TWI550181B - 一種多功能電子窗及其製法 - Google Patents
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Description
本發明揭示一種具有多功能之電子窗，同時具有高遮蔽性與高穿透之效果，進一步結合立體印刷效果，多功能電子窗提供類似電子窗簾之功能，而立體印刷則為窗簾上的裝飾圖案。此產品可用於窗戶之裝飾與屏障，更可用於室內隔間的用途與橱窗之廣告與遮蔽。
目前電子窗可分為兩種，第一種為聚合物分散液晶，又稱為PDLC(polymer dispersed liquid crystal)，是液晶以微米量級的小微滴分散在有機固態聚合物基體內，由於由液晶分子構成的小微滴的光軸處於自由取向，其折射率與基體的折射率不匹配，當光通過基體時被微滴強烈散射而呈不透明的乳白狀態或半透明狀態。施加電場可調節液晶微滴的光軸取向，當兩者折射率相匹配時，呈現透明態。除去電場，液晶微滴有恢復最初的散光狀態，從而進行顯示。聚合物分散液晶是由多恩(Doane)博士的小組於1984年發明，美國專利4688900。該項技術利用相分離技術形成液晶微粒，技術上稱之為高分子分散的液晶技術或PDLC技術。即用來封液晶瓶口的環氧樹脂常常由透明變乳白的現象。PDLC簡化了生產工藝。這項技術使用不溶於水的聚合物單體，如環氧樹脂和固化劑，與液晶混合
而形成一個透明的溶液。當固化發生時，由於溶解度減小，液晶微粒會自動析出來，並懸浮在高分子相中。所謂電子窗係利用此發明當調光玻璃斷電時，玻璃中間的高分子液晶材料無序排列，使光線無法穿透玻璃，這時看到的效果便是乳白色的不透明狀態。當調光玻璃通電時，在電場作用下，玻璃中間的高分子液晶材料有序排列，使光線能透過玻璃，這時看到的效果便是透明無色的玻璃狀態。
第二種為懸浮顆子裝置(Suspended Particle Device，SPD)，其利用棒狀顆粒懸浮在液體中，再以兩片玻璃或塑料的薄膜透明電極貼合於兩側。當沒有施加電壓時，被佈置在液體中的懸浮顆粒為隨機取向，往往會吸收光，使玻璃面板看起來暗(或不透明)，灰色或黑色的顏色。當施加電壓時，在懸浮顆粒會排列，對準並讓光通過。電源可以手動或自動精確控制“調整”光和熱量的通過量，減少夏季的對空調的需求和冬季加熱的過程。其他優點包括減少建築物的碳排放量，並消除需要昂貴的窗口敷料。
發光二極體(Light-Emitting Diode,LED)是一種能發光的半導體電子元件，透過三價與五價元素所組成的複合光源。。用途由初時的指示燈及顯示板等；隨著白光發光二極管的出現，近年逐漸發展至被普遍用作照明用途。此發明結合前段之電子窗，使LED成為一側光源或者背光源使用，此結合物唯一具有照明功能之電子窗。
本發明為一多功能之電子窗，將現有電子窗以膠合方式結合一印刷層之透明片材，此透明片材的其單面或雙面含有凹凸結構層，該印刷層在凹凸結構層上，其凹凸結構層之選擇及搭配可產生不同之聚光、散光、及景深效果，並且搭配於電子窗可以產生呈現資訊之效果，或者利用電子窗結合側光
源或者反射外部光源而達成不同之視覺效果，可依據使用需求而做選擇。
如第1圖所示，一透明片材1之表面具有凹凸結構層2，該凹凸結構一般為透鏡結構，在透明片材的單面或雙面，可以在凹凸結構層2的上面進行印刷，使印刷層3產生具有立體景深之圖案效果。在將具有高折射率的反射層4結合於一電子窗5上。以改善傳統電子窗5在不通電時遮蔽效果不佳的情形。可視需要在印刷層3的表面塗上印刷保護層6以增加印刷層之耐刮性質。反射層4增加電子窗暗態遮蔽性，而透鏡結構增加電子窗在亮態時之環境光線7的穿透率，使電子窗當作光線開關的整體效果提升。反射層4可以與透明片材1在電子窗5的同一側或不同側，皆有增加電子窗暗態遮蔽性的效果。凹凸結構更提供一個立體印刷之良好基材，使效能提升後的電子窗可運用於商店櫥窗之設計，白天時為一立體彩繪之櫥窗，晚上時可以充分遮蔽，且持續顯示立體彩繪的裝飾與廣告效果。
此反射層7可以為反光粉塗層、金屬鍍膜材料或是高折射率塗層材料，可以增加圖案明暗對比。常用金屬鍍膜為鋁箔膜。高折射率塗層材料為透明樹脂含奈米二氧化鈦(TiO2)、二氧化鋯(ZrO2)、二氧化錫(SnO2)、二氧化鉿(HfO2)粒子等，透明樹脂為聚甲基丙烯酸甲酯(壓克力)、環氧樹脂、聚酯與矽膠等透明材料。金屬反射膜表面，另外可以加工或蝕刻成具有圖紋的效果。
本發明之立體印刷的方法，係利用可以快速硬化之油墨，以UV光(紫外線)照射，產生聚合反應使之硬化、固定印刷在一具凹凸表面上，使印刷後之表面維持原來凹凸的形貌。如第2圖所示，在具圖案之圖紋區(G)，觀賞者的左眼(L)與右眼(R)因聚焦位置不同而產生圖紋的景深效果。隨著觀賞者移動位置，更讓左右眼的視覺焦距也隨之變化，而產生生動活
潑之視覺效果。類似立體疊紋之效果，但無立體疊紋在印刷上的限制，無彩色疊紋會有套印不準的問題，並可以數位印刷達到小量多樣之效果。
本發明之凹凸結構層2一般選自透鏡片材，因其提供高光穿透率，且具有效的聚光與立體成像的功能。透鏡可選自菱鏡、半球形、半圓柱狀、金字塔透鏡、菲涅爾結構或以上之組合。在此以半球形之透鏡為例，以達到聚集環境光線的效果，而半圓柱狀與菲涅爾結構之結合提供較佳之立體印刷效果。如第3圖所示，凹凸結構層2可以在透明片材1的一側或兩側，半圓柱狀與金字塔形狀的單面透鏡片材8，及半圓柱狀與菱鏡平行與垂直組合之雙面透鏡片材9，不同透鏡之組合搭配，可達到兼具高穿透率電子窗與立體印刷之效果。圖示中之透鏡組合僅用於幫助說明，並非用於限制本發明可以使用之透鏡種類。
第4圖所示，進一步說明一個多功能電子窗的結構，該電子窗是利用兩層透明基材10，其表面具有透明電極11，將聚合物分散液晶12夾層於兩層透明電極11之間。將具有立體印刷的具有透鏡結構的透明片材與反射層搭接於其中一層透明基材10的表面，接上電線13與電源14，即可以電力控制電子窗之開關。第4圖顯示多功能電子窗於未通電之狀況，電子窗呈現關閉的狀態，反射層4電子窗的遮蔽效果提升，立體圖紋也藉由反射層4增加留白區的亮度，達到高對比立體圖案之層現效果。具透鏡結構的透明片材具有導光之功能，可以將測光源均勻的分佈於整個電子窗。
第5圖顯示多功能電子窗於通電之狀況，電子窗呈現開啟的狀態，藉由透鏡的效果，將環境光線聚集穿過電子窗，達到高對比立體圖案之層現效果。
第6圖所示，多功能電子窗可進一步結合發光二極體光源15，加上電源切換裝置16，當電源連通電子窗時，發
光二極體為關閉，讓外部光線通過；當電源連通發光二極體時，電子窗為關閉，讓遮蔽外部視線且具有照明的效果。其中具有透鏡結構的透明片材，若為單面透鏡結構之片材，可與其中一層透明電極合併，即在透明片材的非結構面上鍍上透明導電金屬層，此具透鏡結構之透明導電電極，同時兼具將側光源之點狀發光二極體的光，傳導到全面電子窗的功能。
第7圖所示為利用透明的面光源有機發光二極體光源17(Organic light emitting diode，OLED)，取代點光源發光二極體光源15，菱鏡與半圓形透鏡可以增加有機發光二極體光源17的光穿透量。
第8圖所示為以極化懸浮粒子18所製作之多功能電子窗，其效果比聚合物分散液晶12之遮蔽效果更差，反射層4的效果更加明顯。
第9圖所示，以極化懸浮粒子18所製作之多功能電子窗，也可進一步結合發光二極體光源15，加上電源切換裝置16，電子窗為關閉，讓遮蔽外部視線且具有照明的效果。
第10圖所示為以極化懸浮粒子18所製作之多功能電子窗，也可利用透明的面光源有機發光二極體光源17，菱鏡與半圓形透鏡可以增加有機發光二極體光源17的光穿透量。
室內用立體印刷的多功能電子窗，室內裝飾用時，若於光源較弱之環境可選擇，內裝LED或者OLED固定光源搭配半球鏡片材或者複合片材而強化其立體效果，比較起現有之傳統燈箱更進一步吸引注意力或者強化警示之效果。
室外用立體印刷的多功能電子窗，多為廣告看板、店面玻璃窗、或者玻璃門之使用。此設計若使用於光源充足之騎樓，可以搭配聚光效果較好之菱鏡狀結構層，店面營業時間可將電子窗設定為透明，使顧客能夠看到店內設施以及營業狀態，於關店時可以調整電子門窗為不透明搭配騎樓之固定光源或者額外搭接LED或OLED為固定光源，此設計可於非營
業時間內使電子門窗遮蔽室內資訊而進一步造成防盜的效果，相較於傳統難以清潔之窗簾以及沉重的鐵捲門設計更可以進一步以立體視覺效果呈現廣告資訊或者商家營業訊息。
本發明之透明片材結構可依據使用搭配不同之結構而生不同之視覺效果強化，搭載於電子窗之立體印刷可利用電子窗之透光控制而產生不同之視覺效果，且由於膠合技術之膠料可有遮音效果，搭載此技術之電子窗因此而強化其聲音阻斷之效力，且由於採用了夾層玻璃的製程，調光玻璃中的膠片將玻璃牢固粘結，可使調光玻璃在受到衝擊破碎時，玻璃碎片粘在中間的膠片上，不會出現玻璃碎片飛濺傷人。
本發明是將一具有印刷層之透明片材，以膠合方式結合一含有電子調光功能之結構，其中包括兩層電極，其中間夾有一層含有電致排列之粒子，即一電源。其中電致排列之粒子為聚合物分散液晶或懸浮粒子。其中透明片材為導光片材，其單面或雙面含有凹凸結構層，該印刷層在凹凸結構層上，導光片材之側面具有發光二極體光源。本發明使用數位印刷，每1英吋上大於400點，且透鏡之尺寸也很小，若以半球形透鏡片材為例，半球形透鏡密度為每平方英吋大於5000個透鏡，因此，凹凸形貌的印刷足以產生所需之視覺立體感，但不會明顯影響圖紋之解析度，因此產生本發明之具立體印刷效果的電子窗。半球形透鏡尺寸愈小，含透鏡的透明片材的整體柔軟性與延展性也較佳，解析度下降較少，但立體效果較差。以工業級數位噴墨印刷機，解析度每1英吋大於500點(相當於每平方英吋二十五萬點)為例，半球形透鏡密度最好為每平方英吋2.5萬至20萬個透鏡之間；換句話說，印刷解析度與透鏡密度之關係最好大於1.25：1，尤以5：1至10：1之間為佳。選擇半球形透鏡片材的規格，須根據要表現的立體感與解析度決定。
透明片材可以為單層或多層膜材料，係選自壓克力(Acrylic)、聚碳酸酯(Polycarbonate)、聚氨基甲酸酯
(Polyurethane)、矽膠或其他聚酯類(Polyester)及三醋酸纖維素(Cellulose tri-acetate)等及以上之組合。
本發明與現有技術相比具有明顯的優點和有益效果。藉由上述技術方案，本發明一種多功能電子窗及其製法，至少具有下列優點及有益效果：
1.本發明之多功能電子窗不通電，當兩側有明暗亮度差異時，高折射率塗層降低電子窗由較明亮處對較暗處的視線，增加電子窗之遮蔽效果。
2.本發明之多功能電子窗通電時，透明片材上的透鏡結構具有聚光的功能，可提高外面光源的穿透性，增加室內亮度，減少照明之需求量，節能且環保。
3.印刷於透鏡上，使圖案呈現立體與生動的活潑感，多功能電子窗不通電時，高折射率塗層更增加圖案留白區之反射率，增加留白區亮度，使圖案的對比提升，使圖案更強眼，在櫥窗廣告上具有吸睛之商業價值，商店關閉後，具有高遮蔽效果。
上述說明僅是本發明技術方案的概述，為了能更清楚了解本發明的技術手段，而可依照說明書的內容予以實施，並且為讓本發明的上述和其它目的、特徵和優點能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實施例，並配合附圖，詳細說明如下。
1‧‧‧透明片材
2‧‧‧凹凸結構層
3‧‧‧印刷層
4‧‧‧反射層
5‧‧‧電子窗
6‧‧‧印刷保護層
7‧‧‧環境光線
8‧‧‧單面透鏡片材
9‧‧‧雙面透鏡片材
10‧‧‧透明基材
11‧‧‧透明電極
12‧‧‧聚合物分散液晶
13‧‧‧電線
14‧‧‧電源
15‧‧‧發光二極體光源
16‧‧‧電源切換裝置
17‧‧‧有機發光二極體光源
18‧‧‧極化懸浮粒子
為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之詳細說明如下：第1圖係繪示多功能電子窗的示意圖。
第2圖係圖係繪示立體印刷之立體視覺原理的示意圖。
第3圖係繪示各式具有透鏡結構的透明片材的截面示意圖。
第4圖係繪示一種具立體印刷的聚合物分散液晶多功能電子窗的未通電狀態的示意圖。
第5圖係繪示一種具立體印刷的聚合物分散液晶多功能電子窗的已通電狀態的示意圖。
第6圖係繪示一種具側光源照明功能且具立體印刷的聚合物分散液晶多功能電子窗的示意圖。
第7圖係繪示一種具直下式光源照明功能且具立體印刷的聚合物分散液晶多功能電子窗的示意圖。
第8圖係繪示一種具立體印刷的極化懸浮粒子多功能電子窗的示意圖。
第9圖係繪示一種具側光源照明功能且具立體印刷的極化懸浮粒子多功能電子窗的示意圖。
第10圖係繪示一種具直下式光源照明功能且具立體印刷的極化懸浮粒子多功能電子窗的示意圖。
有關本發明的前述及其它技術內容、特點及功效，在以下配合參考圖式的較佳實施例的詳細說明中將可清楚呈現，得更加深入且具體的了解，然而所附圖式僅是提供參考與說明之用，並非用來對本發明加以限制。
為了達到實施例試驗效果之比較性，因此採用相同之聚合物分散液晶PDLC(Polymer dispersed liquid crystal film)電子窗，其為購自美國德州Polytronix.Inc.之POLYVISION PDLC背貼液晶調光膜；極化懸浮粒子(Suspended particles,DP)電子窗購自日本日立化成工業之調光薄膜。
反射層材料採用奈米二氧化鈦塗層，其選自長春化學股份有限公司。
採用相同的油墨、印刷機台、與油墨保護材料。然而等效(equivalent)之材料也可使用，不能以此限制本發明之範圍。印刷機台係以三菱鑽石十色機，橡皮布為Reeves Brother Isotec和Baldwin Impact橡皮布清洗系統。墨輥為鑽石牌Blue Max和UV-Oxy墨輥清潔液。使用Ink-Systems公司的DG931洗車水，用在更換為混合UV印刷時用。水槽液為每加侖混合3單位的2451U(Printer’s Service公司)，以及2單位的無鹼酒精替代液。比一般紫外線印刷技術所用之紫外線能量要高出至少30%為佳。印刷油墨主要Dynagraf公司Hybrid UV-Ink Systems(混合UV墨)。
以乙醇為溶劑將奈米二氧化鈦(20%重量比)材料製成溶液，塗佈於極化懸浮粒子電子窗的一側透明基材上，然後以50℃烘乾1小時去除揮發物質，塗佈乾厚介於100奈米至5微米之間，以得到一均勻的高折射率層；然後以感壓膠料將具有透鏡結構的透明片材，貼合固定於其中高折射率塗料上，以滾筒滾壓去除氣泡，以電線搭接電極與電源。
在具有透鏡結構的透明片材的透鏡結構面進行印刷，然後再以感壓膠將透明片材貼合於高折射率塗料上；在透明片材的一側，安裝發光二極體光源，以電線將電極與光源分別搭接電源切換裝置，然後電源切換裝置連接於電源。
在具有透鏡結構的透明片材的透鏡結構面進行印刷，然後以感壓膠貼合於有機發光二極體光源上；然後，以感壓膠將透明片材貼合於高折射率塗料上；以電線將電極與光源分別搭接電源切換裝置，然後電源切換裝置連接於電源。
實施例一
利用一面具半球形透鏡之透明片材，韓國公司Kolon公司的MLF EverRay® LM的半球形透鏡膜，其透明片材為188微米厚的聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)光學膜，熱變形溫度120℃，上含有42微米高的半球形透鏡，其為紫外線硬化的壓克力半球形透鏡，熱變形溫度180℃。120公分長80公分寬，其半球形透鏡密度為每平方英吋約7萬個透鏡。以紫外線曝光之工業級數位噴墨印刷機，印上精密圖案之印刷層2於半球形透鏡面，圖案精密度每1英吋600點(相當於每平方英吋三十六萬點)，如此形成立體印刷透明片材。此例之印刷解析度為透鏡密度之5倍，所得之印刷透明片材具有極佳之立體印刷效果及圖紋解析度。用感壓膠合的方式將印刷後之半球形透鏡膜貼合於塗有反射層的電子窗上。反射層與透明片材的搭接面可以為透鏡結構面或非透鏡結構面。
實施例二
利用一80微米厚三醋酸纖維素光學膜，熱變形溫度80℃，上含有20微米高的半球形透鏡，其為紫外線硬化的半球形透鏡，其為EPO-TEK®環氧數樹脂(Epoxy)熱變形溫度250℃。120公分長80公分寬，其半球形透鏡密度為每平方英吋約5萬個透鏡。以紫外線曝光之工業級數位噴墨印刷機，印上精密圖案之印刷層2於半球形透鏡面，圖案精密度每1英吋800點(相當於每平方英吋六十四萬點)，如此形成立體印刷透明片材。此例之印刷解析度為透鏡密度之13倍，所得之印刷透明片材具有極佳之立體印刷效果及圖紋解析度。用膠合的方式結合此印刷透明片材於電子窗，膠料採用Stockwell Elastomeries公司之8311M壓克力材質的感壓膠(Pressure sensitive adhesives)，其提供所需要的高穿透度與可重貼更換位置的特性，膠料厚度25微米，電子窗為聚合物分散液晶PDLC
(Polymer dispersed liquid crystal film)電子玻璃為基材於兩透明電極，兩透明電擊連接於電源。
實施例三
在實施例一中加入一發光二極體光源如第6圖所示，其中LED距離透明片材為5mm並連接於一轉動開關，LED採用上海德業科技股份有限公司之F5白光LED直插灯珠，連接於深圳市亚隆电器有限公司之R13-87三向轉動開關，又或者一有機發光二極體光源，直接緊聯於透明片材，連接於一轉動開關，藉此獲得一句有照明功能之立體電子窗，且可由開關控制電子窗之透明與LED開關。
實施例四
在實施例二中加入一發光二極體光源，其中LED距離透明片材為5mm並連接於一轉動開關，LED採用上海德業科技股份有限公司之F5白光LED直插灯珠，連接於深圳市亚隆电器有限公司之R13-87三向轉動開關，或者一有機發光二極體光源，直接緊聯於透明片材，連接於一轉動開關，藉此獲得一句有照明功能之立體電子窗，且可由開關控制電子窗之透明與LED開關。
1‧‧‧透明片材
2‧‧‧凹凸結構層
3‧‧‧印刷層
4‧‧‧反射層
5‧‧‧電子窗
6‧‧‧印刷保護層
7‧‧‧環境光線
8‧‧‧單面透鏡片材
9‧‧‧雙面透鏡片材
10‧‧‧透明基材
11‧‧‧透明電極
12‧‧‧聚合物分散液晶
13‧‧‧電線
14‧‧‧電源
Claims (15)
- 一種多功能電子窗，其中包含一具有透鏡結構的透明片材、反射層及一含有電子調光功能之結構，其中透鏡結構為一凹凸結構層，選自菱鏡、半球形、半圓柱狀、金字塔透鏡、菲涅爾結構或以上之組合；其中包含兩層透明電極，其中間夾有一層含有電致排列之粒子及一電源；其中該透鏡結構在透明片材的單面或雙面；該反射層位於電子調光功能之結構的表面；透明片材以膠合的方式接著於電子調光功能之結構表面的反射層或非反射層上。
- 如申請專利範圍第1項之一種多功能電子窗，其中透明片材可以為單層或多層膜材料，係選自壓克力、聚碳酸酯、聚氨基甲酸酯、矽膠或其他聚酯類及三醋酸纖維素等及以上之組合。
- 如申請專利範圍第1項之一種多功能電子窗，其中反射層與透明片材的搭接面可以為透鏡結構面或非透鏡結構面。
- 如申請專利範圍第1項之一種多功能電子窗，其中透明片材的透鏡結構上具有印刷層。
- 如申請專利範圍第1項之一種多功能電子窗，其中具有透鏡結構的透明片材為單面具有透鏡結構之片材，並與其中一層透明電極合併，即在透明片材的非結構面上鍍上透明導電金屬層。
- 如申請專利範圍第1項之一種多功能電子窗，其中反射層為反光粉、金屬鍍膜材料、高折射率塗層材料，或表面含加工或蝕刻成具有圖紋的金屬反射膜。
- 如申請專利範圍第1項之一種多功能電子窗，其中反射層含有奈米二氧化鈦材料。
- 如申請專利範圍第1項之一種多功能電子窗，其中電致排列之粒子為聚合物分散液晶或懸浮粒子。
- 如申請專利範圍第1項之一種多功能電子窗，其中具有透鏡結構的透明片材為導光片材，導光片材的側面包含發光二極體光源。
- 如申請專利範圍第1項之一種多功能電子窗，其中透明片材的其中一面包含一透明有機發光二極體光源。
- 如申請專利範圍第10或11項之一種多功能電子窗，進一步包含一電源切換裝置，可以將電源切換於電子調光功能之結構與光源之間。
- 一種製造多功能電子窗的方法，其中包含：以溶劑溶解將高折射率材料製成溶液，塗佈於聚合物分散液晶電子窗的一側透明基材上，然後烘乾去除揮發物質，以得到一均勻的高折射率層；然後以感壓膠料將具有透鏡結構的透明片材，貼合固定於其中高折射率塗料上，以電線搭接電極與電源。
- 一種製造多功能電子窗的方法，其中包含：以溶劑溶解高折射率材料製成溶液，塗佈於極化懸浮粒子電子窗的一側透明基材上，然後烘乾去除揮發物質，以得到一均勻的高折射率層；然後以感壓膠料將具有透鏡結構的透明片材，貼合固定於其中高折射率塗料上，以電線搭接電極與電源。
- 如申請專利範圍第13或14項之一種製造多功能電子窗的方法，其中包含：在具有透鏡結構的透明片材的透鏡結構面進行印刷，然後才以感壓膠將透明片材貼合於高折射率塗料上；在透明片材的一側，安裝發光二極體光源，以電線將電極與光源分別搭接電源切換裝置，然後電源切換裝置連接於電源。
- 如申請專利範圍第13或14項之一種製造多功能電子窗的方法，其中包含：在具有透鏡結構的透明片材的透鏡結構面進行印刷，然後以感壓膠貼合於有機發光二極體光源上；然 後，以感壓膠將透明片材貼合於高折射率塗料上；以電線將電極與光源分別搭接電源切換裝置，然後電源切換裝置連接於電源。
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