接穿透該液晶層2，該智慧窗戶係呈現穩定的透明狀態；當該脈衝產生器3對該智慧窗戶施加一低頻脈衝電壓時，液晶分子係呈現動態且隨機混亂排列，光線穿透該液晶層2會發生散射，使該智慧窗戶由透明狀態切換為霧化狀態；當該脈衝產生器3停止施加該低頻脈衝電壓後，該二基板1之該數個凸狀顆粒11能夠阻止液晶分子回復整齊排列的趨勢，使液晶分子維持隨機混亂排列，則該智慧窗戶仍為 霧化狀態；當該脈衝產生器3對該智慧窗戶施加一高頻脈衝電壓時，液晶分子係再度整齊排列，使該智慧窗戶由霧化狀態恢復為透明狀態；當該脈衝產生器3停止施加該高頻脈衝電壓後，該智慧窗戶仍維持透明狀態。在本實施例中，該低頻脈衝電壓的頻率為60赫茲，該高頻脈衝電壓的頻率為5000赫茲，惟，本發明不以此為限。

請參照第3圖所示，其係本發明智慧窗戶製造方法的較佳實施例，係包含以下步驟，在該二基板1之間填充包含負型液晶、旋性分子、鹽類離子及一光固化膠G等材料之該液晶材料而形成該液晶層2；對該液晶層2照射一紫外光UV並持續一曝光時間，使該光固化膠G在該二基板1內側表面上形成該數個凸狀顆粒11；及將該脈衝產生器3分別電性連接該二基板1。在本實施例中，該光固化膠G為紫外光固化膠，該紫外光UV的波長為357奈米且光強度為80毫瓦特每平方公分，該曝光時間為30分鐘。

請參照第4及5圖所示，其係本發明具有數個凸狀顆粒的智慧窗戶與習知無凸狀顆粒的智慧窗戶，在停止施加低頻脈衝後所測到霧度值及平行光穿透率隨時間的變化，如第4圖所示，未施加電壓的7小時內，具有凸狀顆粒的智慧窗戶之霧度值皆維持在90%左右，係能夠持續提供良好的霧化遮蔽效果，而隨著放置時間增加，無凸狀顆粒的智慧窗戶之霧度值持續下降；又，如第5圖所示，具有凸狀顆粒的智慧窗戶之平行光穿透率維持在10%左右，而無凸狀顆粒的智慧窗戶之平行光穿透率逐漸上升至40%。其中，平行光穿透率係定義為擴散角度在±2.5度之內的出射光強度相對於入射光強度的比例，用於表示入射光線穿透一可透光層後行進方向發生偏折的程度，平行光穿透率越低則表示出射光線呈現的影像越模糊，而具有隱私保護效果。

請參照第6及7圖所示，其係本發明具有數個凸狀顆粒的智慧窗戶與習知無凸狀顆粒的智慧窗戶，所施加的脈衝電壓值與呈現之霧度值及 平行光穿透率的關係比較圖，如第6圖所示，具有凸狀顆粒的智慧窗戶僅需要30伏特的脈衝電壓即可使霧度值達到90%，而無凸狀顆粒的智慧窗戶至少要60伏特的脈衝電壓才能夠將霧度值提升至80%；又，如第7圖所示，具有凸狀顆粒的智慧窗戶之平行光穿透率可以低至10%，而無凸狀顆粒的智慧窗戶之最低平行光穿透率為20%，因此，本發明的智慧窗戶相較於習知的智慧窗戶，係能夠以較低的脈衝電壓值切換為霧化狀態，並提升阻隔平行穿透光的效果，係可以強化霧化遮蔽的作用。

綜上所述，本發明的智慧窗戶及其製造方法，藉由在該二基板內側表面形成該數個凸狀顆粒，係可以使位於該二基板之間的該液晶層能夠維持液晶分子混亂排列的霧化狀態，使該液晶層在未施加脈衝的狀況下，可以避免逐漸回復到液晶分子整齊排列的透明狀態，係具有提升隱私保護的遮蔽效果及延長霧化狀態持續時間的功效。

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包含後附之申請專利範圍所記載的文義及均等範圍內之所有變更。

1:基板

11:凸狀顆粒

2:液晶層

3:脈衝產生器

G:光固化膠

UV:紫外光

Claims (7)

1. 一種智慧窗戶，包含：二基板，係平行相對，該二基板係透明且可導電，各該基板具有數個凸狀顆粒，該數個凸狀顆粒係隨機分布於該二基板相對的內側表面上；一液晶層，係由一液晶材料填充於該二基板之間，該液晶材料包含一負型液晶、一旋性分子、一鹽類離子及一紫外光固化膠，該紫外光固化膠在曝光後固化形成該數個凸狀顆粒；及一脈衝產生器，分別電性連接該二基板，該脈衝產生器切換輸出一低頻脈衝電壓及一高頻脈衝電壓，在該二基板之間形成電場變化。
2. 如請求項1之智慧窗戶，其中，該脈衝產生器輸出該低頻脈衝電壓，切換該智慧窗戶為一霧化狀態。
3. 如請求項1之智慧窗戶，其中，該脈衝產生器輸出該高頻脈衝電壓，切換該智慧窗戶為一透明狀態。
4. 如請求項1之智慧窗戶，其中，各該基板包含一透明導電材料，該透明導電材料是氧化銦錫、奈米銀線或透明導電金屬。
5. 如請求項1之智慧窗戶，其中，該低頻脈衝電壓的頻率為60赫茲，該高頻脈衝電壓的頻率為5000赫茲。
6. 一種智慧窗戶製造方法，包含下列步驟：在二基板之間填充一液晶材料而形成一液晶層，該液晶材料包含負型液晶、旋性分子、鹽類離子及一光固化膠；對該液晶層照射一紫外光並持續一曝光時間，使該光固化膠在該二基板內側表面上形成數個凸狀顆粒；及將一脈衝產生器分別電性連接該二基板。
7. 如請求項6之智慧窗戶製造方法，其中，該紫外光的波長為 357奈米且光強度為80毫瓦特每平方公分，該曝光時間為30分鐘。

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