茂迪盃- 太陽能光電應用設計創意競賽
美景自動觀賞窗 創意企劃書
隊伍編號：南 011
主辦單位
茂迪股份有限公司
財團法人茂迪文化藝術基金會 國立科學工藝博物館
協辦單位
國立高雄師範大學工業科技教育學系
隊伍編號：
指導老師資料（無者免填）
組長中文姓名 英文姓名
陳建良
學校系所、年級
崑山科技大學 Chen
Chien-Liang
光電系、三年級
性 別
男
出生日期1989/12/18
電 話 日 : 0921445989 夜 : 0921445989 行動 :0921445989 Fax:( )
通訊地址 學校: 台南縣永康市大灣路 949 號 家庭: 嘉義縣新港鄉菜公村 46-5 號
E-Mail: iticilnestio@
yahoo.com.tw
組員中文姓名 英文姓名
謝明璋
學校系所、年級
崑山科技大學
Hsieh Ming-Chang 光電系、三年級
性 別
男
出生日期1989/11/24
電 話 日 : 0972609007 夜 :0972609007 行動 :0972609007 Fax:( )
通訊地址
學校: 台南縣永康市大灣路 949 號 家庭:台南縣學甲鎮秀昌里煥昌 110-6 號
E-Mail: a65465876@
yahoo.com.tw
組員中文姓名 英文姓名
陳義軒
學校系所、年級
崑山科技大學
Chen Yi-Hsuan 光電系、三年級
性 別
男
出生日期1989/10/16
電 話 日 : 0953080086 夜 : 0953080086 行動 :0953080086 Fax:( )
通訊地址 學校: 台南縣永康市大灣路 949 號 家庭: 新竹市中華路一段 358 號
E-Mail: gamaxet032@
yahoo.com.tw
中文姓名 英文姓名
莫定山
學校系所
崑山科技大學 Mo Ting-Shan 光電系
性 別
男
出生日期51. 9. 20
電 話 日(06)2050521-3702 行動：0935935307 Fax:( )
通訊地址 學校: 台南縣永康市大灣路 949 號 家庭:台南市北區南園街 127 巷 10 號
E-Mail:dsmo@mail.ksu.edu.tw
一、 調查
以太陽能驅動的 Smart window 在市場上尚無類似產品，但市面 上 已 有 以 高 分 子 分 散 液 晶 薄 膜 作 為 窗 戶 使 用 ， 通 稱 為 “Smart window、智能窗、智慧窗...等”。其優點是不需要窗簾、百葉窗等 外加物，而僅藉由通電與否即可造成窗戶的透光與否。除了省卻外加 物的成本，例如:窗簾、紗窗...等，並且可以在 Smart window 上面 用上許多不同的圖型，例如:酷炫風格、藝術風格...等，可以配合當 時的潮流和個人的喜好製作出符合的圖案、文字、畫作，讓人們可以 每天感覺身在藝術及流行的饗宴之中。
能隨著每天不同的心情及喜好而做出不同的圖案，讓人們每天都 能生活在於快的氣氛之中。許多大公司、美術館、圖書館等，都會使 用天窗來增加藝術感、美觀感及採光，而每當下雨時，在裡面的人看 著外面的雨也會使心情跟著有所改變，這時候只要用 Smart window 就可以讓我們的心情 180 度的改變了。
當風雨過強時，都會聽到說有地方的窗戶被吹破，甚至被吹來的 東西給砸破，這時候就會強烈的影響到我們的生活和個人財產上面的 嚴重損失了，而 Smart window 是由兩片玻璃膠合而成，可以承受較 強的外來應力，可以幫我們把傷害和損消減到最小。
以下為了讓我們更了解 Smart window 的優點，列了一些有關於 Smart window 和一般窗戶的比較。
一般窗戶 vs. Smart window
從以上的表格可以讓我們清出的了解到說，除了製作方法 Smart window 較為一般窗戶來的費工，在其餘的性能上面 Smart window 的 功能性都比一般窗戶要來的優秀。
二、 發想過程(可運用繪圖表現)
目前窗戶在我們日常生活中已經是不可或缺的角色了，隨著現 代科技的發展從一開始的目的為了讓光線及空氣進入室內，演變成現 在要美觀、優雅...等。窗戶已經成為了我們設計房子、蓋房子，所 會思考的一個問題了。從這邊我們可以看到現在許多人都會買房子來 作為自己的財產，所以導致現在的房子會是越來越多，不論是公寓、
大樓、社區...等，都可以清楚的顯示房子只會越來越多不會有減少 的可能性，每個房子多多少少都一定會有窗戶，所以可以看出這個市
一般窗戶 Smart window
窗戶圖案的多樣性
×
安全性
×
清潔性 ×
製作方法
×
隱私性
×
便利性
×
場是很龐大的。如果在加上目前的住宅房子、公司、大廈、學校...
等，想必這個市場會是一個很大的市場。
事實上早在 2005 年 1 月就已經有應用到了汽車上面，包含了擋 風玻璃和天窗。而在三年之後，也就是 2008 年，也應用到了飛機上(波 音 787 客機)，Smart window 取代了航空公司用了三年的機械式遮陽 板。並且在之後的一年之內進行測試，於 2009 年 12 月中旬，波音 787 夢幻客機試飛成功，之後便由 Smart window 來取而代之了。從 以上的幾個例子就可以讓我們知道想要讓 Smart window 運用在現在 的高科技上面是可行的辦法。
而且我們已有 Smart window 的相關基礎知識，再藉由太陽能的 相關設備，即能組合成此產品。讓最流行的兩項光電產品－太陽能與 液晶顯示相結合，創造流行。
我們的構想是：當太陽升起，早上來臨時，可藉由陽光照射太陽 能板產生的電力驅動 Smart window，而能主動提供絕佳的景觀來欣 賞；而夜晚到來時，也可以保有各人的隱私，不用怕在家裡所做的一 切事情會被別人一探究竟，可以讓我們擁有個安全且隱私的個人空 間。
首先介紹 Smart Window 的基本原理
玻璃裡的液晶顆粒均勻的散佈在硬化的聚合物中。在沒有外加電
場的情況下其內的液晶分子會傾向於平行某一方向，但不同顆粒之間 液晶的指向會不盡相同。在薄膜內入射光遇到的是許多折射率互相不 同的界面，這些界面會大量地散射入射光，使玻璃看起來呈現出不透 明狀態。
而當我們外加電壓在玻璃上，玻璃裡頭的液晶分子受到電場的影 響而被強迫取向，使得所有液晶顆粒內之液晶分子均朝同一方，此時 垂直入射光感受到所有液晶顆粒之折射率均相等。故垂直入射的光線 將不會被散射，使玻璃看起來呈現透明的狀態。
其原理圖示如(圖一)所 示：左圖是未加電壓時，入射 光被散射而使其呈現不透明 的霧狀；右圖則是當外加電壓 時，液晶顆粒內的液晶分子轉 向，而不會散射入射光，因此 光可穿透而呈現透明狀態。
而 電 壓 與 光 穿 透 度 的 關 係為 (圖二) 所示，當外加電 壓為 0 時，光穿透度亦為 0；
而當外加電壓為 100V 時，光
(圖一)
穿透度約可達 80%。
由以上的電壓及穿透度的關係可知，需要較高的電壓來驅動液 晶，而目前市面上屬於較高電壓的太陽能電池，依我們尋找的結果有 分為以下三種:
1. 17.7V 、 220mA 、1365 元 。 2. 18V 、 190mA 、 1260 元 。 3. 15V 、 12mA 、 284 元 。
為了達到驅動 Smart Window 裡的液晶，我們可以將太陽能電池 做串聯，而達到足夠電壓去驅動液晶而偏轉，而呈現透明狀態。
三、最佳化過程
我們將以下列方式來展現我們的構想：
我們預計用紙板打造 一個如右圖(圖三)所示的 房子，再把太陽能板架設 在屋頂上，並且在屋子的 窗戶裝上 Smart Window，
並藉由屋頂上的太陽能板因太陽光產生的電壓來驅動玻璃裡的液晶。 根據以上所說的 Smart window 理論，我們進一步的在實驗室進 行實驗，我們所使用的材料為:ITO 玻璃、E7、NOA65。
(圖三)
我們進行實驗的結果如下:
下圖﹙圖四﹚是當樣本(紅色框框)未給予或不足電壓時的狀況，
可以看到此時樣本(紅色框框)為霧狀的不透明狀態，因此無法看見樣 本後面的文字；但是當樣本外加足夠電壓時(100V 直流電)，則樣本(紅 色框框)可以轉變成透明狀態(光穿透度約可達 80%)，因此可以清楚 看到樣本後面的文字，如﹙圖五﹚所示。
(圖四) (圖五)
從上圖(圖五)，我們可以發現當我們加足夠的電壓就能夠使 Smart window 非常的透明，並且要實用在我們生活上是個可行的辦 法。
四、企劃書完成 創意作品說明書
作品名稱：美景自動觀賞窗
設計構想及運作說明：
根據比賽當天的天氣，我們可用太陽光或者日光燈來啟動 Smart window，當太陽光不足時我們預計用日光燈取代太陽光直接照射在太 陽能板上，由太陽能板直接產生電力，用來驅動 Smart window 裡的 液晶，而使 Smart window 變成透明狀態如下圖(圖六﹚所示，讓在房 屋裡面的人能清楚的看到外面的風景。
當晚上時，由於光的強度不夠使得太陽能板產生的電壓不夠用來 驅動Smart window 裡的液晶，而 Smart window 呈現不透明狀態的霧
(圖六)
隱私的空間。
從以上兩張我們的構想圖，我們可以發現當我們的房子加上了太 陽能板和 Smart window 並不會使我們增加許多的經濟負擔:反而會使 我們有者不一樣的生活。
模型作品材料：1.較高電壓的太陽能板。
2.紙板。
3.實驗室自製的聚合物分散液晶薄膜 polymer dispersed liquid crystal (PDLC) 就是所謂的 Smart Window。
以上就是我們作品的說明與介紹。
(圖七)
