CN101065713A - 动态液晶凝胶全息图 - Google Patents

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Abstract

在各向异性液晶(LC)凝胶材料(10)中形成可转换动态全息图(2)，其中各向异性由LC的宏观排列产生。通过施加电场(8)，可以改变部分液晶的取向并且可以开启和关闭全息图。使用LC凝胶使全息元件可以在电压断开(V＝0)状态下没有衍射，使得仅在施加电场(V≠0)期间呈现全息图。此外，各向异性LC凝胶保持偏振依赖性。动态全息图适合于例如动态全息光学元件，由此可以在不引入或除去元件的情况下在光路中包括/排除光学功能。

Description

动态液晶凝胶全息图
技术领域
本发明涉及在液晶材料中形成的动态全息图。通过施加电场，可以改变部分液晶的取向并且可以开启和关闭全息图。本发明适合于例如动态全息光学元件，由此可以在不引入或除去元件的情况下在光路中包括/排除光学功能。
发明背景
文献中已知的常规全息图为静态全息图。一旦形成全息图，其光学特性不能变化。已经通过将液晶的优点与体全息光栅组合制成可电控的全息图。首先，通过使用用于在材料内形成干涉图样的常规双束设备使可光聚合材料曝光而形成全息透射光栅。曝光之后，加工该材料以在最大曝光区域中生产空隙，并用液晶灌注该空隙。令人遗憾地，这些材料制造复杂，并且不能提供用于原位控制液晶域尺寸、形状、密度或排序的柔韧性。
可转换液晶全息图也已经在聚合物分散的液晶(PDLC)材料中加以制造。US 5,942,157公开了一种PDLC材料，包括向列液晶和多官能五丙烯酸酯单体，与光引发剂、助引发剂和交联剂结合的均匀混合物。该PDLC材料暴露于相干光，在材料内产生干涉图样。PDLC材料的光聚合产生清楚区分液晶域和固化聚合物域的全息图。
发明内容
如果可以提供制造简单、容易操作、透明度高、断开状态下的衍射低、接通状态下的衍射效率高以及双折射性能清晰的改进的动态全息元件将是有利的。
现有技术的可转换全息元件中应用的PDLC材料为没有宏观排列的各向同性体系。虽然PDLC溶液包括LC组分，但是该混合物不是LC，因为其它组分干扰了LC性能并使得分子无规取向。
与PDLC材料相反，LC凝胶材料在聚合之前处于各向异性液晶相。在本文中，聚合之前的LC凝胶材料还称为LC预凝胶混合物。LC凝胶体系为聚合物稳定的各向异性液晶相，其中在聚合之前其浓度和状态下，没有组分能够干扰该相的(折射率)各向异性或液晶态。
本发明的发明人已经发现，通过使用各向异性LC预凝胶混合物，而不是各向同性预PDLC混合物，可以生产表现与全息PDLC元件不同的全息LC凝胶元件。该生产包括两步光照工艺，其产生新的且令人惊讶的全息元件性能。
因此，本发明的第一方面提供一种全息图，其通过在各向异性LC预凝胶材料内曝光聚合光线的干涉图样并随后将该本体LC预凝胶材料曝光于泛射聚合光线而形成。
LC预凝胶混合物包括以下组分：
-当混合物聚合时不发生聚合的非反应性LC主体；
-当聚合时形成线性聚合物的单官能反应性(可聚合)单体；
-能够在聚合时与非官能反应性混合物共聚并形成交联的多官能反应性单体(也称为交联剂)；和
-光引发剂。
单个组分不必处于液晶相，只要它们在聚合之前或之后不干扰整体混合物的液晶排序。LC主体可以为任何可商购LC混合物。可以选择各种类型的官能团用于单体聚合。单官能可聚合聚合物可以例如为单丙烯酸酯、单环氧化物、单乙烯基醚。用于交联的多官能聚合物可以例如为二或三(多)丙烯酸酯、环氧化物或乙烯基醚。也可以使用具有高于三个反应活性基团的官能度的硫醇烯(Thioleene)体系。在优选的实施方案中，反应性分子选定为内消旋分子，其显示形成液晶相的倾向。光引发剂可以为当暴露于光线时引发自由基、阳离子/阴离子聚合的任何分子。
LC预凝胶混合物可以通过用聚合辐射，通常为紫外(UV)光照射材料进行光聚合。聚合过程中，形成交联聚合物链的网络，使LC分子在外部电场中排列的倾向降低。在本文中，聚合作为动词表示经历或进行聚合，而作为形容词表示在可聚合介质中能够产生或引起聚合。
根据第二方面，本发明提供一种形成动态全息元件的方法，该方法包括以下步骤：
-提供各向异性LC预凝胶混合物，其包括：
-非反应性LC主体；
-单官能可聚合单体；
-多官能反应性单体；和
-光引发剂，
-用聚合光线的干涉图样照射部分LC预凝胶混合物，在LC预凝胶混合物中形成高强度区域和低或无强度区域，和
-用聚合光线照射LC预凝胶混合物，形成各向异性LC凝胶。
在第一照射步骤过程中，在LC凝胶相中形成高和低强度区域，引发几个过程。首先，光引发剂分子由于入射辐射***成为自由基。该反应在高强度区域中具有更高速率。这在单体和交联分子之间引发聚合反应。由于光引发剂反应，这一反应在高强度区域中也具有高速率，并引发高强度区域中单体和/或交联分子的逐渐消耗。如果聚合组分之一显著少于其它组分，那么仅这一组分的浓度受到显著影响。这一点再次导致较少的聚合组分根据菲克定律由低强度区域向高强度区域进行净扩散。
在第一照射步骤过程中，最初的均匀LC混合物变为不均匀，聚合组分在高强度区域中具有更大的浓度。优选调整LC凝胶相的组成和干涉图样干涉带中的强度变化规模以使聚合组分可以从低或无强度区域有效扩散到高强度区域。此外，优选施加平均强度和持续时间的第一步的照射光线，以使聚合组分可以从低或无强度区域有效扩散到高强度区域。适当的参数取决于LC凝胶的给定组成，典型参数是聚合波长为约350-450nm，通常为360nm，强度为1μW-10mW/cm2，通常为0.1mW，以及聚合时间为1-30min，通常为10min。由于平均强度弱，上述聚合缓慢并且不完全。
在第二照射步骤中，用高平均强度的泛射辐射照射含有预凝胶混合物的单元。这里，在全部区域中聚合完全。由于第一步中产生的不均匀性，得到的LCs的聚合物稳定性在第一步的高强度和低强度区域中不同，由此分别形成具有高聚合物网络密度的LC凝胶区域和具有低聚合物网络密度的LC凝胶区域。贯穿本文，这些区域将简单地称为高/低网络密度区域。
诸如聚合光线的强度和多官能反应性单体的浓度的参数对于在场关闭状态中得到透明凝胶和在场接通状态中得到高衍射效率是重要的。单官能单体的优选浓度范围为0-50％，多官能单体的优选浓度范围为0-3％。在最典型的实施方案中，单官能单体为10-30％，多官能单体为0.5-1％。
在优选的实施方案中，LC相进一步包括具有聚合光线非线性吸收的非线性吸光剂，通常为UV吸收剂或染料。非线性吸收组分显示非线性吸收行为，以及在一定强度之上，吸收减少。由此，在最理想的情况下，非线性吸收组分减少低强度区域中照射光引发剂的辐射量，同时保持高强度区域不受影响。这将提高低照射和高照射区域之间的有效强度对比，并且在体系中提供高衍射效率。非线性吸光剂可以例如为光致变色或光致漂白染料。这种染料的实例可以在图19A至F中找到；亚水杨基苯胺(A)、茋(stillbene)(B)、偶氮化合物(C)和其它光致变色材料，例如螺吡喃(Spiropyran)(D)、俘精酸酐(E)、二芳基乙烯(F)也是适合的。在这些图中示出各染料的一般结构。R表示取代基。
在第三方面中，本发明提供各向异性液晶凝胶材料用于制造动态全息图的用途。
在其中本体相已经聚合的LC凝胶元件中，凝胶由于规则的分子排列而高度透明。当外加电压超过阈值电压时，由电场产生的扭矩超过聚合物网络的阻抗。结果，LC分子开始在施加电场的方向重新取向。单轴取向体系的阈值电压(Vc)由以下公式给出：
              Vc＝π(K1/ε0Δε)0.5             (1)
其中K1为展曲弹性常数，ε0为自由空间的介电常数，Δε为材料的介电各向异性。
在本发明的动态全息元件中，在照射本体相之后，形成有序结构的区域首先被照射。得到的相含有具有不同交联密度以及由此不同的弹性常数和用于LC分子重新取向的阈值电压的聚合物网络的区域。
因此，在第一和第二方面中，聚合的各向异性LC凝胶材料优选包括通过曝光LC凝胶材料内的干涉图样使得高网络密度LC凝胶区域在低网络密度LC凝胶区域中形成有序结构而形成的低网络密度LC凝胶区域和高网络密度LC凝胶区域。
此外，在第四个方面，本发明提供一种动态全息元件，其包括容纳各向异性液晶(LC)凝胶相的单元，该单元包括取向层以引起设置在第一和第二电极之上的预凝胶混合物的宏观排列，所述第一和第二电极设置在单元相对侧上以在LC凝胶相之上施加电场，该LC凝胶相包括低网络密度LC凝胶区域和高网络密度LC凝胶区域，
-其中高网络密度LC凝胶区域具有大于低网络密度LC凝胶区域的阈值开关电压，和
-其中高网络密度LC凝胶区域在低网络密度LC凝胶区域中形成有序结构。
阈值电压是为了引起LC分子重新排列必须施加于第一和第二电极的电压。当受外力影响时，LC凝胶中的网络密度影响它们改变排列的能力，并因此与阈值电压紧密相关。
当在各向异性LC凝胶相之上不施加电场时，低网络密度和高网络LC凝胶区域的LC分子具有至少基本相同的取向。当电压施加于电极时，电场将引起LC分子的排列变化，其对于低网络密度区域比对于高网络密度区域大。如果外加电压低于高网络密度区域的阈值电压，但高于低网络密度区域的阈值电压，那么分子的排列变化仅在低网络密度区域中发生。
这一点被看作是与PDLC元件中的不同区域相反的。在PDLC中，聚合物相是各向同性的，并且体系内的LC分子在零电场下相对于彼此不是宏观排列的。如前所述，由于添加的组分，预PDLC溶液在聚合之前并非处于LC状态。这表示当聚合产生各向同性聚合物基质时，LC主体分子无规取向。如果采用干涉图样进行聚合，那么在富含各向同性聚合物区域之间形成LC主体的液滴。当施加电场时，LC液滴排列在排列的液滴和各向同性聚合物基质之间产生衍射对比。
简而言之，在本发明的LC凝胶元件中，当施加电场时，已经宏观排列的(和由此各向异性的)LCs的不同区域不同地改变排列。在现有技术的PDLC元件中，当施加电场时，未排列LCs的区域(液滴)将开始排列，而其它区域(富含各向同性聚合物基质)将不开始排列。
有序结构优选形成显示光被物件或部件反射、折射或透射的图案或光栅。该结构被排列使得低或高网络密度区域在LC凝胶相中不是无规分布的。
优选，高网络密度LC凝胶区域的有序结构已经通过曝光LC凝胶内的干涉图样而形成。可以排列高网络密度LC凝胶区域的有序结构以在低网络密度LC凝胶区域中形成衍射图案或光栅。高网络密度LC凝胶区域的有序结构可以在低网络密度LC凝胶区域中形成光学元件的全息图。
此外，第一和第二电极可以各自包括多个分别可寻址的电极部件，使得可以向选定的体LC凝胶相施加电场。
在第五个方面，本发明提供一种动态发光装置，包括根据第四个方面的动态全息元件和一个或多个第一光源，设置该光源使得要从一个或多个光源发射的光线将通过动态全息元件透射。
第一光源发射光束并且可以包括无源光学器件，例如反射镜或透镜，以使光束成形。在优选实施方案中，第一光源为具有第一基色的发光二极管(LED)。
发光装置还可以包含发射其它基色的更多发光二极管，并且它们的强度可以分别加以控制。以这种方法，光源的颜色和/或色温可以通过色彩混合改变。当这种动态全息元件与这种光源结合时，得到颜色和光束控制的装置。
以上概括的PDLCs和LC凝胶之间的基本区别产生优于现有技术的本发明的许多优点。本发明的这些优点解决了由本发明发明人了解的现有技术解决方案的许多缺点。
由于聚合之前的各向异性，全部区域在本发明的LC凝胶元件中在电场断开状态下进行排列。当施加电场时，不同区域不同地改变取向。这一点提供不考虑电场，元件将在所有状态内的所有时间下显示偏振依赖性或双折射的优点。在光学装置中这一点是常规要求。
在现有技术的PDLC元件中，当施加电场时，未排列LCs的液滴将开始排列，而聚合物基质将保持各向同性。因此，PDLC基全息图不是宏观排列的并且不显示偏振依赖性。如果需要偏振化依赖性操作，那么这一点使得它们不合适。
本发明启示使用全息照相以便在LC凝胶中产生结构。在全息照射过程中，LC预凝胶混合物的各个区域将以另一个强度加以照射，导致在预凝胶混合物中形成具有不同交联密度的区域。预凝胶混合物中的交联密度确定完全聚合之后相应高/低网络密度LC凝胶区域的阈值电压(Vc)。
本发明的元件的高和低网络密度LC凝胶区域具有不同的聚合组分浓度。因此，高和低网络LC凝胶区域是基本上相同相的不同区域，并且沿着任何给定轴具有至少基本相同的折射率。这表示可以使元件在零电场状态下透明，使得仅在施加电场过程中呈现全息图。
在PDLC元件中，LC液滴和聚合物基质基本上是具有不同折射率的不同相。在这种元件中，全息图在零电场状态下是可见的。因此必须施加电压以达到最佳接通状态和最佳断开状态，使得始终必须使用电场，这被认为是主要的缺点。此外，这种全息图通常并不处于最佳状态，因为全息图的不同区域之间的折射率差异难以控制。如果例如工作温度发生改变，则场断开状态和场接通状态下的偏压将必须被改变。
本发明的这些和其它方面将通过参考以下所述实施方案显而易见和阐明。
附图简述
图1为全息LC元件的剖面图。
图2举例说明用于形成本发明全息光栅元件的装置。
图3A和B显示分别处于断开(V＝0)和接通(V≠0)状态下的全息光栅元件。
图4为显示对于各种LC凝胶，阈值电压与交联剂浓度的函数关系图。
图5显示可在本发明中应用的一些单和多官能单体的结构。
图6为显示光栅的零阶峰值强度与交联剂浓度的函数关系图。
图7为显示相关的交联剂和浓度的图。
图8为显示光栅的零阶峰值强度与染料浓度的函数关系图。
图9举例说明用于形成本发明全息透镜元件的装置。
图10A和B显示分别处于断开(V＝0)和接通(V≠0)状态下的全息透镜元件。
图11A和B显示分别处于断开(V＝0)和接通(V≠0)状态下的全息透镜元件的性能。
图12-17显示可在本发明中应用的一些液晶分子的结构。
图18A-C显示与光源结合的本发明动态全息元件的图示。
图19A-G显示可在本发明中应用的一些非线性吸收剂的结构。
优选示意性地草绘各附图以便于理解本发明。因此，可以以相同的示意方式草绘的其它图案也隐含地公开在本文件中。
优选实施方案描述
图1显示用于本发明的全息液晶元件的单元2的总体布置图。该元件包括透明阴极4和透明阳极6，其电连接于用于在它们之间产生电场的电源8。电极由透明基材5和7容纳，并包括LC凝胶相或LC预凝胶混合物10。预凝胶混合物内的宏观取向由取向层1和3引起。这些层通常由用于平面取向的单轴摩擦的聚合物如聚酰亚胺制成。为了引起分子相对于表面进行垂直取向，可以选择各取向层为表面活性剂。各种可应用层是本领域技术人员已知的。
图2举例说明用于形成全息元件的简易布置图。在此，在第一步中，来自激光器11的光束由偏振光束分流器12分流，然后汇集干涉，在包含LC预凝胶混合物的单元2内形成干涉带。发射UV或近UV的激光器是非常适合的。分解图中所示干涉条纹产生混合物的正弦变化照射，并且反应性单体倾向于扩散到高强度区域以引发形成聚合物网络。第一次照射之后，单元暴露于没有空间差异的更强烈的泛光照射，由此聚合本体混合物。因为第一照射步骤受扩散限制，所以第一步在较长时间内包括低强度，而第二照射步骤是更高强度的。结果，形成分别具有高和低聚合物网络密度的区域14和15，高密度区域在比低密度区域高得多的电压下转换。重要的是在区域的折射率nH和nL中没有大的差异，以避免电场断开状态下的衍射。因为LC凝胶是各向异性的，所以同样重要的是在照射步骤过程中例如由电极的表面涂层或偏压控制取向。
此外重要的是具有高衍射效率。为了从这种光栅获得高衍射效率，占空率应为50％(即x1＝x2)，并且相位差必须为波的一半(即d*[nH-nL]＝λ/2)。
图3A和B显示在交叉偏振片之间观察到的不同外加电压下所得元件的光学照片。第一步过程中照射的区域在具有高阈值电压的凝胶内产生区域。这一点解释了为什么当横跨凝胶施加电场时，这些区域不转换，并且只有仅在辐射第二阶段中受到辐照的区域开始转换。图3A和B显示分别处于断开(V＝0)和接通(V≠0)状态下的所得全息光栅元件。
在图4中，绘制了对于具有不同单官能单体(CB6)浓度的三个不同凝胶剂，阈值电压Vc与交联剂(C6M)浓度的函数关系。因此，图形的三条曲线表示通过聚合不同量的单官能单体形成的凝胶，而各曲线中的变化与给定体系的聚合度有关。具有大多数单体的体系比具有较少单体的体系更快地形成高网络密度(即高Vc)。
在此，交联剂为C6M，图5中所示的一种二丙烯酸酯，并且单官能单体为CB6，同样在图5中所示的一种单丙烯酸酯。图5还示出另一种手性单丙烯酸酯CCB6的结构。混合物中光引发剂浓度为0.5％，并且UV光强度为1mW/cm2。
同样可以看到的是阈值电压保持恒定，直到某一交联剂浓度，在此之上阈值电压迅速升高。阈值电压在临界浓度之上显示升高的事实表明阈值电压的公式(1)中的弹性常数在该对应于体系凝胶点的浓度之上显示升高。在此浓度，三维网络由侧链聚合物产生，该侧链聚合物通过由二丙烯酸酯分子交联的单丙烯酸酯分子形成。从图4可以看到在达到凝胶点所需的单体和交联剂浓度之间存在反比关系。此外，对于具有高单体浓度的凝胶，凝胶点之上Vc升高比具有低单体浓度的凝胶快得多。
在以下描述用于研究全息记录的两种不同的各向异性凝胶体系。体系之一为具有正双折射率的单轴取向凝胶“凝胶1”。另一个体系为具有负双折射的凝胶“凝胶2”。使用具有可与光波长比较的极短间距的手性体系得到凝胶2。这种扭曲构造产生体系负双折射率。此外这种负双折射体系具有对于垂直于单元落下的光线不显示偏振方向依赖性的性能。
凝胶1体系包括
-光引发剂Irgacure 651(0.5％)
-二丙烯酸酯C6M(可变量)
-单丙烯酸酯CB6(20％)
-非反应性液晶E7(80％)
凝胶2体系包括
-光引发剂Irgacure 651(0.5％)
-二丙烯酸酯C6M(可变量)
-手性单丙烯酸酯CCB6(20％)
-手性CB15(35％)
-非反应性液晶BL98(45％)
使用图2中所示的全息装置生产光栅，其中干涉带的周期为10μm。通过测量零阶峰值强度I0估计光栅的效率。对于凝胶1体系，I0作为交联剂(C6M)浓度的函数测定，并且结果在图6的图形中绘制。从图6可见，零阶强度在大约0.5％交联剂浓度下显示快速降低。该点确定有效衍射的开始，并且决定性地取决于相应的交联剂和单体浓度。
进行一系列对于一个体系的给定单丙烯酸酯(单体)浓度，需要多少二丙烯酸酯(交联剂)以达到良好衍射效率的开始的测量。图7显示作为单体浓度Cm的函数的交联剂浓度倒数1/Ccl的图形中的结果。从图7可以确定的是在达到有效衍射开始所需的单体和交联剂浓度之间存在反比关系。
图7曲线的线性回归得到关系式：
Figure A20058004043900131
其可以用作确定交联剂和单体的合适相对量的指导原则。
同样确定的是，当体系在LC预凝胶混合物中具有例如染料的非线性吸光剂时，来自光栅的零阶峰的强度可以进一步降低。图8显示对于通过以下混合物的全息照射形成的光栅，零阶峰值强度I0对染料浓度Cd的图形：
-Irgacure 651(0.5％)
-二丙烯酸酯C6M(0.8)
-手性单丙烯酸酯CCB6(20％)
-手性CB15(35％)
-非反应性LC BL98(45％)
-染料分子11646(可变量，Cd)
如可以看到的，添加染料显著提高了衍射效率；从零染料浓度下的I0＝8.5到0.2％染料浓度下的I0＝3.5。添加更多的染料很可能由于在体系中引入更多的分散而缓慢地降低零阶衰减。至少对于染料分子11646，似乎最佳染料浓度在区间0＜Cd≤0.2％。同样发现另一种染料分子457有效地起作用。这些染料的结构在图19F和G中示出。
非线性吸收组分的作用归因于其在低强度下吸收强而在高强度下吸收弱。由此，在图2中所示干涉图样中，非线性吸收主要吸收低强度区域15中的辐射，并由此减少光引发剂的照射和由此这些区域中的聚合。这将提高高照射和低照射区域14和15之间的有效强度对比，并且由此提高体系的衍射效率。
图9显示与图2的装置相似的装置。在此，包含LC预凝胶混合物的单元2由透镜17的干涉图样照射。该图案通过重叠两个相干光束产生，其中之一为透镜17的像平面。该装置用于记录单元2中的透镜函数。得到的动态全息图在场断开状态下是透明的，并且图10A和B显示处于电压断开/接通状态下的元件。图11A和B显示在形成标志的图像中使用制造的动态全息图。透镜的全息图容纳在照相机和标志之间，分别对于V＝0和V≠0得到照片11A和B。
存在许多可以在LC预凝胶混合物中用作液晶主体的分子。图12中示出可用的LC分子的未穷尽清单的结构。图13-15中示出图12中结构的可变基团X、M和N的选择。图16和17中示出图14和15中结构的可变基团R和O的选择。
在上述说明书中，示出了光栅和透镜的动态LC凝胶全息元件的制造。生产表示任何其它光学元件的动态LC凝胶全息元件对于本领域技术人员是可能的。
这种光学元件可以在有或没有光束成形光学器件的情况下与光源结合使用。全息元件可以设置在这种体系中，以便动态地改变光束的形状或方向。
图18A示意性示出与光源18结合的发光装置25的动态全息元件20。光源包括无源光学器件19以形成入射到全息元件20上的平行光束21。当全息元件20断开(V＝0)时，其不使入射光束21偏转，如图18A所示。优选的光源为LED。
当使用电压源使全息元件20转换为接通(V≠0)时，全息图的有序结构引起入射光束发散，如图18B所示。如可以看到的，全息元件20具有发散透镜或透镜组的功能，并且可以使用例如图9所示的装置，用发散透镜或透镜组代替部件17制造。
图18C示出与具有另一种功能的另一个全息元件22相同的装置。在此，光束21由具有光栅功能的全息元件22偏转，所述全息元件22可以根据如图2所示的装置制造。
光源可以发射白光。但是也可以由多个发射不同基色的光源，通常为发光二极管组成。如果发射不同颜色的光源的强度可以分别控制，那么光线的颜色和/或色温也可以加以调整。当这种光源与动态全息图结合时，可以得到具有颜色和光束控制的动态光源。
在上述说明书中，术语“包括”并不排除其它元素或步骤，“一个”或“一种”并不排除多个。此外术语“包括”和“包含”并不排除其它元素或步骤。

Claims (18)

1.一种全息图，其通过在各向异性LC预凝胶混合物内曝光聚合光线的干涉图样并随后将该本体混合物曝光于聚合光线而形成。
2.根据权利要求1的全息图，其中聚合的各向异性LC凝胶混合物包括通过曝光LC凝胶混合物内的干涉图样使得高网络密度LC凝胶区域在低网络密度LC凝胶区域中形成有序结构而形成的低网络密度LC凝胶区域和高网络密度LC凝胶区域。
3.各向异性液晶预凝胶混合物制造动态全息图的用途。
4.一种动态全息元件，包括包含各向异性液晶(LC)凝胶相的单元，该单元包括设置在第一和第二电极之上的取向层，所述第一和第二电极设置在单元的相对侧上以在LC胶体相之上施加电场，该LC凝胶相包括高网络密度LC凝胶区域和低网络密度LC凝胶区域，
-其中高网络密度LC凝胶区域具有大于低网络密度LC凝胶区域的阈值开关电压，和
-其中高网络密度LC凝胶区域在低网络密度LC凝胶区域中形成有序结构。
5.根据权利要求4的动态全息元件，其中高网络密度LC凝胶区域的有序结构为通过在LC预凝胶混合物内曝光干涉图样形成的全息照相。
6.根据权利要求4的动态全息元件，其中高网络密度和低网络密度LC凝胶区域的有序结构形成衍射图案或光栅。
7.根据权利要求4的动态全息元件，其中高网络密度和低网络密度LC凝胶区域的有序结构形成光学元件的全息图。
8.根据权利要求4的动态全息元件，其中高和低网络密度LC凝胶区域在零电场下具有至少基本上相同的折射率。
9.根据权利要求4的动态全息元件，其中高和低网络密度LC凝胶区域是宏观排列的。
10.根据权利要求4的动态全息元件，特征在于当在LC凝胶相之上没有电场时，该元件是透明的。
11.一种发光装置，包括根据权利要求4的动态全息元件和一个或多个第一光源，设置该光源使得要从一个或多个光源发射的光线将通过动态全息元件透射。
12.根据权利要求11的发光装置，其中第一光源为具有第一基色的发光二极管。
13.根据权利要求12的发光装置，进一步包括是发光二极管的第二光源，其具有不同于第一基色的第二基色，其中第一和第二光源的强度分别可调。
14.一种形成动态全息元件的方法，该方法包括以下步骤：
-提供各向异性LC预凝胶混合物，该混合物包括：
-非反应性LC主体；
-单官能可聚合单体；
-多官能反应性单体；和
-光引发剂，
-用聚合光线的干涉图样照射部分LC预凝胶混合物，在LC预凝胶混合物中形成高强度区域和低或无强度区域，和
-用聚合光线照射LC预凝胶混合物以形成各向异性LC凝胶。
15.根据权利要求14的方法，其中可聚合LC单体包括丙烯酸酯、环氧化物、乙烯基醚或硫醇烯体系的单体。
16.根据权利要求14的方法，其中LC预凝胶混合物进一步包括非线性吸光剂。
17.根据权利要求14的方法，其中照射部分LC相的步骤包括在高强度区域中引发聚合和聚合组分从低或无强度区域向高强度区域扩散。
18.根据权利要求14的方法，其中调整干涉图样的干涉带中的强度变化规模以使聚合组分可以在给定时间范围从低或无强度区域有效扩散到高强度区域。
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