KR102592700B1 - 조명 장치 및 이를 포함하는 전자 장치 - Google Patents

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Abstract

조명 장치는 영상이 표시되는 제1면, 상기 제1면과 마주하는 제2면 및 상기 제1면과 상기 제2면 사이에 배치된 복수의 디스플레이 화소를 포함하며, 상기 제2면 쪽에서 입사된 광을 상기 제1면을 통해 투과시키는 투과창을 포함하는 디스플레이 패널; 피사체에 조사될 광을 상기 디스플레이 패널을 향해 방출하는 광원; 및 상기 광원과 상기 디스플레이 패널 사이에 배치되어, 상기 광원에서의 광을 상기 투과창을 통해 상기 피사체에게 전달하는 광 전달부;를 포함한다. 조명 장치는 디스플레이 패널을 통해 디스플레이 패널 전면으로 플러드 조명을 제공할 수 있다.

Description

조명 장치 및 이를 포함하는 전자 장치{Illumination device and electronic apparatus including the same}
본 개시는 조명 장치 및 이를 포함하는 전자 장치에 대한 것이다.
모바일(mobile) 및 웨어러블(wearable) 기기에서 홍채 인식 센서, 안면 센서, 깊이 센서(depth sensor) 등 다양한 센서에 대한 수요가 있으며, 이를 위한 여러 개의 광원, 광학 부품들이 기기에 함께 구비되고 있다.
최근 스마트 폰(smart phone)의 디스플레이는 full screen display 향으로 발전하는 추세이며, 기기의 전면 대부분이 표시면이 됨에 따라 이러한 센서를 위한 광원을 적절히 배치하는 것이 용이하지 않다.
디스플레이 패널 전면으로 광을 출사하는 조명 장치를 제공한다.
일 유형에 따르면, 영상이 표시되는 제1면, 상기 제1면과 마주하는 제2면 및 상기 제1면과 상기 제2면 사이에 배치된 복수의 디스플레이 화소를 포함하며, 상기 제2면 쪽에서 입사된 광을 상기 제1면을 통해 투과시키는 투과창을 포함하는 디스플레이 패널; 상기 디스플레이 패널의 제2면 쪽에 배치되어, 피사체에 조사될 광을 상기 디스플레이 패널을 향해 방출하는 광원; 및 상기 광원과 상기 디스플레이 패널 사이에 배치되어, 상기 광원에서의 광이 상기 투과창을 지나 플러드 조명(flood illumination)으로 상기 피사체에게 전달되게 하는 광 전달부;를 포함하는 조명 장치가 제공된다.
상기 광 전달부는 상기 광원에서의 광의 파장보다 작은 형상 치수를 가지는 복수의 나노구조물을 포함할 수 있다.
상기 투과창은 디스플레이 화소가 없는 복수의 비화소 영역을 포함하며, 상기 복수의 디스플레이 화소와 상기 복수의 비화소 영역은 교번 배열될 수 있다.
상기 제1면 상에서, 상기 복수의 디스플레이 화소가 차지하는 단면적의 점유율(fill factor)은 50% ~ 60%일 수 있다.
상기 광 전달부는 상기 디스플레이 패널과 마주하는 제3면과, 상기 광원과 마주하는 제4면을 구비하는 기판; 상기 제3면 상에 배치되고, 상기 광원에서의 광의 파장보다 작은 형상 치수를 가지는 복수의 제1 나노 구조물을 포함하며, 상기 복수의 제1 나노구조물은 중심부에 개구가 형성된 미러로 작용하는 형상 분포를 가지는 메타 미러; 상기 제4면 상에 배치되고, 상기 광원에서의 광의 파장보다 작은 형상 치수를 가지는 복수의 제2 나노구조물을 포함하며, 상기 복수의 제2 나노구조물은 상기 광원에서의 광을 상기 개구를 향하게 하는 형상 분포를 가지는 메타 렌즈;를 포함할 수 있다.
상기 메타 미러는 상기 디스플레이 패널에 대해 오목한 오목 미러로 작용하도록 상기 복수의 제1 나노구조물의 형상 분포가 정해질 수 있다.
상기 광원은 상기 개구에 대해 비대칭적으로 배치될 수 있다.
상기 광 전달부는 상기 디스플레이 패널과 마주하는 제3면과, 상기 광원과 마주하는 제4면을 구비하는 기판; 상기 제3면 상에 배치되고 상기 광원에서의 광의 파장보다 작은 형상 치수를 가지는 복수의 제1 나노구조물을 포함하며, 상기 복수의 제1 나노구조물은 상기 복수의 비화소 영역으로 광을 집속하는 형상 분포를 가지는 제1 메타 렌즈; 상기 제4면 상에 배치되고, 상기 광원에서의 광의 파장보다 작은 형상 치수를 가지는 복수의 제2 나노구조물을 포함하며, 상기 복수의 제2 나노구조물은 상기 광원에서의 광을 상기 제1 메타 렌즈에 대응하도록 수습하는 형상 분포를 가지는 제2 메타렌즈;를 포함할 수 있다.
상기 제1 메타 렌즈는 상기 복수의 비화소 영역과 마주하게 배치된 복수의 제1 볼록 렌즈로 작용하도록 상기 복수의 제1 나노구조물의 형상 분포가 정해지고, 상기 제2 메타 렌즈는 상기 복수의 제1 볼록 렌즈와 각각 마주하게 배치된 복수의 제2 볼록 렌즈로 작용하도록 상기 복수의 제2 나노구조물의 형상 분포가 정해질 수 있다.
상기 제1 메타 렌즈는 상기 복수의 디스플레이 화소 및 상기 복수의 비화소 영역과 마주하게 배치된 복수의 제1 볼록 렌즈로 작용하도록 상기 복수의 제1 나노구조물의 형상 분포가 정해지고, 상기 제2 메타 렌즈는 상기 복수의 제1 볼록 렌즈와 각각 마주하게 배치된 복수의 제2 볼록 렌즈로 작용하도록 상기 복수의 제2 나노구조물의 형상 분포가 정해질 수 있다.
상기 광원은 상기 복수의 디스플레이 화소와 상기 복수의 비화소 영역 각각에 대응하도록 배열된 복수의 발광 요소를 포함할 수 있다.
상기 조명 장치는 상기 광원에서의 광이 상기 복수의 디스플레이 화소에서 반사된 광량을 센싱하는 광 검출기; 및 상기 광 검출기에서 검출된 광량에 근거하여 상기 복수의 발광 요소 중 일부를 선택하여 구동하는 광원 제어부;를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 메타 렌즈 및 상기 제2 메타 렌즈는 각각 하나의 볼록 렌즈로 작용하도록 상기 복수의 제1 나노구조물, 상기 복수의 제2 나노구조물의 형상 분포가 정해질 수 있다.
상기 조명 장치는 상기 제1 메타 렌즈와 상기 디스플레이 패널 사이에 배치되고, 상기 복수의 비화소 영역 각각과 마주하는 복수의 마이크로 렌즈를 구비하는 마이크로 렌즈 어레이를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 메타 렌즈는 상기 제2 메타 렌즈보다 짧은 초점 거리를 갖도록, 상기 복수의 제1 나노구조물, 상기 복수의 제2 나노구조물의 형상 분포가 정해질 수 있다.
상기 광 전달부와 상기 디스플레이 패널 사이에 상기 복수의 디스플레이 화소를 향하는 상기 비화소 영역을 향하게 하는 방향으로 반사시키는 반사구조물이 더 배치될 수 있다.
상기 광 전달부는 상기 디스플레이 패널과 마주하는 제3면과, 상기 광원과 마주하는 제4면을 구비하는 기판; 상기 제4면 상에 배치되고, 상기 광원에서의 광의 파장보다 작은 형상 치수를 가지며, 상기 반사구조물을 향하는 광량과 상기 투과창을 향하는 광량이 유사하도록 상기 광원에서의 광을 수습하는 형상 분포를 가지는 복수의 나노구조물;을 포함할 수 있다.
상기 투과창은 상기 디스플레이 화소가 위치하지 않는 하나의 영역으로 이루어질 수 있다.
상기 투과창의 직경은 5mm~10mm 일 수 있다.
상기 광 전달부는 상기 광원에서의 광의 파장보다 작은 형상 치수의 복수의 나노구조물을 포함하며, 상기 복수의 나노구조물은 상기 광원에서의 광이 상기 제1면에서 상기 투과창에 대응하는 빔 단면 크기로 집광된 후 확산되며 상기 디스플레이 패널 전면으로 출사되게 하는 형상 분포를 가질 수 있다.
일 유형에 따르면, 전술한 어느 하나의 조명 장치; 상기 피사체로부터 반사된 광을 수광하는 센서; 및 상기 센서에서 수광한 광으로부터 상기 피사체에 대한 정보 획득을 위한 연산을 수행하는 프로세서;를 포함하는 전자 장치가 제공된다.
상술한 조명 장치는 디스플레이 패널의 배면에 배치된 광원에서의 광을 디스플레이 패널의 전면으로 출사할 수 있다.
따라서 디스플레이 패널의 표시면 크기에 영향을 주지 않고, 다양한 센서에 필요한 광원을 효과적으로 배치할 수 있다.
상술한 조명 장치는 베젤리스(bezel-less) 타입의 모바일 기기 등에 채용될 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 조명 장치의 개략적인 구성을 보이는 단면도이다.
도 2a는 도 1의 조명 장치에 채용되는 디스플레이 패널의 화소 배치를 예시적으로 보이는 평면도이다.
도 2b는 비교예에 따른 디스플레이 패널의 화소 배치를 보이는 평면도이다.
도 3a는 도 1의 조명 장치에 채용되는 광 전달부의 상부 영역 일부를 상세히 보인 확대도이다.
도 3b은 도 1의 조명 장치에 채용되는 광 전달부의 하부 영역 일부를 상세히 보인 확대도이다.
도 4는 다른 실시예에 따른 조명 장치의 개략적인 구성을 보이는 단면도이다.
도 5는 또 다른 실시예에 따른 조명 장치의 개략적인 구성을 보이는 단면도이다.
도 6은 또 다른 실시예에 따른 조명 장치의 개략적인 구성을 보이는 단면도이다.
도 7은 또 다른 실시예에 따른 조명 장치의 개략적인 구성을 보이는 단면도이다.
도 8은 또 다른 실시예에 따른 조명 장치의 개략적인 구성을 보이는 단면도이다.
도 9는 또 다른 실시예에 따른 조명 장치의 개략적인 구성을 보이는 단면도이다.
도 10은 또 다른 실시예에 따른 조명 장치의 개략적인 구성을 보이는 단면도이다.
도 11은 또 다른 실시예에 따른 조명 장치의 개략적인 구성을 보이는 단면도이다.
도 12는 또 다른 실시예에 따른 조명 장치의 개략적인 구성을 보이는 단면도이다.
도 13은 또 다른 실시예에 따른 조명 장치의 개략적인 구성을 보이는 단면도이다.
도 14는 실시예에 따른 전자 장치의 개략적인 구성을 보이는 블록도이다.
도 15는 도 14의 전자 장치의 외형을 예시적으로 보이는 사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명하기로 한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다. 한편, 이하에 설명되는 실시예는 단지 예시적인 것에 불과하며, 이러한 실시예들로부터 다양한 변형이 가능하다.
이하에서, "상부" 나 "상"이라고 기재된 것은 접촉하여 바로 위에 있는 것뿐만 아니라 비접촉으로 위에 있는 것도 포함할 수 있다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서에 기재된 “...부”, “모듈” 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 조명 장치의 개략적인 구성을 보이는 단면도이고, 도 2a는 도 1의 조명 장치에 채용되는 디스플레이 패널의 화소 배치를 예시적으로 보이는 평면도이며, 도 2b는 비교예에 따른 디스플레이 패널의 화소 배치를 보이는 평면도이다. 도 3a는 도 1의 조명 장치에 채용되는 광 전달부의 상부 영역 일부를 상세히 보인 확대도이고, 도 3b은 도 1의 조명 장치에 채용되는 광 전달부의 하부 영역 일부를 상세히 보인 확대도이다.
조명 장치(1001)는 광을 투과시키는 투과창이 구비된 디스플레이 패널(300), 디스플레이 패널(300)의 하부에 배치되어 디스플레이 패널(300)을 향해 광을 방출하는 광원(110), 광원(110)과 디스플레이 패널(300) 사이에 배치되어 광원(110)에서의 광이 디스플레이 패널(300)의 투과창으로 출사되게 전달하는 광 전달부(201)를 포함한다.
광원(110)은 복수의 발광 요소(112)들의 어레이로 이루어질 수 있다. 발광 요소(112)는 LED 혹은 레이저 광을 방출하는 레이저 다이오드일 수 있다. 발광 요소(112)는 수직 공진형 표면 발광 레이저(Vertical Cavity Surface Emitting Laser; VCSEL)일 수 있다. 발광 요소(112)는 예를 들어, Ⅲ-Ⅴ족 반도체 물질 또는 Ⅱ-Ⅵ족 반도체 물질로 이루어지고 다중 양자 우물 구조(multi-quantum well structure)를 가지는 활성층을 포함할 수 있으며, 다만 이에 한정되는 것은 아니다. 발광 요소(112)는 대략 850 nm 또는 940nm의 레이저 광을 출사할 수 있고, 또는, 근적외선 혹은 가시광 파장대역의 광을 출사할 수 있다. 발광 요소(112)에서 출사하는 광의 파장은 특별히 한정되지 않으며, 원하는 파장 대역의 광을 출사하는 발광 요소(112)가 사용될 수 있다.
디스플레이 패널(300)은 영상이 표시되는 제1면(300a), 제1면(300a)과 마주하는 제2면(300b)을 포함하며, 제1면(300a)과 제2면(300b) 사이에 복수의 디스플레이 화소(310)가 배치된다. 이하에서, 디스플레이 패널(300)에서 영상이 표시되는 면은 '표시면'으로 혼용되어 지칭될 수도 있다. 디스플레이 화소(310) 사이에는 비화소 영역(320)이 배치되며, 비화소 영역(320)이 광을 투과시키는 투과창이 된다. 이하에서, 비화소 영역은 '투과창'으로 혼용되어 지칭될 수 있다.
디스플레이 패널(300)은 잘 알려진 바와 같이, 예를 들어, LCD, OLED와 같은 디스플레이 요소를 포함한다. 디스플레이 요소가 LCD인 경우, 디스플레이 패널(300)에는 이를 위한 광원이 별도로 구비된다. 디스플레이 요소는 영상 정보에 따라 온/오프 제어되는 복수의 영역으로 구획되며, 이러한 영역을 디스플레이 화소(310)로 지칭하고 있다. 디스플레이 화소(310)는 상세히 도시되지는 않았으나 디스플레이 요소와 이를 제어하기 위한 회로 요소들을 포함하며, 이에 포함되는 금속 물질에 의해 불투명 영역이 된다. 즉, 디스플레이 패널(300)의 하부에서 디스플레이 화소(310)로 입사된 광은 반사되며, 디스플레이 패널(300) 전면으로 출사되지 못한다. 비화소 영역(320)은 화소가 없는 영역으로, 디스플레이를 위한 온/오프 제어와 무관한 영역이다. 비화소 영역(320)은 디스플레이 요소의 제어를 위한 회로 요소 중 적어도 일부, 예를 들어 금속 재질의 화소 전극이 구비되지 않아 광을 투과시킬 수 있는 영역이다. 따라서, 비화소 영역(320)으로 입사된 광은 디스플레이 패널(300) 전면으로 출사될 수 있다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 복수의 디스플레이 화소(310)와 상기 복수의 비화소 영역(320)은 교번 배열될 수 있다. 도면에서 디스플레이 화소(310)와 비화소 영역(320)의 크기는 동일하게 도시되고 있으나 이는 예시적인 것이다. 비화소 영역(320)의 크기는 디스플레이 화소(310)와 같거나 이보다 작을 수 있고, 예를 들어, 표시면 상에서, 복수의 디스플레이 화소(310)가 차지하는 단면적의 점유율(fill factor)은 약 50% ~ 60%일 수 있다.
비교예의 도 2b를 참조하면, 통상의 디스플레이 패널(30)에서 디스플레이 화소(310)는 표시면 전체에 분포한다. 디스플레이 화소(310)는 화소 전극 등 광을 투과시키지 못하는 금속 재질을 포함하고 있어 디스플레이 패널(300)의 배면 쪽에서 입사하는 광을 투과시키지 못한다.
실시예의 조명 장치(3100)는 통상의 디스플레이 패널의 디스플레이 화소 절반을 비화소 영역으로 교체한 디스플레이 패널(300)을 사용하여 디스플레이 패널(300)의 배면에 배치된 광원(110)에서의 광으로 디스플레이 패널(300)의 전면을 조명할 수 있다.
광 전달부(201)는 광원(110)과 디스플레이 패널(300) 사이에 배치되어, 광원(110)에서의 광이 디스플레이 패널(300)의 투과창을 지나 플러드 조명(flood illumination)으로 피사체에게 전달되도록 한다. 광 전달부(201)는 광원(110)에서의 광의 파장보다 작은 형상 치수를 가지는 복수의 나노구조물을 포함하며 상술한 기능이 구현되도록 복수의 나노구조물의 형상이나 이들의 분포 규칙 등이 설정된다.
광 전달부(201)는 일측은 개구(AP)가 형성된 메타 미러(220), 다른 일측은 메타 렌즈(230)로 구성될 수 있다. 예를 들어, 광 전달부(201)는 디스플레이 패널(300)과 마주하는 제3면(SUa)과, 광원(110)과 마주하는 제4면(SUb)을 구비하는 기판(SU), 제3면(SUa) 상에 배치되고, 중심부에 개구(AP)가 형성된 메타 미러(220) 및 제4면(SUb) 상에 배치된 메타 렌즈(230)를 포함할 수 있다.
도 3a를 참조하면, 제3면(SUa) 상에 배치된 메타 미러(220)는 복수의 제1 나노구조물(NS1)을 포함한다. 복수의 제1 나노구조물(NS1)은 개구(AP)를 제외한 영역에 분포한다. 즉, 개구(AP)는 제3면(SUa)에서 제1 나노구조물(NS1)이 형성되지 않아 광원(110)에서의 광을 그대로 투과시키는 영역이다. 제1 나노구조물(NS1)의 형상을 정의하는 치수인 두께(t)나 폭(D)은 광원(110)에서의 광의 파장보다 작을 수 있다. 제1 나노구조물(NS1)은 원기둥, 타원기둥, 다각기둥, 그 외의 다양한 형상을 가질 수 있다. 제1 나노구조물(NS1)은 주변 물질(예를 들어, 공기)이나, 기판(SU)보다 높은 굴절률을 가지는 물질로 이루어지며, 예를 들어, 단결정 실리콘, 다결정 실리콘(Poly Si), 비정질 실리콘(amorphous Si), Si3N4, GaP, TiO2, AlSb, AlAs, AlGaAs, AlGaInP, BP, ZnGeP2 중 어느 하나를 포함하는 물질로 형성될 수 있다. 기판(SU)은 복수의 제1 나노구조물(NS1)을 지지하며, 제1 나노구조물(NS1) 보다 낮은 굴절률의 재질로 이루어질 수 있다. 기판(SU)과 제1 나노구조물(NS1)의 굴절률 차는 약 0.5 이상일 수 있다. 기판(SU)은 예를 들어, SiO2, TCO(transparent conductive oxide), 또는 PC, PS, PMMA와 같은 폴리머로 이루어질 수 있으며, 다만, 이에 한정되는 것은 아니다.
제1 나노구조물(NS1)은 광원(110)에서의 광의 파장 보다 작은, 서브 파장의 형상 치수를 가질 수 있다. 제1 나노구조물(NS1)의 구체적인 형상, 배열 형태 등에 의해 소정 파장 대역의 광을 반사시키는 역할을 할 수 있다. 메타 미러(220)는 디스플레이 패널(300)에 대해 오목한 오목 미러로 작용하도록 복수의 제1 나노구조물(NS1)의 형상 분포가 정해질 수 있다. 여기서, '형상 분포'는 제1 나노구조물(NS1)의 형상, 크기, 복수의 제1 나노구조물(NS1)의 크기나 형상의 분포, 복수의 제1 나노구조물(NS1)의 배열 피치, 복수의 제1 나노구조물(NS1)의 배열 피치의 분포 중 적어도 어느 하나를 의미한다. 제1 나노구조물(NS1)의 두께, 폭, 배치 간격 중 적어도 어느 하나는 광원(110)에서의 광의 파장의 반 이하일 수 있다. 도면에서, 제1 나노구조물(NS1)은 일정한 크기를 가지며, 일정한 간격을 갖는 것으로 도시되어 있으나, 이는 예시적이며, 이에 한정되지 않는다.
도 3b를 참조하면, 제4면(SUb) 상에 배치된 메타 렌즈(230)는 복수의 제2 나노구조물(NS2)을 포함한다. 복수의 제2 나노구조물(NS2)은 기판(SU)보다 높은 굴절률의 재질로 이루어지고, 서브 파장의 형상 치수를 가지며, 광원(110)에서의 광을 개구(AP) 쪽으로 모으는 볼록 렌즈의 역할을 하도록 형상 분포가 정해질 수 있다. 제2 나노구조물(NS2)은 중심에서 주변부로 갈수록 폭(D)이 작아지는 형상 분포를 가질 수 있다. 이러한 규칙이 중심부에서 주변부를 향하는 방향으로 반복될 수 있다. 반복되는 주기는 일정하지 않을 수 있다. 개구(AP) 크기 및 개구(AP)까지의 거리 등을 고려하여 제3면(SUa)에서의 빔 단면 크기가 개구(AP) 크기와 유사해지도록 제2 나노구조물(NS2)의 형상 분포가 설정될 수 있다.
다시 도 1을 참조하여 광원(110)에서의 광의 경로를 살펴보기로 한다.
광원(110)에서의 광은 광 전달부(201) 하부 쪽의 메타 렌즈(230)에 의해 광 전달부(201) 상부 쪽의 개구(AP)를 향하게 된다. 개구(AP)를 통해 광이 디스플레이 패널(300)을 향하게 되며, 디스플레이 패널(300)의 투과창, 즉, 복수의 비화소 영역(320)을 통과하여 디스플레이 패널(300)의 전면(front side)을 조명하게 된다. 비화소 영역(320)은 디스플레이 패널(300)의 표시면인 제1면(300a)에 고루 분포하므로, 조명광은 디스플레이 패널(300) 전방의 피사체(미도시)를 대체로 균일하게 조명하는 플러드(flood) 조명광이 될 수 있다.
한편, 디스플레이 패널(300)의 디스플레이 화소(310)를 향한 광은 이를 통과하지 못하고 반사된다. 이렇게 반사된 광은 메타 미러(220)에 의해 반사되어 다시 디스플레이 패널(300)을 향할 수 있다. 디스플레이 패널(300)의 비화소 영역(320)을 향하도록 경로가 바뀐 광은 디스플레이 패널(300) 전면을 조명할 수 있다. 이와 같이, 디스플레이 화소(310)를 통과하지 못하고 반사된 광은 메타 미러(220)에 의해 리사이클(recycle) 되므로 광 효율이 높아질 수 있다. 또한, 메타 미러(220)는 오목 미러의 역할을 하도록 제1 나노구조물(NS1)들이 배열되어 있으므로 리사이클 된 광이 조명광으로 기여하는 효율이 더 높아질 수 있다.
도 4는 다른 실시예에 따른 조명 장치의 개략적인 구성을 보이는 단면도이다.
조명 장치(1002)는 광을 투과시키는 투과창이 구비된 디스플레이 패널(300), 디스플레이 패널(300)의 하부에 배치되어 디스플레이 패널(300)을 향해 광을 방출하는 광원(110), 광원(110)과 디스플레이 패널(300) 사이에 배치되어 광원(110)에서의 광이 디스플레이 패널(300)의 투과창으로 출사되게 전달하는 광 전달부(202)를 포함한다.
실시예의 조명 장치(202)는 리사이클 광의 효율을 높이기 위해, 광원(110)이 광 전달부(202)의 개구(AP)에 대해 비대칭적으로 배치된 점에서 도 1의 조명 장치(1001)와 차이가 있고, 나머지 구성은 실질적으로 동일하다.
디스플레이 패널(300)의 디스플레이 화소(310)에서 반사된 광은 메타 미러(220) 쪽에 도달하여야 리사이클 될 수 있고, 다시 개구(AP) 쪽으로 진행한 광은 리사이클 되지 않는다. 개구(AP)와 광원(110)을 비대칭적으로 배치함으로써, 디스플레이 화소(310)에서 반사된 광이 개구(AP)를 향하는 양은 줄어들게 되며, 디스플레이 화소(310)에서 반사된 광이 리사이클 되는 효율이 높아질 수 있다.
도 5는 또 다른 실시예에 따른 조명 장치의 개략적인 구성을 보이는 단면도이다.
조명 장치(1003)는 광을 투과시키는 투과창이 구비된 디스플레이 패널(300), 디스플레이 패널(300)의 하부에 배치되어 디스플레이 패널(300)을 향해 광을 방출하는 광원(110), 광원(110)과 디스플레이 패널(300) 사이에 배치되어 광원(110)에서의 광이 디스플레이 패널(300)의 투과창으로 출사되게 전달하는 광 전달부(203)를 포함한다.
본 실시예의 조명 장치(1003)에서 광 전달부(203)는 광원(110)에서의 광을 복수의 비화소 영역(320) 각각으로 모으도록 상부 측이 제1 메타 렌즈(232), 하부 측이 제2 메타 렌즈(233) 로 구성되고 있다.
기판(SU)의 제3면(SUa)에 배치된 제1 메타 렌즈(232)는 복수의 제1 나노구조물(NS3)를 포함하며, 복수의 제1 나노구조물(NS3)은 복수의 비화소 영역(320)으로 광을 각각 집속하는 복수의 볼록 렌즈와 같은 기능을 하도록 형상 분포가 설정된다.
기판(SU)의 제4면(SUb)에 배치된 제2 메타 렌즈(233)는 복수의 제2 나노구조물(NS4)를 포함하며, 복수의 제2 나노구조물(NS4)는 광원(110)에서의 광을 제1 메타 렌즈(232)에 대응하도록 수습하는 형상 분포를 가질 수 있다. 복수의 제2 나노구조물(NS4)은 복수의 볼록 렌즈와 같은 기능을 하도록 형상 분포가 설정되며, 도시된 바와 같이 제1 메타 렌즈(232)의 복수의 볼록 렌즈와 각각 대응하는 복수의 볼록 렌즈로 기능하도록 형상 분포가 설정될 수 있다.
광원(110)에 구비되는 복수의 발광 요소(112)는 복수의 비화소 영역(320)에 대응하는 위치에 배열될 수 있다. 광원(110)에서의 광은 제2 메타 렌즈(233)에서 평행광으로 수습되어 제1 메타 렌즈(232)를 향할 수 있고, 제1 메타 렌즈(232)에서 복수의 비화소 영역(320) 각각으로 집속되며 디스플레이 패널(300) 전면을 향해 퍼져나가게 된다.
도 6은 또 다른 실시예에 따른 조명 장치의 개략적인 구성을 보이는 단면도이다.
조명 장치(1004)는 광을 투과시키는 투과창이 구비된 디스플레이 패널(300), 디스플레이 패널(300)의 하부에 배치되어 디스플레이 패널(300)을 향해 광을 방출하는 광원(110), 광원(110)과 디스플레이 패널(300) 사이에 배치되어 광원(110)에서의 광이 디스플레이 패널(300)의 투과창으로 출사되게 전달하는 광 전달부(204)를 포함한다.
본 실시예의 조명 장치(1004)는 광 전달부(204)를 구성하는 제1 메타 렌즈(234), 제2 메타 렌즈(235)에 각각 구비되는 제1 나노구조물(NS3), 제2 나노구조물(NS4)의 세부적인 형상 분포에서 도 5의 조명 장치(1003)와 차이가 있다.
제1 메타 렌즈(234)의 제1 나노구조물(NS3)은 복수의 디스플레이 화소(310) 및 복수의 비화소 영역(320)과 각각 마주하는 볼록 렌즈로 작용하도록 형상 분포가 설정된다. 이에 따라, 복수의 제1 나노구조물(NS3)은 디스플레이 화소(310)에 대응하는 위치 뿐 아니라, 비화소 영역(320)에 대응하는 위치에도 형성되어 있다.
제2 메타 렌즈(235)의 제2 나노구조물(NS4)도 복수의 디스플레이 화소(310) 및 복수의 비화소 영역(320)과 각각 마주하는 볼록 렌즈로 작용하도록 형상 분포가 설정된다. 복수의 제2 나노구조물(NS3)은 디스플레이 화소(310)에 대응하는 위치 뿐 아니라, 비화소 영역(320)에 대응하는 위치에도 형성되어 있다.
광 전달부(204)를 이와 같이 구성하는 것은 제조 과정에서 광 전달부(204)와 디스플레이 패널(300)의 정렬을 보다 용이하게 하기 위한 것이다. 디스플레이 화소(310)와 마주하게 배치되는 복수의 제1 나노구조물(NS3), 제2 나노구조물(NS4)은 디스플레이 패널(300) 전면(front side)을 조명하는 광 경로에 기여하지 않지만, 디스플레이 화소(310) 및 비화소 영역(320) 모두에 대응하는 위치에 복수의 제1 나노구조물(NS3), 제2 나노구조물(NS4)물들을 배치함으로써, 도 5의 조명 장치(1003)의 광 전달부(203) 구조와 비교할 때, 제조시 정렬 오차를 줄이기 용이하다.
도 7은 또 다른 실시예에 따른 조명 장치의 개략적인 구성을 보이는 단면도이다.
본 실시예의 조명 장치(1005)는 광원(111)에 구비되는 복수의 발광 요소(112)가 복수의 디스플레이 화소(310) 및 복수의 비화소 영역(320) 각각에 대응하도록 배열되고, 광 검출기(400), 광원 제어부(500)를 더 구비하는 점에서, 도 6의 조명 장치(1004)와 차이가 있다.
광원(111)에 구비되는 복수의 발광 요소(112)는 광원 제어부(500)에 의해 개별적으로 온/오프가 제어될 수 있다. 또는, 열 단위로 연결되어, 짝수열의 발광 요소(112), 홀수 열의 발광 요소(112)가 함께 온/오프 제어될 수 있다.
이와 같은 구성에 의해, 제조 과정에서 광원(111), 광 전달부(204), 디스플레이 패널(300)의 정렬이 좀 더 용이해질 수 있다.
광 검출기(400)는 광원(111)에서의 광 중 디스플레이 화소(310) 쪽으로 진행하여 디스플레이 패널(300) 전면으로 출사되지 못하고 디스플레이 화소(310)에서 반사되는 광량을 센싱하기 위한 것이다.
광원 제어부(500)는 광 검출기(400)에서 검출된 광량에 근거하여 복수의 발광 요소(112) 중 일부를 선택하여 구동할 수 있다. 예를 들어, 광원(111)에서 짝수열의 발광 요소(112)들만을 구동한 경우와 홀수열의 발광 요소(112)들만을 구동한 경우를 비교함으로써 발광 요소(112)들의 정렬 상태를 확인할 수 있다. 즉, 비화소 영역(320)에 대응하는 위치의 발광 요소(112)들이 홀수 열인지 짝수 열인지 판단하여, 비화소 영역(320)에 대응하는 위치의 발광 요소(112)들 만이 구동되도록 광원(111)을 제어할 수 있다.
도 8은 또 다른 실시예에 따른 조명 장치의 개략적인 구성을 보이는 단면도이다.
조명 장치(1006)는 광을 투과시키는 투과창이 구비된 디스플레이 패널(300), 디스플레이 패널(300)의 하부에 배치되어 디스플레이 패널(300)을 향해 광을 방출하는 광원(110), 광원(110)과 디스플레이 패널(300) 사이에 배치되어 광원(110)에서의 광이 디스플레이 패널(300)의 투과창으로 출사되게 전달하는 광 전달부(206)를 포함한다.
광 전달부(206)는 기판(SU)의 제3면(SUa)에 배치된 제1 메타 렌즈(236), 제4면(SUb)에 배치된 제2 메타 렌즈(237)를 포함한다. 제1 메타 렌즈(236)는 복수의 제1 나노구조물(NS7)을 포함하며, 복수의 제1 나노구조물(NS7)은 하나의 볼록 렌즈로 작용하도록 형상 분포가 설정된다. 제2 메타 렌즈(237)는 복수의 제2 나노구조물(NS8)을 포함하며, 복수의 제2 나노구조물(NS8)도 하나의 볼록 렌즈로 작용하도록 형상 분포가 설정된다.
제1 메타 렌즈(236)와 제2 메타 렌즈(237)는 도시된 바와 같이, 서로 같은 초점 거리, f1을 갖도록, 복수의 제1 나노구조물(NS7), 복수의 제2 나노구조물(NS8)의 형상 분포가 정해질 수 있다.
도 9는 또 다른 실시예에 따른 조명 장치의 개략적인 구성을 보이는 단면도이다.
조명 장치(1007)는 광을 투과시키는 투과창이 구비된 디스플레이 패널(300), 디스플레이 패널(300)의 하부에 배치되어 디스플레이 패널(300)을 향해 광을 방출하는 광원(110), 광원(110)과 디스플레이 패널(300) 사이에 배치되어 광원(110)에서의 광이 디스플레이 패널(300)의 투과창으로 출사되게 전달하는 광 전달부(206)를 포함한다.
본 실시예의 조명 장치(1007)는 광 전달부(206)와 디스플레이 패널(300) 사이에 마이크로 렌즈 어레이(600)가 더 배치된 점에서 도 8의 조명 장치(1006)와 차이가 있고 나머지 구성은 실질적으로 동일하다. 마이크로 렌즈 어레이(600)는 디스플레이 패널(300)의 복수의 비화소 영역(320) 각각과 마주하는 복수의 마이크로 렌즈(610)를 구비한다. 제1 메타 렌즈(236) 및 마이크로 렌즈(610)에 의해 비화소 영역(320)에 집속된 광은 제1 메타 렌즈(236)에 의해 집속될 때보다 넓은 화각으로 디스플레이 패널(300) 전면 쪽으로 퍼져나가게 된다.
마이크로 렌즈 어레이(600)의 구비 여부나 구비되는 마이크로 렌즈(610)의 굴절력은 디스플레이 패널(300) 전면 쪽으로 조명할 플러드 조명의 세부적인 분포 형태를 고려하여 정할 수 있다. 플러드 조명은 대체로 균일한 광 분포의 조명이며, 피사체와의 거리, 피사체의 형상에 따라 균일도(uniformity)의 조절이 필요할 수 있기 때문이다.
도 10은 또 다른 실시예에 따른 조명 장치의 개략적인 구성을 보이는 단면도이다.
조명 장치(1008)는 광을 투과시키는 투과창이 구비된 디스플레이 패널(300), 디스플레이 패널(300)의 하부에 배치되어 디스플레이 패널(300)을 향해 광을 방출하는 광원(110), 광원(110)과 디스플레이 패널(300) 사이에 배치되어 광원(110)에서의 광이 디스플레이 패널(300)의 투과창으로 출사되게 전달하는 광 전달부(208)를 포함한다.
본 실시예의 조명 장치(1008)는 광 전달부(208)를 구성하는 제1 메타 렌즈(238), 제2 메타 렌즈(239)에 구비되는 복수의 제1 나노구조물(NS9), 복수의 제2 나노구조물(NS10)의 세부적인 형상 분포에서 도 8의 조명 장치(1006)와 차이가 있다.
제1 메타 렌즈(238)는 제2 메타 렌즈(239)보다 짧은 초점 거리를 갖도록, 복수의 제1 나노구조물(NS9), 복수의 제2 나노구조물(NS10)의 형상 분포가 정해질 수 있다. 복수의 제2 나노구조물(NS10)은 초점 거리 f1을 구현하는 형상 분포를 가질 수 있고, 복수의 제1 나노구조물(NS9)는 f1보다 짧은 초점 거리 f2를 구현하는 형상 분포를 가질 수 있다.
제1 메타 렌즈(238)의 굴절력을 제2 메타 렌즈(239)의 굴절력과 다르게 하는 정도는 도 9의 조명 장치(1007)에서와 마찬가지로, 디스플레이 패널(300) 전면 쪽으로 조명할 플러드 조명의 세부적인 분포 형태를 고려하여 정할 수 있다.
도 11은 또 다른 실시예에 따른 조명 장치의 개략적인 구성을 보이는 단면도이다.
조명 장치(1009)는 광을 투과시키는 투과창이 구비된 디스플레이 패널(300), 디스플레이 패널(300)의 하부에 배치되어 디스플레이 패널(300)을 향해 광을 방출하는 광원(110), 광원(110)과 디스플레이 패널(300) 사이에 배치되어 광원(110)에서의 광이 디스플레이 패널(300)의 투과창으로 출사되게 전달하는 광 전달부(209)를 포함한다. 또한, 광 전달부(209)와 디스플레이 패널(300) 사이에는 복수의 디스플레이 화소(310)를 향하는 광의 경로를 변경하여 비화소 영역(320)을 향하게 하는 반사구조물(700)이 배치된다.
광 전달부(209)는 기판(SU)의 제4면(SUb) 상에 배치된 메타 쉐이퍼(meta shaper)(240)를 포함한다. 메타 쉐이퍼(240)는 반사구조물(700)의 형상을 고려하여, 반사구조물(700)를 경유하여 디스플레이 패널(300)의 비화소 영역(320)을 향하는 광과 디스플레이 패널(300)의 비화소 영역(320)을 직접 향하는 광이 전체적으로 디스플레이 패널(300) 전면에서 균일한 분포로 출사되도록, 광원(110)에서의 광을 수습, 성형한다. 메타 쉐이퍼(240)는 서브 파장의 복수의 나노구조물(미도시)을 포함하며, 복수의 나노구조물은 반사구조물(700)을 향하는 광량과 비화소 영역(320)을 직접 향하는 광량이 대체로 유사해지게 하는 형상 분포를 가질 수 있다.
반사구조물(700)은 기판(SU)의 제3면(SUa)에 대해 기울어진 복수의 경사면(700a)(700b)을 포함한다. 경사면(700a)(700b)은 광을 반사시키는 미러 코팅면일 수 있고, 반사구조물(700)이 반사 금속 재질로 이루어질 수도 있다. 반사구조물(700)의 형상, 예를 들어 경사면(700a)(700b)의 경사각이나 반사구조물(700)의 크기는 디스플레이 패널(300) 전면에 형성할 플러드 광의 분포를 고려하여 정할 수 있으며, 또한, 이는 메타 쉐이퍼(240)를 구성하는 나노구조물들의 형상 분포와도 관련된다. 다시 말하면, 반사구조물(700)의 형상, 크기 등을 고려하여, 반사구조물(700)을 향한 출사광의 광분포가 소정 요건에 맞도록 메타 쉐이퍼(240)를 구성하는 나노구조물 형상 분포가 정해질 수 있다.
도 12는 도 11의 조명 장치에 채용될 수 있는 반사구조물의 변형예를 보이는 단면도이다.
반사구조물(710)은 도시된 바와 같이, 굴절률 차이에 따라 전반사(total reflection)을 일으키는 전반사면(710a)(710b)을 구비하는 고굴절률 재질의 구조물로 이루어질 수도 있다. 다만, 이에 한정되지 않으며, 반사구조물(710)은 전반사면을 구비하는 다양한 형태를 가질 수 있다.
도 13은 또 다른 실시예에 따른 조명 장치의 개략적인 구성을 보이는 단면도이다.
조명 장치(1010)는 광을 투과시키는 투과창이 구비된 디스플레이 패널(301), 디스플레이 패널(301)의 하부에 배치되어 디스플레이 패널(301)을 향해 광을 방출하는 광원(110), 광원(110)과 디스플레이 패널(301) 사이에 배치되어 광원(110)에서의 광이 디스플레이 패널(300)의 투과창으로 출사되게 전달하는 광 전달부(210)를 포함한다.
본 실시예의 조명 장치(1010)는 디스플레이 패널(300)의 투과창이 디스플레이 화소(310)가 위치하지 않는 하나의 비화소 영역(322)으로 이루어지는 점에서 전술한 실시예의 조명 장치들과 차이가 있다.
비화소 영역(322)의 위치는 디스플레이 패널(300)의 표시면 상의 임의의 위치에 형성될 수 있다. 이러한 디스플레이 패널(300)은 예를 들어, 도 2b와 같은 통상의 디스플레이 패널(30)의 디스플레이 화소 배치에서 일부 영역의 화소를 제거하는 방식으로 형성될 수 있다. 비화소 영역(322)의 직경은 약 5mm~10mm 일 수 있다.
광 전달부(210)는 기판(SU)의 제4면(SUb) 상에 배치된 메타 쉐이퍼(meta shaper)(242)를 포함한다. 메타 쉐이퍼(242)는 비화소 영역(322)의 크기, 위치, 형상 등을 고려하여, 광원(110)에서의 광이 비화소 영역(322) 위치에서 비화소 영역(322) 크기와 유사한 빔 단면을 형성한 후 디스플레이 패널(300) 전면으로 확산되며 출사되도록 광원(110)에서의 광을 수습, 성형한다. 메타 쉐이퍼(242)는 서브 파장의 복수의 나노구조물(미도시)을 포함하며, 복수의 나노구조물은 예를 들어, 광원(110)에서의 광을 디스플레이 패널(300)의 표시면인 제1면(310a)에서 비화소 영역(322)에 대응하는 빔 단면 크기로 집광한 후 확산, 출사시키는 형상 분포를 가질 수 있다.
본 실시예의 조명 장치(1010)는 원하는 광분포로 빔 성형이 가능하도록 나노구조물의 형상 분포를 설정한 메타 쉐이퍼(242)를 채용하여 전술한 조명 장치들(1001~1009)에 비해, 상대적으로 크기가 작은 비화소 영역(322)을 사용하므로 디스플레이 화소(310)의 희생을 줄일 수 있다.
전술한 실시예들의 조명 장치(1001~1010)는 디스플레이 패널을 통해 피사체를 조명하는 개념을 사용하는 다양한 전자 장치에 채용될 수 있다.
도 14는 실시예에 따른 전자 장치의 개략적인 구성을 보이는 블록도이다.
전자 장치(3000)는 피사체(OBJ)를 향해 플러드 광을 조명하는 조명 장치(3100), 피사체(OBJ)로부터 반사된 광을 수광하는 센서(3300) 및 센서(3300)에서 수광한 광으로부터 상기 피사체(OBJ)에 대한 정보 획득을 위한 연산을 수행하는 프로세서(3200)를 포함한다.
전자 장치(3000)는 또한, 프로세서(3200)의 실행을 위한 코드나 데이터가 저장되는 메모리(3400)를 포함할 수 있다.
조명 장치(3100)는 광원, 광전달부, 디스플레이 패널을 포함하며, 광원에서의 광의 분포를 바꾸어 디스플레이 패널의 투과창을 통해 피사체를 조명하는 것으로, 전술한 실시예들 중 어느 하나의 조명 장치(1001~1010), 이들이 조합, 변형된 형태가 채용될 수 있다.
조명 장치(3100)와 피사체(OBJ) 사이에는 조명 장치(3100)로부터의 광(LFL)이 피사체(OBJ)를 향하도록 방향을 조절하거나, 또는 추가적인 변조를 위한 광학 소자들이 더 배치될 수도 있다.
조명 장치(3100)는 피사체(OBJ)를 플러드(flood) 광(LFL)으로 조명할 수 있다. 플러드 광(LFL)은 피사체(OBJ) 전체를 균일한 광 분포로 한번에 조명하는 광을 의미한다. 여기서 균일한 광 분포는 100%의 균일도(uniformity)를 의미하는 것은 아니며, 피사체(OBJ)의 조명 대상 영역이 대체로 균일하게 조명되는 것을 의미한다. 따라서, 피사체(OBJ)의 위치, 형상에 따라 플러드 광(LFL)의 원하는 균일도 분포가 구현되도록, 조명 장치(3100)의 광 전달부 세부 구성, 즉, 광 전달부에 구비되는 나노구조물들의 형상 분포가 정해질 수 있다. 피사체(OBJ)는 전자 장치(3000) 사용자의 안면일 수 있고, 피사체(OBJ)의 위치는 조명 장치(3100)로부터 약 30㎝ 내지 1m 일 수 있으며, 다만, 이에 한정되는 것은 아니다.
센서(3300)는 피사체(OBJ)에 의해 반사된 광(Lr)을 센싱한다. 센서(3300)는 광 검출 요소들의 어레이를 포함할 수 있다. 센서(3300)는 피사체(OBJ)로부터 반사된 광을 파장별로 분석하기 위한 분광 소자를 더 포함할 수도 있다.
프로세서(3200)는 센서(3300)에서 수광한 광으로부터 피사체(OBJ)에 대한 정보 획득을 위한 연산을 수행하며, 또한, 전자 장치(3000) 전체의 처리 및 제어를 총괄할 수 있다. 프로세서(3200)는 피사체(OBJ)에 대한 정보 획득, 예를 들어, 2차원 또는 3차원 영상 정보를 획득 및 처리할 수 있고, 그 외, 조명 장치(3100)에 구비된 광원 구동이나 센서(3300)의 동작 등을 전반적으로 제어할 수 있다. 프로세서(3200)는 또한, 피사체(OBJ)로부터 획득한 정보에 근거하여 사용자 인증 등의 여부를 판단할 수 있고, 기타, 다른 어플리케이션을 실행할 수도 있다.
메모리(3400)에는 프로세서(3200)에서의 실행을 위한 코드가 저장될 수 있고, 이외에도, 전자 장치(3000)가 실행하는 다양한 실행 모듈들, 이를 위한 데이터들이 저장될 수 있다. 예를 들어, 프로세서(3200)가 피사체(OBJ)의 정보 획득을 위한 연산에 사용되는 프로그램 코드가 저장될 수 있고, 피사체(OBJ)의 정보를 활용하여 실행할 수 있는 어플리케이션 모듈등의 코드가 저장될 수 있다. 또한, 전자 장치(3000)에 추가적으로 구비될 수 있는 장치, 이를 구동하기 위한 프로그램으로, 통신 모듈, 카메라 모듈, 동영상 재생 모듈, 오디오 재생 모듈, 등이 더 저장될 수 있다.
프로세서(3200)에서의 연산 결과, 즉, 피사체(OBJ)의 형상, 위치에 대한 정보는 필요에 따라 다른 기기나 유닛으로 전송될 수도 있다. 예를 들어, 피사체(OBJ)에 대한 정보를 사용하는 다른 전자 기기의 제어부에 피사체(OBJ)에 대한 정보가 전송될 수 있다. 결과가 전송되는 다른 유닛은 결과를 출력하는 디스플레이 장치나 프린터일 수도 있다. 이외에도, 스마트폰, 휴대폰, PDA(personal digital assistant), 랩톱(laptop), PC, 다양한 웨어러블(wearable) 기기 및 기타 모바일 또는 비모바일 컴퓨팅 장치일 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.
메모리(3400)는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 카드 타입의 메모리(예를 들어 SD 또는 XD 메모리 등), 램(RAM, Random Access Memory) SRAM(Static Random Access Memory), 롬(ROM, Read-Only Memory), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), PROM(Programmable Read-Only Memory), 자기 메모리, 자기 디스크, 광디스크 중 적어도 하나의 타입의 저장매체를 포함할 수 있다.
전자 장치(3000)는 예를 들어, 휴대용 이동 통신 기기, 스마트 폰(smart phone), 스마트 워치(smart watch), PDA(personal digital assistant), 랩톱(laptop), PC, 및 기타 모바일 또는 비모바일 컴퓨팅 장치일 수 있으며, 이에 제한되지 않는다. 전자 장치(3000)는 무인자동차, 자율주행차, 로봇, 드론 등과 같은 자율 구동 기기, 또는 사물 인터넷 기기일 수 있다.
도 15는 도 14의 전자 장치의 외형을 예시적으로 보이는 사시도이다.
전자 장치(3000)는 도시된 바와 같이, 풀 스크린 디스플레이(full screen display) 타입의 디스플레이를 채용할 수 있다. 즉, 표시면(3100a)이 기기의 전면부의 거의 전 영역을 차지하는 베젤리스(bezel-less) 타입일 수 있다. 또한, 표시면(3100)의 형태는 노치(notch)가 없는 사각형 형태일 수 있다.
전술한 바와 같이, 실시예들에 따른 조명 장치는 디스플레이 패널의 배면에 배치되어 표시면 전체에 고루 분포하거나 소정 크기의 일영역에 형성된 투과창을 통해 디스플레이 전면을 조명할 수 있다. 따라서, 도시된 외형의 베젤리스(bezel-less), 노치프리(notch-free) 디스플레이를 전자 장치(3000)에 적용할 수 있다.
본 실시예에서 설명하는 특정 실행들은 예시들로서, 어떠한 방법으로도 기술적 범위를 한정하는 것은 아니다. 명세서의 간결함을 위하여, 종래 전자적인 구성들, 제어 시스템들, 소프트웨어, 상기 시스템들의 다른 기능적인 측면들의 기재는 생략될 수 있다. 또한, 도면에 도시된 구성 요소들 간의 선들의 연결 또는 연결 부재들은 기능적인 연결 및/또는 물리적 또는 회로적 연결들을 예시적으로 나타낸 것으로서, 실제 장치에서는 대체 가능하거나 추가의 다양한 기능적인 연결, 물리적인 연결, 또는 회로 연결들로서 나타내어질 수 있다.
지금까지, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 예시적인 실시예가 설명되고 첨부된 도면에 도시되었다. 그러나, 이러한 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이고 이를 제한하지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 그리고 본 발명은 도시되고 설명된 설명에 국한되지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 이는 다양한 다른 변형이 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일어날 수 있기 때문이다.
1001~1010,3100 - 조명 장치
110, 111 - 광원
112 - 발광 요소
201, 202, 203, 204, 206, 208, 209, 210 - 광 전달부
220 - 메타 미러
230, 232, 234, 235, 236, 237, 238, 239 - 메타 렌즈
240, 242 - 메타 쉐이퍼
300, 301 - 디스플레이 패널
300a - 제1면(표시면)
300b - 제2면
310 - 디스플레이 화소
320, 322 - 비화소 영역 (투과창)
NS, NS1, NS2, NS3, NS4, NS5, NS6, NS7, NS8, NS9, NS10 - 나노구조물
AP - 개구
SU - 기판
SUa -제3면
Sub - 제4면

Claims (21)

  1. 영상이 표시되는 제1면, 상기 제1면과 마주하는 제2면 및 상기 제1면과 상기 제2면 사이에 배치된 복수의 디스플레이 화소를 포함하며, 상기 제2면 쪽에서 입사된 광을 상기 제1면을 통해 투과시키는 투과창을 포함하며, 상기 투과창은 디스플레이 화소가 없는 하나 이상의 비화소 영역을 포함하는 디스플레이 패널;
    상기 디스플레이 패널의 제2면 쪽에 배치되고, 피사체에 조사될 광을 상기 디스플레이 패널을 향해 방출하는 광원; 및
    상기 광원과 상기 디스플레이 패널 사이에 배치되고 상기 광원에서의 광의 파장보다 작은 형상 치수를 가지는 복수의 나노구조물을 포함하며, 상기 복수의 나노구조물은 상기 광원에서의 광이 상기 투과창을 지나 플러드 조명(flood illumination)으로 상기 피사체에 전달되게 하는 형상 분포를 가지는, 광 전달부;를 포함하는 조명 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 비화소 영역은 복수의 비화소 영역을 포함하며,
    상기 복수의 디스플레이 화소와 상기 복수의 비화소 영역은 교번 배열되는, 조명 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1면 상에서, 상기 복수의 디스플레이 화소가 차지하는 단면적의 점유율(fill factor)은 50% ~ 60%인, 조명 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 광 전달부는
    상기 디스플레이 패널과 마주하는 제3면과, 상기 광원과 마주하는 제4면을 구비하는 기판;
    상기 제3면 상에 배치되고, 상기 광원에서의 광의 파장보다 작은 형상 치수를 가지는 복수의 제1 나노 구조물을 포함하며, 상기 복수의 제1 나노구조물은 중심부에 개구가 형성된 미러로 작용하는 형상 분포를 가지는 메타 미러;
    상기 제4면 상에 배치되고, 상기 광원에서의 광의 파장보다 작은 형상 치수를 가지는 복수의 제2 나노구조물을 포함하며, 상기 복수의 제2 나노구조물은 상기 광원에서의 광을 상기 개구를 향하게 하는 형상 분포를 가지는 메타 렌즈;를 포함하는, 조명 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 메타 미러는 상기 디스플레이 패널에 대해 오목한 오목 미러로 작용하도록 상기 복수의 제1 나노구조물의 형상 분포가 정해진, 조명 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 광원은 상기 개구에 대해 비대칭적으로 배치된, 조명 장치..
  8. 제3항에 있어서,
    상기 광 전달부는
    상기 디스플레이 패널과 마주하는 제3면과, 상기 광원과 마주하는 제4면을 구비하는 기판;
    상기 제3면 상에 배치되고 상기 광원에서의 광의 파장보다 작은 형상 치수를 가지는 복수의 제1 나노구조물을 포함하며, 상기 복수의 제1 나노구조물은 상기 복수의 비화소 영역으로 광을 집속하는 형상 분포를 가지는 제1 메타 렌즈;
    상기 제4면 상에 배치되고, 상기 광원에서의 광의 파장보다 작은 형상 치수를 가지는 복수의 제2 나노구조물을 포함하며, 상기 복수의 제2 나노구조물은 상기 광원에서의 광을 상기 제1 메타 렌즈에 대응하도록 수습하는 형상 분포를 가지는 제2 메타렌즈;를 포함하는, 조명 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 메타 렌즈는 상기 복수의 비화소 영역과 마주하게 배치된 복수의 제1 볼록 렌즈로 작용하도록 상기 복수의 제1 나노구조물의 형상 분포가 정해지고,
    상기 제2 메타 렌즈는 상기 복수의 제1 볼록 렌즈와 각각 마주하게 배치된 복수의 제2 볼록 렌즈로 작용하도록 상기 복수의 제2 나노구조물의 형상 분포가 정해진, 조명 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제1 메타 렌즈는 상기 복수의 디스플레이 화소 및 상기 복수의 비화소 영역과 마주하게 배치된 복수의 제1 볼록 렌즈로 작용하도록 상기 복수의 제1 나노구조물의 형상 분포가 정해지고,
    상기 제2 메타 렌즈는 상기 복수의 제1 볼록 렌즈와 각각 마주하게 배치된 복수의 제2 볼록 렌즈로 작용하도록 상기 복수의 제2 나노구조물의 형상 분포가 정해진, 조명 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 광원은 상기 복수의 디스플레이 화소와 상기 복수의 비화소 영역 각각에 대응하도록 배열된 복수의 발광 요소를 포함하는, 조명 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 광원에서의 광이 상기 복수의 디스플레이 화소에서 반사된 광량을 센싱하는 광 검출기; 및
    상기 광 검출기에서 검출된 광량에 근거하여 상기 복수의 발광 요소 중 일부를 선택하여 구동하는 광원 제어부;를 더 포함하는, 조명 장치.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 제1 메타 렌즈 및 상기 제2 메타 렌즈는 각각 하나의 볼록 렌즈로 작용하도록 상기 복수의 제1 나노구조물, 상기 복수의 제2 나노구조물의 형상 분포가 정해진, 조명 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1 메타 렌즈와 상기 디스플레이 패널 사이에 배치되고, 상기 복수의 비화소 영역 각각과 마주하는 복수의 마이크로 렌즈를 구비하는 마이크로 렌즈 어레이를 더 포함하는, 조명 장치.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 제1 메타 렌즈는 상기 제2 메타 렌즈보다 짧은 초점 거리를 갖도록, 상기 복수의 제1 나노구조물, 상기 복수의 제2 나노구조물의 형상 분포가 정해진, 조명 장치.
  16. 제3항에 있어서,
    상기 광 전달부와 상기 디스플레이 패널 사이에 위치하며 상기 복수의 디스플레이 화소 영역을 향하는 광을 상기 비화소 영역을 향하도록 반사시키는 반사구조물을 더 포함하는, 조명 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 광 전달부는
    상기 디스플레이 패널과 마주하는 제3면과, 상기 광원과 마주하는 제4면을 구비하는 기판;을 포함하고,
    상기 복수의 나노구조물은
    상기 제4면 상에 배치되고, 상기 반사구조물을 향하는 광량과 상기 투과창을 향하는 광량이 유사하도록 상기 광원에서의 광을 수습하는 형상 분포를 가지는, 조명 장치.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 투과창은 상기 디스플레이 화소가 위치하지 않는 하나의 영역으로 이루어지는, 조명 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 투과창의 직경은 5~10mm인, 조명 장치.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 복수의 나노구조물은 상기 광원에서의 광이 상기 제1면에서 상기 투과창에 대응하는 빔 단면 크기로 집광된 후 확산되며 상기 디스플레이 패널 전면으로 출사되게 하는 형상 분포를 가지는, 조명 장치.
  21. 제1항의 조명 장치;
    상기 피사체로부터 반사된 광을 수광하는 센서; 및
    상기 센서에서 수광한 광으로부터 상기 피사체에 대한 정보 획득을 위한 연산을 수행하는 프로세서;를 포함하는 전자 장치.
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