KR20190140391A - 조명 장치 및 이를 포함하는 전자 장치 - Google Patents

조명 장치 및 이를 포함하는 전자 장치 Download PDF

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KR20190140391A
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삼성전자주식회사
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Abstract

조명 장치는 영상이 표시되는 제1 면, 상기 제1 면과 마주하는 제2 면, 상기 제1 면과 상기 제2 면 사이에 마련되는 복수 개의 디스플레이 화소를 포함하며, 상기 제2 면 쪽에서 입사된 광을 상기 제1 면을 통해 투과시키는 투과창을 포함하는 디스플레이 패널, 피사체에 조사될 광을 상기 제2 면을 향해 방출하는 광원, 상기 광원과 상기 디스플레이 패널 사이에 배치되어, 상기 광원으로부터 방출되는 광을 상기 투과창으로 전달하는 광 전달부; 및 상기 투과창을 통해 투과된 광이 상기 피사체의 전면에 조사되도록 확산시키는 디퓨저; 를 포함할 수 있다. 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 관한 것이다.
근접 센서(proximity sensor), 3D 뎁쓰 센서(3D depth sensor) 등이 탑재된 스마트 폰(smart phone) 등의 모바일 기기에 관한 기술이 발전하고 있다. 일반적으로, 스마트 폰에는 디스플레이 화소를 포함하는 디스플레이 패널이 형성되어 있다. 또한, 디스플레이 패널로부터의 영상이 표시되는 스마트 폰의 앞면에 별도의 공간을 마련하고, 이 공간을 통해 근접 센서, 3D 뎁쓰 센서 등에 필요한 광이 방출되도록 조명 장치를 형성한다. 그러나, 이처럼 모바일 기기의 앞면에 별도의 공간을 마련하면, 스마트 폰의 전면을 표시면으로 사용할 수 없다.
최근, 스마트 폰의 디스플레이 패널은 전면 디스플레이(full screen display)향으로 발전하는 추세이며, 이에 따라, 스마트 폰의 전면을 표시면으로 사용하면서도 근접 센서, 3D 뎁쓰 센서 등을 위한 조명 장치를 적절하게 배치하기 위한 기술이 요구되고 있다.
본 개시는 디스플레이 패널 전면으로 광을 출사하는 조명 장치를 제공한다.
본 개시는 디스플레이 패널 전면으로 광을 출사하는 조명 장치를 포함하는 전자 장치를 제공한다.
일 실시예는,
영상이 표시되는 제1 면, 상기 제1 면과 마주하는 제2 면, 상기 제1 면과 상기 제2 면 사이에 마련되는 복수 개의 디스플레이 화소를 포함하며, 상기 제2 면 쪽에서 입사된 광을 상기 제1 면을 통해 투과시키는 투과창을 포함하는 디스플레이 패널, 상기 디스플레이 패널의 상기 제2 면 쪽에 배치되어 피사체에 조사될 광을 상기 제2 면을 향해 방출하는 광원, 상기 광원과 상기 디스플레이 패널 사이에 배치되어, 상기 광원으로부터 방출되는 광을 상기 투과창으로 전달하는 광 전달부 및 상기 투과창을 통해 투과된 광이 상기 피사체의 전면에 조사되도록 확산시키는 디퓨저를 포함하는 조명 장치를 제공한다.
상기 디스플레이 패널은 상기 디스플레이 화소가 없는 비화소 영역을 포함할 수 있다.
상기 투과창은 상기 비화소 영역에 마련될 수 있다.
상기 비화소 영역은 두 개 이상이며, 상기 복수 개의 디스플레이 화소와 상기 비화소 영역은 교번 배열될 수 있다.
상기 광원은 복수 개의 발광 요소를 포함하며, 상기 복수 개의 발광 요소는 상기 비화소 영역에 일대일 대응되는 위치에 마련될 수 있다.
상기 광원은 복수 개의 발광 요소를 포함하며, 상기 투과창의 크기는 상기 복수 개의 발광 요소 중 적어도 하나에 대응하는 크기일 수 있다.
상기 투과창의 크기는 복수 개의 디스플레이 화소에 대응하는 크기일 수 있다.
상기 광 전달부는 상기 광원으로부터 방출되는 광을 상기 투과창의 직경에 비하여 작거나 같은 빔 폭을 가지는 평행광이 되도록 하는 콜리메이팅 부재를 포함할 수 있다.
상기 콜리메이팅 부재는 복수 개의 마이크로 렌즈를 포함할 수 있다.
상기 광원은 복수 개의 발광 요소를 포함하며, 상기 복수 개의 발광 요소는 상기 복수 개의 마이크로 렌즈와 일대일 대응되는 위치에 마련될 수 있다.
상기 콜리메이팅 부재는 복수 개의 메타 렌즈를 포함할 수 있다.
상기 광원은 복수 개의 발광 요소를 포함하며, 상기 복수 개의 메타 렌즈는 상기 복수 개의 발광 요소와 일대일 대응되는 위치에 마련되고, 상기 복수 개의 메타렌즈 각각은 상기 광원으로부터 방출되는 광의 파장보다 작은 형상 치수를 가지는 복수 개의 나노 구조물을 포함할 수 있다.
상기 복수 개의 메타렌즈 각각은, 복수 개의 제1 나노 구조물을 포함하는 제1 나노층, 상기 제1 나노층 상에 마련된 중간층 및 상기 중간층 상에 마련되며, 복수 개의 제2 나노 구조물을 포함하는 제2 나노층을 포함하며, 상기 복수 개의 제1 나노 구조물과 상기 복수 개의 제2 나노 구조물의 형상 분포는 서로 다를 수 있다.
상기 콜리메이팅 부재는 상기 광원과 일체형 일 수 있다.
상기 디퓨저는 복수 개의 메타 렌즈를 포함할 수 있다.
상기 복수 개의 메타 렌즈 각각은 상기 광원으로부터 방출되는 광의 파장보다 작은 형상 치수를 가지는 복수 개의 나노 구조물을 포함할 수 있다.
상기 디퓨저는 복수 개의 마이크로 렌즈를 포함할 수 있다.
상기 투과창은 두 개 이상이며, 상기 복수 개의 마이크로 렌즈 사이의 간격은 상기 투과창들 사이의 간격에 비하여 작거나 같을 수 있다.
상기 광원은 수직 공진형 표면 발광 레이저 (Vertical Cavity Surface Emitting Laser; VCSEL)일 수 있다.
다른 일 실시예는,
상기 조명 장치, 상기 피사체로부터 반사된 광을 수광하는 센서, 및 상기 센서에서 수광한 광으로부터 상기 피사체에 대한 정보 획득을 위한 연산을 수행하는 프로세서를 포함하는 전자 장치를 제공한다.
상술한 조명 장치는 디스플레이 패널의 배면에 배치된 광원으로부터의 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 일 실시예에 따른 조명 장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1의 조명 장치에 채용되는 디스플레이 패널의 디스플레이 화소 배치를 예시적으로 보이는 평면도이다.
도 3은 도 1의 A영역의 확대도이다.
도 4는 다른 실시예에 따른 메타 렌즈를 간략하게 도시한 것이다.
도 5는 도 3에 적용될 수 있는 메타 렌즈의 예시적인 구성의 측단면도이다.
도 6은 도 4의 메타 렌즈의 평면도이다.
도 7은 도 1의 B영역의 확대도이다.
도 8은 또 다른 실시예에 따른 조명 장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 9는 또 다른 실시예에 따른 조명 장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 10은 또 다른 실시예에 따른 조명 장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 11은 또 다른 실시예에 따른 조명 장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 12는 또 다른 실시예에 따른 조명 장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 13은 도 12의 조명 장치에 채용되는 디스플레이 패널의 디스플레이 화소 배치를 예시적으로 보이는 평면도이다.
도 14는 또 다른 실시예에 따른 조명 장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 15는 실시예에 따른 전자 장치의 개략적인 구성을 보이는 블록도이다.
도 16은 도 15의 전자 장치의 외형을 예시적으로 보이는 사시도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 다양한 실시예에 따른 조명 장치 및 이를 포함하는 전자 장치에 대해 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 각 구성요소의 크기나 두께는 설명의 명료성을 위하여 과장되어 있을 수 있다.
제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성 요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 조명 장치 및 이를 포함하는 전자 장치은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 일 실시예에 따른 조명 장치(1000)를 개략적으로 도시한 단면도이다. 도 2는 도 1의 조명 장치(1000)에 채용되는 디스플레이 패널(300)의 디스플레이 화소(310) 배치를 예시적으로 보이는 평면도이다. 도 3은 도 1의 A영역의 확대도이다. 도 4는 도 3에 적용될 수 있는 메타 렌즈(510')의 예시적인 구성의 측단면도이다. 도 5는 도 3에 적용될 수 있는 메타 렌즈(510'')의 예시적인 구성의 측단면도이다. 도 6은 도 4의 메타 렌즈(510'')의 평면도이다. 도 7은 도 1의 B영역의 확대도이다.
도 1을 참조하면, 조명 장치(1000)는 영상이 표시되는 제1 면(300a), 제1 면(300a)과 마주하는 제2 면(300b), 제1 면(300a)과 제2 면(300b) 사이에 마련되는 복수 개의 디스플레이 화소(310)를 포함하며, 제2 면(300b) 쪽에서 입사된 광(L)을 제1 면(300a)을 통해 투과시키는 투과창을 포함하는 디스플레이 패널(300), 디스플레이 패널(300)의 제2 면(300b) 쪽에 배치되어 피사체에 조사될 광을 제2 면(300b)을 향해 방출하는 광원(100), 광원(100)과 디스플레이 패널(300) 사이에 배치되어, 광원(100)으로부터 방출되는 광(L)을 디스플레이 패널(300)의 투과창으로 전달하는 광 전달부(200) 및 디스플레이 패널(300)의 투과창을 통해 투과된 광(L)이 피사체의 전면에 조사되도록 확산시키는 디퓨저(400)를 포함할 수 있다.
광원(100)은 복수 개의 발광 요소(110)들의 어레이일 수 있다. 발광 요소(110)는 LED 혹은 레이저 광을 방출하는 레이저 다이오드일 수 있다. 발광 요소(110)는 수직 공진형 표면 발광 레이저(Vertical Cavity Surface Emitting Laser; VCSEL)일 수 있다. 또한, 발광 요소(110)는 분포 궤환형 레이저(Distributed feedback laser; DFB)일 수 있다. 발광 요소(110)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(110)는 대략 850 nm 또는 940nm의 레이저 광을 출사할 수 있고, 또는, 근적외선 혹은 가시광 파장대역의 광을 출사할 수 있다. 발광 요소(110)에서 출사하는 광의 파장은 특별히 한정되지 않으며, 원하는 파장 대역의 광을 출사하는 발광 요소(110)가 사용될 수 있다.
디스플레이 패널(300)은 영상이 표시되는 제1 면(300a), 제1 면(300a)과 마주하는 제2면(300b)을 포함하며, 제1면(300a)과 제2면(300b) 사이에 복수의 디스플레이 화소(310)가 배치될 수 있다. 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) 앞면으로 출사되지 못한다. 비화소 영역(320)은 디스플레이 화소(310)가 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 광(L)은 디스플레이 패널(300)의 표시면을 통해 출사될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 디스플레이 패널(300)은 두 개 이상의 비화소 영역(320)을 포함할 수 있다. 복수 개의 디스플레이 화소(310)와 비화소 영역(320)은 교번 배열될 수 있다. 도 2에서 디스플레이 화소(310)와 비화소 영역(320)의 크기는 동일하게 도시되고 있으나 이는 예시적인 것이다. 비화소 영역(320)의 크기는 디스플레이 화소(310)보다 크거나 작을 수 있다. 나아가, 복수 개의 발광 요소(110) 각각은 비화소 영역(320)과 일대일 대응되는 위치에 마련될 수 있다. 이 경우, 투과창의 크기는 하나의 발광 요소(110)에 대응하는 크기일 수 있다. 이에 따라, 복수 개의 발광 요소(110) 각각에서 방출되는 광(L)은 보다 효율적으로 비화소 영역(320)으로 진행할 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 예를 들어, 비화소 영역(320)은 두 개 이상의 발광 요소(110)와 대응될 수 있다. 이 경우, 투과창의 크기는 두 개 이상의 발광 요소(110)에 대응하는 크기일 수 있다.
위와 같이, 실시예의 조명 장치(1000)는 통상의 디스플레이 패널의 디스플레이 화소(310)의 일부를 비화소 영역(320)으로 교체한 디스플레이 패널(300)을 사용하여 디스플레이 패널(300)의 배면에 배치된 광원(100)으로부터의 광(L)으로 디스플레이 패널(300)의 표시면의 전방을 조명할 수 있다.
광 전달부(200)는 광원(100) 및 디스플레이 패널(300) 사이에 마련되어, 광원(100)으로부터의 광(L)이 디스플레이 패널(300)의 투과창을 지나도록 하는 가이드 역할을 할 수 있다. 예를 들어, 광 전달부(200)는 광원(100)으로부터의 광(L)을 평행광이 되도록 하여 디스플레이 패널(300)로 진행하게 할 수 있다. 광 전달부(200)는 광원(100)으로부터의 광(L)을 평행광이 되도록 하는 콜리메이팅 부재(500)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 콜리메이팅 부재(500)는 광원(100)으로부터의 광(L)을 투과창의 직경에 비하여 작거나 같은 빔 폭을 가지는 평행광이 되도록 할 수 있다. 나아가, 광 전달부(200)는 기판(220)을 포함할 수 있다. 기판(220)은 예를 들어, 글래스를 포함할 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 기판(220)은 글래스 이외의 광을 투과시킬 수 있는 물질을 포함할 수 있다. 콜리메이팅 부재(500)는 기판(220)의 배면에 마련될 수 있다. 콜리메이팅 부재(500)의 구체적인 구조에 대해서는 도 3을 참조하여 후술한다.
도 3을 참조하면, 콜리메이팅 부재(500)는 예를 들어, 복수 개의 메타 렌즈(510)를 포함할 수 있다. 복수 개의 메타 렌즈(510)는 복수 개의 발광 요소(110)와 일대일 대응되는 위치에 마련될 수 있다. 복수 개의 메타 렌즈(510) 각각은 복수 개의 발광 요소(110) 각각으로부터의 광(L)을 평행광으로 만들 수 있다. 메타 렌즈(510)에 의해 형성된 평행광은 기판(220)을 투과할 수 있다.
복수 개의 메타 렌즈(510) 각각은 복수 개의 나노 구조물(NS)을 포함할 수 있다. 나노 구조물(NS)의 형상을 정의하는 치수인 두께(t)나 폭(D)은 광원(100)으로부터의 광(L)의 파장보다 작을 수 있다. 복수 개의 나노 구조물(NS) 각각은 원기둥, 타원기둥, 다각기둥, 그 외의 다양한 형상을 가질 수 있다. 나노 구조물(NS)은 주변 물질(예를 들어, 공기)이나, 기판(220)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(220)은 복수 개의 나노 구조물(NS)을 지지하며, 나노 구조물(NS) 보다 낮은 굴절률의 재질로 이루어질 수 있다. 기판(220)과 나노 구조물(NS)의 굴절률 차는 약 0.5 이상일 수 있다. 기판(220)은 예를 들어, SiO2, TCO(transparent conductive oxide), 또는 PC, PS, PMMA와 같은 폴리머로 이루어질 수 있으며, 다만, 이에 한정되는 것은 아니다.
나노 구조물(NS)은 그 형상, 배열 형태 등에 따라 입사되는 광의 진행 방향을 변경시킬 수 있다. 나아가, 메타 렌즈(510)가 광원(100)으로부터의 광(L)을 평행광으로 만드는 콜리메이팅 렌즈로 작용하도록 나노 구조물(NS)의 형상 분포가 정해질 수 있다. 여기서, '형상 분포'는 나노 구조물(NS)의 형상, 크기, 복수 개의 나노 구조물(NS)의 배열 피치의 분포 중 적어도 어느 하나를 의미한다. 나노 구조물(NS)의 두께, 폭, 배치 간격 중 적어도 어느 하나는 광원(100)에서의 파장의 반 이하일 수 있다. 도 3에, 나노 구조물(NS)은 일정한 크기를 가지며, 일정한 간격을 갖는 것으로 도시되어 있으나, 이는 예시적이며, 이에 한정되지 않는다. 메타 렌즈(510)에 적용될 수 있는 예시적인 나노 구조물(NS)에 대해서는 도 4 내지 도 6을 참조하여 후술한다.
도 4를 참조하면, 메타 렌즈(510')는 복수 개의 제1 나노 구조물(NS1)을 포함하는 제1 나노층(10), 제1 나노층(10) 상에 마련된 중간층(11) 및 중간층(11) 상에 마련되며, 복수 개의 제2 나노 구조물(NS2)을 포함하는 제2 나노층(12)을 포함할 수도 있다. 복수 개의 제1 나노 구조물(NS1)들 사이에는 복수 개의 제1 나노 구조물(NS1)의 굴절률보다 낮은 굴절률을 가지는 물질이 마련될 수 있다. 이와 마찬가지로, 복수 개의 제2 나노 구조물(NS2)들 사이에는 복수 개의 제2 나노 구조물(NS2)의 굴절률보다 낮은 굴절률을 가지는 물질이 마련될 수 있다. 제1 나노 구조물(NS1) 및 제2 나노 구조물(NS2)은 입사되는 광의 파장보다 작은, 서브 파장의 형상 치수를 가질 수 있다. 제1 나노 구조물(NS1) 및 제2 나노 구조물(NS2)은 그 형상, 배열 형태 등에 따라 입사되는 광의 진행 방향을 변경시킬 수 있다. 나아가, 메타 렌즈(218)가 입사되는 광을 평행광으로 만드는 콜리메이팅 렌즈로 작용하도록 제1 나노 구조물(NS1) 및 제2 나노 구조물(NS2)의 형상 분포가 정해질 수 있다.
나아가, 복수 개의 제1 나노 구조물(NS1)과 복수 개의 제2 나노 구조물(NS2)의 형상 분포는 서로 다를 수 있다. 이와 같이, 형상 분포가 서로 다른 복수 개의 나노 구조물을 포함하는 제1 나노층(10) 및 제2 나노층(12)을 포함함으로써, 메타 렌즈(510')는 정교하게 광을 콜리메이팅할 수 있다. 중간층(11)은 제1 나노 구조물(NS1) 및 제2 나노 구조물(NS2)의 굴절률보다 낮은 굴절률을 갖는 물질을 포함할 수 있다.
도 5를 참조하면, 메타 렌즈(510'')는 기판(13) 및 기판(13) 상에 마련된 복수 개의 나노 구조물(NS3)을 포함할 수 있다. 기판(13)은 도 3의 기판(220)에 대응될 수 있다. 복수 개의 나노 구조물(NS3) 각각의 폭(W)은 기판(13) 상의 일 지점으로부터 거리가 멀어짐에 따라 작아질 수 있다. 도 5에는 복수 개의 나노 구조물(NS3) 각각의 높이(H)가 동일한 것으로 도시되었으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 복수 개의 나노 구조물(NS3) 각각의 높이(H)는 서로 다를 수 있다. 복수 개의 나노 구조물(NS3) 각각의 중심 사이의 거리(P)는 일정할 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 복수 개의 나노 구조물(NS3) 각각의 중심 사이의 거리(P)는 기판(13) 상의 일 지점으로부터 거리가 멀어짐에 따라 변할 수 있다. 도 6을 참조하여, 메타 렌즈(510'')를 위에서 본 모습을 후술한다.
도 6을 참조하면, 메타 렌즈(510'')는 메타 렌즈(510'') 상의 일 지점으로부터 거리가 멀어짐에 따라 나노 구조물(NS3) 단면의 직경이 점차 작아지는 복수의 환형 영역을 포함할 수 있다. 예를 들어, 메타 렌즈(510'')는 중심에서부터 멀어짐에 따라, 제1 환형 영역 및 제2 환형 영역을 포함할 수 있다.
나노 구조물(NS3)의 기판(13) 상의 위치에 따라, 메타 렌즈(510'')에서 송출되는 광의 위상은 변할 수 있다. 예를 들어, 메타 렌즈(510'')에서 송출되는 광의 위상은 제1 환형 영역 중심부에서 주변부로 갈수록 완만하게 감소할 수 있다. 또한, 메타 렌즈(510'')에서 송출되는 광의 위상은 제1 환형 영역과 제2 환형 영역 사이에서 급격히 증가할 수 있다. 나아가, 메타 렌즈(510'')에서 송출되는 광의 위상은 제2 환형 영역에서 제3 환형 영역으로 가까워질수록 감소하다가 제2 환형 영역과 제3 환형 영역 사이에서 급격히 증가할 수 있다.
메타 렌즈(510'')의 콜리메이팅되는 광의 모양, 각도 및 색분산 등의 광 특성은, 나노 구조물(NS3)의 직경, 단면의 형태, 재질, 나노 구조물(NS3) 간의 거리, 및 환형 영역의 형태 등에 따라 달라질 수 있다.
디퓨저(400)는 디스플레이 패널(300) 상에 마련되어, 비화소 영역(320)을 통과한 광을 확산시킬 수 있다. 디퓨저(400)는 비화소 영역(320)을 통과한 광을 확산시키는 광 확산 부재(600)를 포함할 수 있다. 광 확산 부재(600)는 비화소 영역(320)을 통과한 광을 확산시켜 피사체 전면에 광도가 균일하도록 조명할 수 있다. 또한, 예를 들어, 디퓨저(400)를 통과한 광의 시야각(field of view)은 60도 내지 80도일 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 디퓨저(400)를 통과한 광의 시야각은 60도보다 작거나 80도보다 클 수 있다. 나아가, 디퓨저(400)는 기판(420)을 포함할 수 있다. 기판(420)은 예를 들어, 글래스를 포함할 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 기판(420)은 글래스 이외의 광을 투과시킬 수 있는 물질을 포함할 수 있다. 광 확산 부재(600)는 기판(420)의 배면에 마련될 수 있다. 광 확산 부재(600)의 구체적인 구조에 대해서는 도 5를 참조하여 후술한다.
도 7을 참조하면, 광 확산 부재(600)는 예를 들어, 복수 개의 메타 렌즈(610)를 포함할 수 있다. 복수 개의 메타 렌즈(610)는 투과창과 일대일 대응되는 위치에 마련될 수 있다. 이에 따라, 투과창을 투과한 평행광이 복수 개의 메타 렌즈(610)에 입사될 수 있다.
메타 렌즈(610)는 입사되는 광의 파장보다 작은 형상 치수를 가지는 복수 개의 나노 구조물(NS)을 포함할 수 있다. 복수 개의 나노 구조물(NS)은 그 형상, 배열 형태 등에 따라 입사되는 광의 진행 방향을 변경시킬 수 있다. 나아가, 메타 렌즈(610)가 투과창을 투과한 광을 확산시키는 광 확산 소자로 작용하도록 나노 구조물(NS)의 형상 분포가 정해질 수 있다. 메타 렌즈(610)에 의해 확산된 광은 기판(420)을 투과할 수 있다. 나노 구조물(NS) 및 기판(420)이 포함하고 있는 물질의 종류 및 성질은 도 3을 참조하여 설명한 바와 같다.
도 8은 또 다른 실시예에 따른 조명 장치(1001)를 개략적으로 도시한 단면도이다. 도 8을 설명함에 있어, 도 1 내지 도 8과 중복되는 내용은 생략한다.
도 8을 참조하면, 기판(121) 및 기판(121) 상에 마련된 복수 개의 발광 요소(111)를 포함하는 광원(101)으로부터의 광이 광 전달부(201)로 진행할 수 있다. 광 전달부(201)는 기판(221) 및 기판(221)의 배면에 마련된 콜리메이팅 부재(501)를 포함할 수 있다. 콜리메이팅 부재(501)는 예를 들어, 복수 개의 메타 렌즈(511)를 포함할 수 있다. 광 전달부(201)를 통과한 광은 디스플레이 패널(301)로 진행할 수 있다.
디스플레이 패널(301)은 복수 개의 비화소 영역(321) 및 디스플레이 화소(311)를 포함할 수 있다. 비화소 영역(321) 즉, 투과창을 통해 광이 투과될 수 있다. 투과창을 통해 통과한 광이 평행광이 될 수 있다는 것은 전술한 바와 같다. 디스플레이 패널(301) 상부에는 디퓨저(401)가 마련될 수 있다. 디퓨저(401)는 기판(421) 및 기판(421)의 배면에 마련되어 투과창으로부터의 광을 확산시키는 비화소 영역(321)을 통과한 광을 확산시키는 광 확산 부재(601)를 포함할 수 있다. 광 확산 부재(601)는 복수 개의 마이크로 렌즈(611)를 포함할 수 있다. 복수 개의 마이크로 렌즈(611)는 투과창과 일대일 대응되는 위치에 마련될 수 있다. 이에 따라, 투과창을 투과한 평행광이 복수 개의 마이크로 렌즈(611)에 입사될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니고, 복수 개의 마이크로 렌즈(611) 사이의 간격은 투과창들 사이의 간격에 비하여 작거나 같을 수 있다. 이 경우, 복수 개의 마이크로 렌즈(611)들이 투과창들보다 더욱 촘촘히 배치됨으로써, 투과창으로부터의 평행광의 확산이 효율적으로 일어날 수 있다.
도 9는 또 다른 실시예에 따른 조명 장치(1002)를 개략적으로 도시한 단면도이다. 도 9를 설명함에 있어, 도 1 내지 도 7과 중복되는 내용은 생략한다.
도 9를 참조하면, 기판(122) 및 기판(122) 상에 마련된 복수 개의 발광 요소(112)를 포함하는 광원(102)으로부터의 광이 광 전달부(202)로 진행할 수 있다. 광 전달부(202)는 기판(222) 및 기판(222)의 배면에 마련된 콜리메이팅 부재(502)를 포함할 수 있다. 콜리메이팅 부재(502)는 예를 들어, 복수 개의 메타 렌즈(512)를 포함할 수 있다. 광 전달부(202)를 통과한 광은 디스플레이 패널(302)로 진행할 수 있다.
디스플레이 패널(302)은 복수 개의 비화소 영역(322) 및 디스플레이 화소(312)를 포함할 수 있다. 비화소 영역(322) 즉, 투과창을 통해 광이 투과될 수 있다. 투과창을 통해 통과한 광이 평행광이 될 수 있다는 것은 전술한 바와 같다. 디스플레이 패널(302) 상부에는 디퓨저(402)가 마련될 수 있다. 디퓨저(402)는 기판(422) 및 기판(422)의 배면에 마련되어 투과창으로부터의 광을 확산시키는 광 확산 부재(602)를 포함할 수 있다. 광 확산 부재(602)는 복수 개의 랜덤 구조 광학 소자(612)를 포함할 수 있다. 복수 개의 랜덤 구조 광학 소자(612)는 불규칙한 결정 구조를 가짐으로써, 입사된 광을 확산시키는 부재를 의미한다. 예를 들어, 랜덤 구조 광학 소자(612)는 간유리(opaque glass)를 포함할 수 있다. 복수 개의 랜덤 구조 광학 소자(612)는 투과창과 일대일 대응되는 위치에 마련될 수 있다. 이에 따라, 투과창을 투과한 평행광이 복수 개의 랜덤 구조 광학 소자(612)에 입사될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니고, 복수 개의 랜덤 구조 광학 소자(612) 사이의 간격은 투과창들 사이의 간격에 비하여 작거나 같을 수 있다. 이 경우, 복수 개의 랜덤 구조 광학 소자(612)들이 투과창들보다 더욱 촘촘히 배치됨으로써, 투과창으로부터의 평행광의 확산이 효율적으로 일어날 수 있다. 또한, 예를 들어, 랜덤 구조 광학 소자(612)는 기판(422)의 배면 전체 영역과 대응되는 크기를 가지는 하나의 구조물일 수 있다.
도 10은 또 다른 실시예에 따른 조명 장치(1003)를 개략적으로 도시한 단면도이다. 도 10을 설명함에 있어, 도 1 내지 도 7과 중복되는 내용은 생략한다.
도 10을 참조하면, 광원(103)은 기판(123) 및 기판(123) 상에 마련된 복수 개의 발광 요소(113)를 포함할 수 있다. 광 전달부(203)는 복수 개의 발광 요소(113)로부터의 광의 진행 경로 상에 놓일 수 있다. 광 전달부(203)는 기판(223) 및 기판(223)의 배면에 마련되는 콜리메이팅 부재(503)를 포함할 수 있다. 콜리메이팅 부재(503)는, 예를 들어, 복수 개의 마이크로 렌즈(513)를 포함할 수 있다. 복수 개의 마이크로 렌즈(513)는 복수 개의 발광 요소(113)와 일대일 대응되는 위치에 마련될 수 있다. 복수 개의 마이크로 렌즈(513) 각각은 복수 개의 발광 요소(113) 각각으로부터의 광을 평행광으로 만들 수 있다. 마이크로 렌즈(513)에 의해 형성된 평행광은 기판(223)을 투과할 수 있다.
한편, 디스플레이 패널(303)을 투과한 광이 디퓨저(403)를 향해 진행할 수 있다. 디퓨저(403)는 기판(423) 및 기판(423)의 배면에 마련된 광 확산 부재(603)를 포함할 수 있다. 도 10에는 광 확산 부재(603)가 복수 개의 메타 렌즈(613)를 포함하고 있는 것이 도시되었으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 광 확산 부재(603)는 도 8의 복수 개의 마이크로 렌즈(611)일 수 있다. 또는 광 확산 부재(603)는 도 9의 복수 개의 랜덤 구조 광학 소자(612)일 수 있다.
도 11은 또 다른 실시예에 따른 조명 장치(1004)를 개략적으로 도시한 단면도이다. 도 11을 설명함에 있어, 도 1 내지 도 7과 중복되는 내용은 생략한다.
도 11을 참조하면, 콜리메이팅 부재(504)는 광원(104)과 일체형일 수 있다. 예를 들어, 기판(124) 상에 마련된 복수 개의 발광 요소(114) 각각의 상면에는 기판(224)이 마련될 수 있다. 기판(224) 상에는 콜리메이팅 부재(504)가 마련될 수 있다. 도 11에는 콜리메이팅 부재(504)로서, 복수 개의 메타 렌즈(514)가 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 콜리메이팅 부재(504)는 도 10의 복수 개의 마이크로 렌즈(513)를 포함할 수 있다. 이와 같이, 기판(124) 및 복수 개의 발광 요소(114)를 포함하는 광원(104)과 기판(224) 및 콜리메이팅 부재(504)를 포함하는 광 전달부(204)는 일체형일 수 있다.
한편, 디스플레이 패널(304)을 투과한 광이 디퓨저(404)를 향해 진행할 수 있다. 디퓨저(404)는 기판(424) 및 기판(424)의 배면에 마련된 광 확산 부재(604)를 포함할 수 있다. 도 8에는 광 확산 부재(604)가 복수 개의 메타 렌즈(614)를 포함하고 있는 것이 도시되었으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 광 확산 부재(604)는 도 6의 복수 개의 마이크로 렌즈(611)일 수 있다. 또는 광 확산 부재(604)는 도 7의 복수 개의 랜덤 구조 광확 소자(612)일 수 있다.
도 12은 또 다른 실시예에 따른 조명 장치(1005)를 개략적으로 도시한 단면도이다. 도 13은 도 12의 조명 장치(1005)에 채용되는 디스플레이 패널의 디스플레이 화소 배치를 예시적으로 보이는 평면도이다. 도 12를 설명함에 있어, 도 1 내지 도 7과 중복되는 내용은 생략한다.
도 12를 참조하면, 비화소 영역(325)은 한 개일 수 있다. 또한, 광원(105)은 하나의 발광 요소(115)를 포함할 수 있다. 발광 요소(115)는 비화소 영역(325)과 일대일 대응되는 위치에 마련될 수 있다. 또한, 광 전달부(205)는 기판(225)의 배면에 마련된 한 개의 콜리메이팅 부재(505)를 포함할 수 있다. 콜리메이팅 부재(505)는 예를 들어, 발광 요소(115)와 일대일 대응 되는 위치에 마련된 메타 렌즈(515)를 포함할 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니고, 콜리메이팅 부재(505)는 마이크로 렌즈를 포함할 수 있다. 나아가, 디퓨저(405)는 기판(425)의 배면에 마련된 한 개의 광 확산 부재(605)를 포함할 수 있다. 광 확산 부재(605)는 예를 들어, 비화소 영역(325)과 일대일 대응 되는 위치에 마련된 메타 렌즈(615)를 포함할 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니고, 광 확산 부재(605)는 마이크로 렌즈 또는 랜덤 구조 광학 소자를 포함할 수 있다. 이에 따라, 발광 요소(115), 메타 렌즈(515), 광 확산 부재(605) 및 비화소 영역(325)은 일직선 상에 마련될 수 있다.
한편, 도 12에는 발광 요소(115)가 메타 렌즈(515)와 이격된 구성이 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 도 11를 참조하여 설명한 바와 같이, 기판(125) 및 발광 요소(115)를 포함하는 광원(105)과 기판(225) 및 콜리메이팅 부재(505)를 포함하는 광 전달부(205)는 일체형일 수 있다.
도 12에는 발광 요소(115) 및 비화소 영역(325)이 디스플레이 패널(305)의 가장자리에 대응하는 위치에 마련된 것으로 도시되었으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 발광 요소(115) 및 비화소 영역(325)은 디스플레이 패널(305)의 가운데 영역에 대응되는 위치에 마련될 수 있다.
도 13을 참조하면, 디스플레이 패널(305)은 한 개의 비화소 영역(325)을 포함할 수 있다. 표시면의 비화소 영역(325) 이외의 영역에는 디스플레이 화소(315)가 분포할 수 있다. 전술한 바와 같이 디스플레이 화소(315)는 디스플레이 패널(305)의 배면으로부터의 광을 투과시키지 못하므로, 발광 요소(115)를 디스플레이 화소(315)와 대응되는 위치에 마련하는 것은 조명 장치(1005)의 효율을 저하시킬 수 있다. 이처럼, 한 개의 발광 요소(115) 및 한 개의 비화소 영역(325)을 이용함으로써, 디스플레이 패널(305)의 표시면 중 일부 영역만을 조명 영역으로 활용할 수 있다.
도 14는 또 다른 실시예에 따른 조명 장치(1006)를 개략적으로 도시한 단면도이다. 도 14를 설명함에 있어, 도 1 내지 도 7과 중복되는 내용은 생략한다.
도 14를 참조하면, 디스플레이 패널(306)은 복수 개의 디스플레이 화소(316) 및 복수 개의 비화소 영역(326)을 포함할 수 있다. 전술한 바와 같이, 비화소 영역(326)은 디스플레이 화소(316)가 없는 영역이다. 이 경우, 하나의 비화소 영역(326)은 복수 개의 디스플레이 화소(316)가 없는 영역일 수 있다. 즉, 복수 개의 이웃한 디스플레이 화소(316)가 없는 영역이 한 개의 비화소 영역(326)일 수 있다. 이에 따라, 비화소 영역(326), 즉 투과창의 크기는 복수 개의 디스플레이 화소(315)에 대응하는 크기일 수 있다. 또한, 복수 개의 발광 요소(116)로부터 방출되어, 메타 렌즈(516) 및 기판(226)을 포함하는 광 전달부(206)를 통과한 광은 하나의 투과창을 투과할 수 있다. 즉, 투과창의 크기는 복수 개의 발광 요소 중 적어도 하나에 대응하는 크기일 수 있다.
한편, 도 14에는 콜리메이팅 부재(506)로서, 복수 개의 메타 렌즈(516)가 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 콜리메이팅 부재(506)는 도 10의 복수 개의 마이크로 렌즈(513)를 포함할 수 있다.
또한, 디스플레이 패널(306)을 투과한 광이 디퓨저(406)를 향해 진행할 수 있다. 디퓨저(406)는 기판(426) 및 기판(426)의 배면에 마련된 광 확산 부재(606)를 포함할 수 있다. 도 14에는 광 확산 부재(606)가 복수 개의 메타 렌즈(616)를 포함하고 있는 것이 도시되었으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 광 확산 부재(606)는 도 8의 복수 개의 마이크로 렌즈(611)일 수 있다. 또는 광 확산 부재(606)는 도 9의 복수 개의 랜덤 구조 광확 소자(612)일 수 있다.
나아가, 도 14에는 발광 요소(116)가 메타 렌즈(516)와 이격된 구성이 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 도 11를 참조하여 설명한 바와 같이, 기판(126) 및 복수 개의 발광 요소(116)를 포함하는 광원(106)과 기판(226) 및 콜리메이팅 부재(506)를 포함하는 광 전달부(206)는 일체형일 수 있다.
도 15는 실시예에 따른 전자 장치의 개략적인 구성을 보이는 블록도이다.
도 15를 참조하면, 전자 장치(2000)는 피사체(OBJ)를 향해 플러드 광을 조명하는 조명 장치(2100), 피사체(OBJ)로부터 반사된 광을 수광하는 센서(2300) 및 센서(2300)에서 수광한 광으로부터 피사체(OBJ)에 대한 정보 획득을 위한 연산을 수행하는 프로세서(2200)를 포함할 수 있다. 전자 장치(3000)는 또한, 프로세서(3200)의 실행을 위한 코드나 데이터가 저장되는 메모리(3400)를 포함할 수 있다.
조명 장치(2100)는 광원, 광전달부, 디스플레이 패널 및 디퓨저를 포함하며, 광원으로부터의 광의 분포를 바꾸어 디스플레이 패널의 투과창을 통해 피사체를 조명하는 것으로, 전술한 실시예들 중 어느 하나의 조명 장치(1000, 1001, 1002, 1003, 1004, 1005, 1006), 이들이 조합, 변형된 형태가 채용될 수 있다.
조명 장치(2100)와 피사체(OBJ) 사이에는 조명 장치(2100)로부터의 광(LFL)이 피사체(OBJ)를 향하도록 방향을 조절하거나, 또는 추가적인 변조를 위한 광학 소자들이 더 배치될 수도 있다.
조명 장치(2100)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(2100)의 광 전달부 또는 디퓨저의 세부 구성, 즉, 광 전달부 또는 디퓨저에 구비되는 나노 구조물들의 형상 분포가 정해질 수 있다. 피사체(OBJ)는 전자 장치(2000) 사용자의 안면일 수 있다. 피사체(OBJ)의 위치는 조명 장치(2100)로부터 약 30㎝ 내지 1m 일 수 있으며, 다만, 이에 한정되는 것은 아니다.
센서(2300)는 피사체(OBJ)에 의해 반사된 광(Lr)을 센싱한다. 센서(3300)는 광 검출 요소들의 어레이를 포함할 수 있다. 센서(2300)는 피사체(OBJ)로부터 반사된 광을 파장별로 분석하기 위한 분광 소자를 더 포함할 수도 있다.
프로세서(2200)는 센서(2300)에서 수광한 광으로부터 피사체(OBJ)에 대한 정보 획득을 위한 연산을 수행할 수 있다. 또한, 프로세서(2200)는 전자 장치(3000) 전체의 처리 및 제어를 총괄할 수 있다. 프로세서(2200)는 피사체(OBJ)에 대한 정보 획득, 예를 들어, 2차원 또는 3차원 영상 정보를 획득 및 처리할 수 있다. 프로세서(2200)는 그 외, 조명 장치(2100)에 구비된 광원 구동이나 센서(2300)의 동작 등을 전반적으로 제어할 수 있다. 프로세서(2200)는 또한, 피사체(OBJ)로부터 획득한 정보에 근거하여 사용자 인증 등의 여부를 판단할 수 있고, 기타, 다른 어플리케이션을 실행할 수도 있다.
메모리(2400)에는 프로세서(2200)에서의 실행을 위한 코드가 저장될 수 있다. 메모리(2400)에는 이외에도, 전자 장치(2000)가 실행하는 다양한 실행 모듈들, 이를 위한 데이터들이 저장될 수 있다. 예를 들어, 프로세서(2200)가 피사체(OBJ)의 정보 획득을 위한 연산에 사용되는 프로그램 코드가 저장될 수 있고, 피사체(OBJ)의 정보를 활용하여 실행할 수 있는 어플리케이션 모듈 등의 코드가 저장될 수 있다. 또한, 전자 장치(2000)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(2200)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(2400)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 등이 될 수 있다.
전자 장치(2000)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(2000)는 무인자동차, 자율주행차, 로봇, 드론 등과 같은 자율 구동 기기, 또는 사물 인터넷 기기일 수 있다.
도 16은 도 15의 전자 장치(2000)의 외형을 예시적으로 보이는 사시도이다.
도 16을 참조하면, 전자 장치(2000)는 도시된 바와 같이, 풀 스크린 디스플레이(full screen display) 타입의 디스플레이를 채용할 수 있다. 즉, 표시면(2100a)이 기기의 앞 면부의 거의 전 영역을 차지하는 베젤리스(bezel-less) 타입일 수 있다. 또한, 표시면(2100a)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 일 영역에 형성된 투과창을 통해 디스플레이 앞면을 조명할 수 있다. 따라서, 도시된 외형의 베젤리스(bezel-less), 노치프리(notch-free) 디스플레이를 전자 장치(2000)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.
1000, 1001, 1002, 1003, 1004, 1005, 1006, 2100: 조명 장치
100, 101, 102, 103, 104, 105, 106: 광원
110, 111, 112, 113, 114, 115, 116: 발광 요소
200, 201, 202, 203, 204, 205, 206: 광 전달부
300, 301, 302, 303, 304, 305, 306: 디스플레이 패널
310, 311, 312, 313, 314, 315, 316: 디스플레이 화소
320, 321, 322, 323, 324, 325, 326: 비화소 영역 (투과창)
400, 401, 402, 403, 404, 405, 406: 디퓨저
500, 501, 502, 503, 504, 505, 506: 콜리메이팅 부재
600, 601, 602, 603, 604, 605, 606: 광 확산 부재
510, 510',510'', 511, 512, 514, 515, 516, 610, 613, 614, 615, 616: 메타 렌즈
513, 611: 마이크로 렌즈
612: 랜덤 구조 광학 소자
10: 제1 나노층
12: 제2 나노층
11: 중간층
NS, NS1, NS2, NS3: 나노 구조물

Claims (20)

  1. 영상이 표시되는 제1 면, 상기 제1 면과 마주하는 제2 면, 상기 제1 면과 상기 제2 면 사이에 마련되는 복수 개의 디스플레이 화소를 포함하며, 상기 제2 면 쪽에서 입사된 광을 상기 제1 면을 통해 투과시키는 투과창을 포함하는 디스플레이 패널;
    상기 디스플레이 패널의 상기 제2 면 쪽에 배치되어 피사체에 조사될 광을 상기 제2 면을 향해 방출하는 광원;
    상기 광원과 상기 디스플레이 패널 사이에 배치되어, 상기 광원으로부터 방출되는 광을 상기 투과창으로 전달하는 광 전달부; 및
    상기 투과창을 통해 투과된 광이 상기 피사체의 전면에 조사되도록 확산시키는 디퓨저; 를 포함하는 조명 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 디스플레이 패널은 상기 디스플레이 화소가 없는 비화소 영역을 포함하는 조명 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 투과창은 상기 비화소 영역에 마련되는 조명 장치.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 비화소 영역은 두 개 이상이며,
    상기 복수 개의 디스플레이 화소와 상기 비화소 영역은 교번 배열되는 조명 장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 광원은 복수 개의 발광 요소를 포함하며,
    상기 복수 개의 발광 요소는 상기 비화소 영역에 일대일 대응되는 위치에 마련되는 조명 장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 광원은 복수 개의 발광 요소를 포함하며,
    상기 투과창의 크기는 상기 복수 개의 발광 요소 중 적어도 하나에 대응하는 크기인 조명 장치.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 투과창의 크기는 복수 개의 디스플레이 화소에 대응하는 크기인 전자 장치.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 광 전달부는 상기 광원으로부터 방출되는 광을 상기 투과창의 직경에 비하여 작거나 같은 빔 폭을 가지는 평행광이 되도록 하는 콜리메이팅 부재를 포함하는 조명 장치.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 콜리메이팅 부재는 복수 개의 마이크로 렌즈를 포함하는 조명 장치.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 광원은 복수 개의 발광 요소를 포함하며,
    상기 복수 개의 발광 요소는 상기 복수 개의 마이크로 렌즈와 일대일 대응되는 위치에 마련되는 조명 장치.
  11. 제8 항에 있어서,
    상기 콜리메이팅 부재는 복수 개의 메타 렌즈를 포함하는 조명 장치.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 광원은 복수 개의 발광 요소를 포함하며,
    상기 복수 개의 메타 렌즈는 상기 복수 개의 발광 요소와 일대일 대응되는 위치에 마련되고,
    상기 복수 개의 메타렌즈 각각은 상기 광원으로부터 방출되는 광의 파장보다 작은 형상 치수를 가지는 복수 개의 나노 구조물을 포함하는 조명 장치.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 복수 개의 메타렌즈 각각은,
    복수 개의 제1 나노 구조물을 포함하는 제1 나노층, 상기 제1 나노층 상에 마련된 중간층 및 상기 중간층 상에 마련되며, 복수 개의 제2 나노 구조물을 포함하는 제2 나노층을 포함하며,
    상기 복수 개의 제1 나노 구조물과 상기 복수 개의 제2 나노 구조물의 형상 분포는 서로 다른, 조명 장치.
  14. 제8 항에 있어서,
    상기 콜리메이팅 부재는 상기 광원과 일체형인 조명 장치.
  15. 제1 항에 있어서,
    상기 디퓨저는 복수 개의 메타 렌즈를 포함하는 조명 장치.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 복수 개의 메타 렌즈 각각은 상기 광원으로부터 방출되는 광의 파장보다 작은 형상 치수를 가지는 복수 개의 나노 구조물을 포함하는 조명 장치.
  17. 제1 항에 있어서,
    상기 디퓨저는 복수 개의 마이크로 렌즈를 포함하는 조명 장치.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 투과창은 두 개 이상이며,
    상기 복수 개의 마이크로 렌즈 사이의 간격은 상기 투과창들 사이의 간격에 비하여 작거나 같은 조명 장치.
  19. 제1 항에 있어서,
    상기 광원은 수직 공진형 표면 발광 레이저 (Vertical Cavity Surface Emitting Laser; VCSEL)인 조명 장치.
  20. 제1 항의 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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