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•液晶材料能透過光、電、熱、磁等條件改變材料排列狀態，因此能產生非常多種光學表現組合。
•以液晶元件製成的「智慧窗戶」能在日夜變化時改變玻璃的穿透率，具有節省能源、遮蔽視線、保護隱私的功能。
•目前市面上成熟的智慧窗戶技術共有三種，分別是懸浮粒子窗戶、電致變色窗戶，以及聚合物分散型液晶窗戶。

 
炎炎夏日，你是否曾看過路人在室內戴著一般眼鏡，但到了室外就搖身一變、成為太陽眼鏡的變色鏡片呢？若是這樣的功能可以與家中的窗戶、落地窗結合，是否就能讓人們待在室內，但仍可以因為光線的明暗變化、穿透與否，在享受隱私的同時感受陰晴變換、日夜更迭？
 
目前市面上確實有這種液晶技術，能讓原先看似普通的透明窗戶產生許多不同的光學表現組合。不過在介紹智慧窗戶之前，先讓我們看看液晶如何「變色」。
 

為什麼智慧窗戶能變色？

智慧窗戶能變色的原因，來自於液晶材料具有特殊的各向異性（anisotropy）。此特性使液晶能透過改變光、電、熱、磁等條件，甚至是經由外部結構、材料設計和特殊材料搭配等控制液晶的狀態，進而產生多種光學表現組合。以下將介紹利用液晶材料做成的各式多功能智慧窗戶，並以光學上的吸收、散射、散射加上吸收功能作為分類，個別介紹對應的應用場景和液晶技術原理。
 

吸收模式

吸收模式是維持材料在低霧度（haze）〔註〕下，控制材料的穿透率或吸收率。在液晶之中常見的控制吸收狀態方法，主要為在液晶材料中混入二色性染料（dichroic dye）或搭配外部偏振片等手段。二色性染料在分子的長短軸上分別有不同的吸收率，同時也與液晶主體之間具有主客效應（guest-host effect），可以藉由控制液晶調整二色性染料的分子排列，使它能呈現不同程度的吸收率。在不同液晶操作模式的設計下，還可以使液晶分子呈現特殊排列（如扭轉）以達到不同的吸收效果（圖一）。但由於二色性染料材料上的限制，在透明與吸收狀態之間的對比度並不突出，如果想表現出優異的透明狀態，則暗態的效果就會被犧牲，反之亦然。
 

〔註〕霧度是指在透明/半透明材料中，懸浮於液態、氣態、固態等介質中的粒子導致光散射的情形，可以作為清晰度、透明度的標示。當霧度愈高，表示該材料使光線模糊的能力愈強。

而在液晶元件外層搭配偏振片的方法，則是藉由液晶能控制偏振光的特性，並利用偏振片來吸收光，進而控制該元件的穿透率高低。事實上，該原理概念普遍應用於現今的各類液晶顯示器中，最大的差別只在於有無背光模組、彩色濾波片和像素化的驅動背板。這種應用偏振片的方式可以達成穿透率極低的優異暗態表現，不過缺點是大部分光線在經過第一偏振片時就會被吸收50％以上，使元件在透明狀態時的穿透率容易受到限制。除了智慧窗戶應用，在近年因為元宇宙概念和車用電子市場興起而蓬勃發展的透明顯示器或擴增實境（augmented reality, AR）頭戴式顯示器中，為了提升影像的品質，開始有更多局部調光（local dimming）的技術需求，希望藉由控制局部穿透率以降低影像呈現時背景光線帶來的干擾，這類需求也可利用此吸收型液晶元件來達成。……【更多內容請閱讀科學月刊第645期】