KR20200029329A - 조명 장치 및 이를 포함하는 전자 장치와 조명 방법 - Google Patents

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Abstract

조명 장치는 서로 마주하는 제1 면과 제2 면을 포함하며, 영상 정보를 가지는 광을 상기 제1 면을 통해 방출하는 디스플레이 패널, 상기 디스플레이 패널의 상기 제2 면 측 방향으로 상기 디스플레이 패널과 이격되게 위치하는 광원, 상기 디스플레이 패널에서의 광을 투과시키는 제1 영역과 상기 광원에서의 광을 투과시키는 제2 영역을 구비하는 윈도우 패널 및 상기 윈도우 패널과 상기 광원 사이에 배치되어 상기 광원에서의 광을 상기 제2 영역을 통해 피사체에 전달하는 것으로, 하나 이상의 메타 표면을 구비하는 광 전달부를 포함할 수 있다. 조명 장치는 윈도우 패널의 제2 영역(예를 들어 베젤)을 통해 플러드 조명을 제공할 수 있다

Description

조명 장치 및 이를 포함하는 전자 장치와 조명 방법{Illumination device and electronic apparatus including the same and a method of illuminating}
본 개시는 조명 장치 및 이를 포함하는 전자 장치와 조명 방법에 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. 위에서 언급한 센서를 스마트 폰에 적용하기 위해서는, 센싱에 필요한 광을 생성하는 발광 소자를 형성할 필요가 있다. 이 경우, 발광 소자를 스마트 폰의 어느 영역에 마련해야 하는지가 이슈가 된다.
일반적으로, 스마트 폰에는 영상을 표시하는 디스플레이 패널이 형성되어 있다. 디스플레이 패널은 영상을 표시하기 위해 on/off 제어되는 복수의 영역으로 구획되며, 이러한 영역을 디스플레이 화소로 지칭하고 있다. 디스플레이 화소에는 영상을 표시하는 디스플레이 요소(예를 들어, LED) 및 이를 제어하기 위한 회로 요소들이 포함된다. 회로 요소들에는 광이 투과되지 않는 금속 물질이 포함되기 때문에, 센서의 센싱을 위한 광이 디스플레이 화소를 투과할 수는 없다.
따라서, 디스플레이 패널과는 별도의 영역에 센싱을 위한 광을 생성하는 발광 소자를 마련해야 한다. 그러나 이 경우, 디스플레이 패널 이외의 영역을 확보해야 하므로, 스마트 폰의 크기가 커질 수 있다. 또는 디스플레이 패널 일부 영역에 노치를 형성하여, 노치에 발광 소자를 마련하는 경우, 디스플레이 패널의 표시면의 디자인이 복잡해질 수 있다.
본 개시는 전자 장치의 표시면의 가장자리로 광을 출사하는 조명 장치 및 이를 포함하는 전자 장치를 제공한다.
본 개시는 전자 장치의 표시면의 가장자리로 광을 출사하는 조명 방법 제공한다.
일 실시예는,
서로 마주하는 제1 면과 제2 면을 포함하며, 영상 정보를 가지는 광을 상기 제1 면을 통해 방출하는 디스플레이 패널, 상기 디스플레이 패널의 상기 제2 면 측 방향으로 상기 디스플레이 패널과 이격되게 위치하는 광원, 상기 디스플레이 패널에서의 광을 투과시키는 제1 영역과 상기 광원에서의 광을 투과시키는 제2 영역을 구비하는 윈도우 패널 및 상기 윈도우 패널과 상기 광원 사이에 배치되어 상기 광원에서의 광을 상기 제2 영역을 통해 피사체에 전달하는 것으로, 하나 이상의 메타 표면을 구비하는 광 전달부를 포함하는 조명 장치를 제공한다.
상기 광 전달부는, 상기 광원에서의 광이 제1 방향성을 갖도록 편향시키는 제1 메타 표면, 상기 제1 메타 표면에 의해 편향된 상기 제1 방향성의 광이 상기 제1 방향성과 다른 제2 방향성을 갖도록 편향시키는 제2 메타 표면, 상기 제2 메타 표면에 의해 편향된 광을 확산하는 제3 메타 표면을 포함할 수 있다.
상기 제2 메타 표면의 중심부와 상기 제3 메타 표면의 중심부는 상기 제2영역과 연직으로 마주할 수 있다.
상기 제1 메타 표면의 중심부는 상기 제2 메타 표면의 중심부에 비해 상기 디스플레이 패널 쪽에 더 가까울 수 있다.
상기 제1 방향성은 상기 제1 메타 표면의 중심부에서 상기 제2 메타 표면의 중심부를 향하는 방향일 수 있다.
상기 제2 방향성은 상기 제2 메타 표면의 중심부에서 상기 제3 메타 표면의 중심부를 향하는 방향일 수 있다.
상기 제2 방향성은 상기 광원으로부터 상기 제1 메타 표면으로 진행하는 광의 진행 방향과 동일한 방향일 수 있다.
상기 광 전달부는 상기 제1 메타 표면 및 상기 제2 메타 표면 사이에 마련된 제1 기판 및 상기 제2 메타 표면 및 상기 제3 메타 표면 사이에 마련된 제2 기판을 포함할 수 있다.
상기 제1 메타 표면은, 상기 광원으로부터의 광의 파장보다 작은 형상 치수를 가지는 복수 개의 제1 나노 구조물을 포함할 수 있다.
상기 복수 개의 제1 나노 구조물은 상기 제1 메타 표면이 상기 광원으로부터의 광을 콜리메이팅 하도록 하는 형상 및 분포를 가질 수 있다.
상기 제2 메타 표면은, 상기 광원으로부터의 광의 파장보다 작은 형상 치수를 가지는 복수 개의 제2 나노 구조물을 포함할 수 있다.
상기 복수 개의 제2 나노 구조물은 상기 제2 메타 표면이 상기 제1 메타 표면으로부터의 광을 콜리메이팅하도록 하는 형상 및 분포를 가질 수 있다.
상기 제3 메타 표면은, 상기 광원으로부터의 광의 파장보다 작은 형상 치수를 가지는 복수 개의 제3 나노 구조물을 포함할 수 있다.
상기 복수 개의 제3 나노 구조물은 상기 제2 메타 표면으로부터의 광을 확산시켜 상기 광이 플러드 조명(flood illumination)으로 상기 피사체에 전달되게 하는 형상 및 분포를 가질 수 있다.
상기 플러드 조명의 시야각은 80도일 수 있다.
상기 광원은 복수 개의 발광 요소를 포함할 수 있다.
상기 복수 개의 발광 요소 각각은 수직 공진형 표면 발광 레이저(VCSEL)를 포함할 수 있다.
상기 조명 장치는, 상기 광원 하부에 마련된 지지기판, 상기 지지기판과 상기 광 전달부 사이에 마련되어, 상기 광원이 마련되는 공간을 확보하도록 구성되는 복수 개의 지지부 및 상기 윈도우 패널, 상기 광전달부, 상기 지지기판 및 상기 지지부를 둘러싸는 하우징을 더 포함할 수 있다.
다른 일 실시예는,
상기 조명 장치, 상기 피사체로부터 반사된 광을 수광하는 센서, 상기 센서에서 수광한 광으로부터 상기 피사체에 대한 정보 획득을 위한 연산을 수행하는 프로세서를 포함하는 전자 장치를 제공한다.
다른 일 실시예는,
제1 영역 및 제2 영역을 포함하는 윈도우 패널과 상기 제2 영역과 대응되지 않는 영역 하부에 마련된 광원을 포함하는 조명 장치를 이용한 조명 방법에 있어서, 상기 광원으로부터의 광을 굴절시켜 상기 제2 영역 하부를 향하도록 하는 제1 광 방향 변경 단계, 상기 제2 영역 하부에 도달한 광을 굴절 및 콜리메이팅 하여 상기 윈도우 패널의 밑면으로 향하도록 하는 제2 광 방향 변경 단계 및 상기 윈도우 패널의 밑면으로 향하는 광을 확산시키는 플러드 조명 생성 단계를 포함하는 조명 방법을 제공한다.
상술한 조명 장치 및 조명 방법은 디스플레이 패널의 배면에 배치된 광원으로부터의 광을 전자 장치의 표시면의 가장자리로 출사할 수 있다.
따라서 디스플레이 패널의 표시면 크기에 영향을 주지 않고, 다양한 센서에 필요한 광원을 효과적으로 배치할 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 조명 장치를 개략적으로 도시한 측단면도이다.
도 2는 도 1의 광 전달부에 의해 광의 진행 방향이 변경되는 모습을 간략하게 도시한 측단면도이다.
도 3은 다른 실시예에 따른 광 전달부를 예시적으로 도시한 측단면도이다.
도 4는 또 다른 실시예에 따른 광 전달부를 예시적으로 도시한 측단면도이다.
도 5는 또 다른 실시예에 따른 광 전달부에 의해 광의 진행 방향이 변경되는 모습을 간략하게 도시한 측단면도이다.
도 6은 도 1의 조명 장치에 의해 형성된 플러드 조명을 시뮬레이션을 통해 형성한 모습이다.
도 7은 실시예에 따른 전자 장치의 개략적인 구성을 보이는 블록도이다.
도 8은 도 7의 전자 장치의 외형을 예시적으로 보이는 사시도이다.
도 9는 실시예에 따른 조명 방법의 순서를 간략하게 도시한 순서도이다.
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.
이하에서, "상부" 나 "상"이라고 기재된 것은 접촉하여 바로 위에 있는 것뿐만 아니라 비접촉으로 위에 있는 것도 포함할 수 있다.
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 실시예에 따른 조명 장치(1000)를 개략적으로 도시한 측단면도이다. 도 2는 도 1의 광 전달부(400)에 의해 광의 진행 방향이 변경되는 모습을 간략하게 도시한 측단면도이다.
도 1을 참조하면, 조명 장치(1000)는 서로 마주하는 제1 면(100a)과 제2 면(100b)을 포함하며, 영상 정보를 가지는 광을 제1 면(100a)을 통해 방출하는 디스플레이 패널(100), 디스플레이 패널(100)의 제2 면(100b) 측 방향으로 디스플레이 패널과 이격되게 위치하는 광원(200), 디스플레이 패널(100)에서의 광을 투과시키는 제1 영역(A1)과 광원(200)에서의 광을 투과시키는 제2 영역(A2)을 구비하는 윈도우 패널(300) 및 윈도우 패널(300)과 광원(200) 사이에 배치되어 광원(200)에서의 광을 제2 영역(A2)을 통해 피사체에 전달하는 것으로, 하나 이상의 메타 표면을 구비하는 광 전달부(400)를 포함할 수 있다. 또한, 조명 장치(1000)는 광원(200) 하부에 마련된 지지 기판(500), 지지 기판(500)과 광 전달부(400) 사이에 마련되어, 광원(200)이 마련되는 공간을 확보하도록 구성되는 복수 개의 지지부(예를 들어, 제1 지지부(610) 및 제2 지지부(620)) 및 윈도우 패널(300), 광 전달부(400), 지지 기판(500) 및 제2 지지부(620)를 둘러싸는 하우징(700)을 더 포함할 수 있다.
디스플레이 패널(100)은 영상 정보를 가지는 광을 방출하는 제1 면(100a), 제1 면(300a)과 마주하는 제2 면(300b)을 포함하며, 제1 면(300a)과 제2 면(300b) 사이에 복수의 디스플레이 화소가 배치될 수 있다.
디스플레이 패널(100)은 잘 알려진 바와 같이, 예를 들어, LCD, OLED와 같은 디스플레이 요소를 포함한다. 디스플레이 요소가 LCD인 경우, 디스플레이 패널(100)에는 이를 위한 광원이 별도로 구비된다. 디스플레이 요소는 영상 정보에 따라 온/오프 제어되는 복수의 영역으로 구획되며, 이러한 영역을 디스플레이 화소로 지칭하고 있다.
광원(200)은 복수 개의 발광 요소(220) 및 기판(210)을 포함하는 발광 어레이일 수 있다. 발광 요소(220)는 LED 혹은 레이저 광을 방출하는 레이저 다이오드일 수 있다. 발광 요소(220)는 수직 공진형 표면 발광 레이저(Vertical Cavity Surface Emitting Laser; VCSEL)일 수 있다. 또한, 발광 요소(220)는 분포 궤환형 레이저(Distributed feedback laser; DFB)일 수 있다. 발광 요소(220)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(220)는 대략 850 nm 또는 940nm의 레이저 광을 출사할 수 있고, 또는, 근적외선 혹은 가시광 파장대역의 광을 출사할 수 있다. 발광 요소(220)에서 출사하는 광의 파장은 특별히 한정되지 않으며, 원하는 파장 대역의 광을 출사하는 발광 요소(220)가 사용될 수 있다.
윈도우 패널(300)은 광을 투과시키는 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 윈도우 패널(300)은 유리를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 윈도우 패널(300)의 제1 영역(A1) 상에는 디스플레이 패널(100)이 마련될 수 있다. 이에 따라, 디스플레이 패널(100)로부터의 광은 제1 영역(A1)을 투과할 수 있다. 제1 영역(A1)은 윈도우 패널(300)의 가운데 부분일 수 있다. 제2 영역(A2) 상에는 디스플레이 패널(100)이 마련되지 않는다. 예를 들어, 제2 영역(A2) 상에는 광 전달부(400)가 마련될 수 있다. 이에 따라, 광원(200)에서 방출되어 광 전달부(400)를 통과한 광이 제2 영역(A2)을 투과할 수 있다. 제2 영역(A2) 윈도우 패널(300)의 가장자리 부분일 수 있다.
광 전달부(400)는 윈도우 패널(300)과 광원(200) 사이에 배치되어 광원(200)에서의 광을 제2 영역(A2)을 통해 피사체에 전달할 수 있다. 광 전달부(400)는 광원에서의 광이 제1 방향성을 갖도록 편향시키는 제1 메타 표면(410)을 포함할 수 있다. 광 전달부(400)는 제1 메타 표면(410)에 의해 편향된 제1 방향성의 광이 제1 방향성과 다른 제2 방향성을 갖도록 편향시키는 제2 메타 표면(420)을 포함할 수 있다. 제2 메타 표면(420)은 제1 메타 표면(410)과 윈도우 패널(300) 사이에 마련될 수 있다. 광 전달부(400)는 제2 메타 표면(420)에 의해 편향된 광을 확산하는 제3 메타 표면(430)을 포함할 수 있다. 제3 메타 표면(430)은 제2 메타 표면(420)과 윈도우 패널(300) 사이에 마련될 수 있다. 제2 메타 표면(420)의 중심부와 제3 메타 표면(430)의 중심부는 제2 영역(A2)과 연직으로 마주할 수 있다. 이와 달리, 제1 메타 표면(410)의 중심부는 제1 영역(A1)과 연직으로 마주할 수 있다. 이에 따라, 제1 메타 표면(410)의 중심부는 제2 메타 표면(420)의 중심부에 비해 디스플레이 패널(100) 쪽에 더 가까울 수 있다. 이는, 제1 메타 표면(410)은 광원(200)과 연직으로 마주하도록 배치되고, 광원(200)은 설계상의 한계에 따라서, 제2 영역(A2)과 연직으로 마주할 수 없기 때문이다. 이처럼 제2 영역(A2)과 연직으로 마주하지 않는 광원(200)으로부터의 광을 제2 영역(A2)으로 연직으로 입사시키기 위하여, 광 전달부(400)가 광원(200)으로부터의 광의 진행 방향을 변경시킬 수 있다. 광원(200)으로부터의 광의 진행 방향이 광 전달부(400)에 의해서 변경되는 과정은 도 2를 참조하여 후술한다.
또한, 광 전달부(400)는 제1 메타 표면(410) 및 제2 메타 표면(420) 사이에 마련된 제1 기판(440)을 포함할 수 있다. 광 전달부(400)는 제2 메타 표면(420) 및 제3 메타 표면(430) 사이에 마련된 제2 기판(450)을 포함할 수 있다. 제1 기판(440) 및 제2 기판(450)은 광원(200)으로부터의 광이 진행하는 통로가 될 수 있다. 예를 들어, 제1 기판(440) 및 제2 기판(450)은 광이 투과할 수 있는 유리를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
광 전달부(400)와 윈도우 패널(300) 사이의 거리는 광 전달부(400)와 광원(200)사이의 거리보다 짧을 수 있다. 예를 들어, 제2 영역(A2)과 마주하는 제3 메타 표면(430)과 윈도우 패널(300) 사이의 거리는 제1 메타 표면(410)과 광원(200) 사이의 거리보다 짧을 수 있다.
도 2를 참조하면, 광 전달부(400)는 제1 기판(440), 제1 기판(440)의 마주하는 양면 각각에 마련된 제1 메타 표면(410) 및 제2 메타 표면(420), 제2 메타 표면(420) 상에 마련된 제2 기판(450) 및 제2 기판(450) 상에 마련된 제3 메타 표면(430)을 포함할 수 있다. 제1 메타 표면(410)과 제2 메타 표면(420)은 제1 기판(440)을 사이에 두고 서로 연직방향으로 마주하지 않도록 마련될 수 있다. 제3 메타 표면(430)과 제2 메타 표면(420)은 제2 기판(450)을 사이에 두고 서로 연직방향으로 마주하도록 마련될 수 있다. 광원(200)으로부터의 광은 제1 메타 표면(410)에 입사할 수 있다. 제1 메타 표면(410)은 광원(200)으로부터의 광을 제1 방향성을 갖도록 편향시킬 수 있다. 예를 들어, 제1 메타 표면(410)은 광원(200)으로부터의 광을 굴절시켜 제1 방향성을 갖도록 할 수 있다. 복수 개의 발광 요소(220)로부터의 광이 제1 메타 표면(410)에 의해 굴절되는 정도는 일정하지 않을 수 있다. 제1 방향성은 제1 메타 표면(410)의 중심부에서 제2 메타 표면(420)의 중심부를 향하는 방향일 수 있다. 제2 메타 표면(420)의 중심부를 향하는 방향이란, 정확히 제2 메타 표면(420)의 중심 지점만을 향하는 방향이 아니라, 제2 메타 표면(420)이 위치한 영역의 부근을 향하는 방향을 의미한다. 이에 따라, 광원(200)으로부터의 광은 제1 기판(440)의 내부를 진행하여 제1 메타 표면(410)으로부터 제2 메타 표면(420)을 향해 진행할 수 있다. 이처럼 광원(200)으로부터의 광이 제1 메타 표면(410)으로부터 제2 메타 표면(420)으로 진행하면서 광의 빔폭은 증가할 수 있다. 예를 들어, 제1 메타 표면(410)에서의 광의 빔폭은 제2 메타 표면(420)에서의 광의 빔폭보다 작을 수 있다.
제1 메타 표면(410)에 의해 편향된 광은 제2 메타 표면(420)에 의해 제2 방향성을 갖도록 편향될 수 있다. 예를 들어, 제2 메타 표면(420)은 제1 메타 표면(410)으로부터의 광을 굴절시켜 제2 방향성을 갖도록 할 수 있다. 제1 메타 표면(410)의 복수 개의 지점으로부터의 광이 굴절되는 정도는 일정하지 않을 수 있다. 제2 방향성은 제2 메타 표면(420)의 중심부에서 제3 메타 표면(430)의 중심부를 향하는 방향일 수 있다. 제3 메타 표면(430)의 중심부를 향하는 방향이란, 정확히 제3 메타 표면(430)의 중심 지점만을 향하는 방향이 아니라, 제3 메타 표면(430)이 위치한 영역의 부근을 향하는 방향을 의미한다. 이에 따라, 광은 제3 메타 표면(430)을 향해 연직 방향으로 진행할 수 있다. 또한, 제2 방향성은 광원(200)으로부터 제1 메타 표면(410)으로 진행하는 광의 진행 방향과 동일한 방향일 수 있다. 나아가, 제2 메타 표면(420)은 제1 메타 표면(410)으로부터의 광을 굴절시킴과 동시에 콜리메이팅시킬 수 있다. 이에 따라, 제1 메타 표면(410)으로부터의 광은 제2 메타 표면(420)에 의해 콜리메이팅되어 제3 메타 표면(430)을 향해 평행광의 형태로 진행할 수 있다.
제2 메타 표면(420)에 의해 편향된 광은 제3 메타 표면(430)에 의해 확산될 수 있다. 제3 메타 표면(430)에 의해 확산된 광은 플러드 조명으로 조명 장치(1000) 외부에 있는 피사체에 전달될 수 있다. 제3 메타 표면(430)에 의해 형성된 플러드 조명의 시야각은 약 80도일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
제1 메타 표면(410), 제2 메타 표면(420) 및 제3 메타 표면(430) 각각은 광원(200)으로부터의 광의 파장보다 작은 형상 치수를 가지는 복수 개의 제1 나노 구조물(10), 복수 개의 제2 나노 구조물(20) 및 복수 개의 제3 나노 구조물(30)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1, 제2 및 제3 나노 구조물(10, 20, 30)의 형상을 정의하는 치수인 두께나 폭은 광원(200)으로부터의 광의 파장보다 작을 수 있다. 복수 개의 제1, 제2 및 제3 나노 구조물(10, 20, 30) 각각은 원기둥, 타원기둥, 다각기둥, 그 외의 다양한 형상을 가질 수 있다. 제1, 제2 및 제3 나노 구조물(10, 20, 30)은 주변 물질(예를 들어, 공기)이나, 제1 기판(440) 및 제2 기판(450)보다 높은 굴절률을 가지는 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1, 제2 및 제3 나노 구조물(10, 20, 30)은 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.
제1, 제2 및 제3 나노 구조물(10, 20, 30)은 그 형상, 배열 형태 등에 따라 입사되는 광의 진행 방향을 변경시킬 수 있다. 예를 들어, 제1 메타 표면(410)이 광원(200)으로부터의 광을 굴절시킬 수 있도록 제1 나노 구조물(10)의 형상 분포가 정해질 수 있다. 또한, 제2 메타 표면(420)이 제1 메타 표면(410)으로부터의 광을 굴절 및 콜리메이팅시킬 수 있도록 제2 나노 구조물(20)의 형상 분포가 정해질 수 있다. 나아가, 제3 메타 표면(430)이 제2 메타 표면(420)으로부터의 광을 확산시키도록 제3 나노 구조물(30)의 형상 분포가 정해질 수 있다. 여기서 '형상 분포'는 제1, 제2 및 제3 나노 구조물(10, 20, 30)의 형상, 크기를 의미할 수 있다. 또한 '형상 분포'는 복수 개의 제1, 제2 및 제3 나노 구조물(10, 20, 30)의 배열 피치의 분포를 의미할 수 있다. 이에 따라, 제1, 제2 및 제3 나노 구조물(10, 20, 30)의 두께, 폭, 배치 간격 중 적어도 어느 하나는 광원(200)에서의 파장의 반 이하일 수 있다. 도 2에, 제1, 제2 및 제3 나노 구조물(10, 20, 30)은 일정한 크기를 가지며, 일정한 간격을 갖는 것으로 도시되어 있으나, 이는 예시적이며, 이에 한정되지 않는다.
제1 기판(440) 및 제2 기판(450)은 복수 개의 제1, 제2 및 제3 나노 구조물(10, 20, 30)을 지지하며, 제1, 제2 및 제3 나노 구조물(10, 20, 30) 보다 낮은 굴절률의 재질로 이루어질 수 있다. 제1 기판(440) 및 제2 기판(450)과 복수 개의 제1, 제2 및 제3 나노 구조물(10, 20, 30)의 굴절률 차는 약 0.5 이상일 수 있다. 제1 기판(440) 및 제2 기판(450)은 예를 들어, SiO2, TCO(transparent conductive oxide), 또는 PC, PS, PMMA와 같은 폴리머로 이루어질 수 있으며, 다만, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 3은 다른 실시예에 따른 광 전달부(401)를 예시적으로 도시한 측단면도이다. 도 4는 또 다른 실시예에 따른 광 전달부(402)를 예시적으로 도시한 측단면도이다. 도 3 및 도 4에서는 광이 진행하는 모습을 화살표로 간략하게 도시하였다. 화살표는 광의 방향성을 표시하는 것일 뿐, 실제 광이 진행하는 모습을 구체적으로 도시한 것은 아니다. 도 3에 도시된 광 전달부(401) 또는 도 4에 도시된 광 전달부(402)는 도 1의 광 전달부(400)를 대체할 수 있다.
도 3을 참조하면, 광 전달부(401)는 제1 기판(441), 제1 기판(441)의 마주하는 양면 각각에 마련된 제1 메타 표면(411) 및 제2 메타 표면(421), 제2 메타 표면(421) 상에 마련된 제2 기판(451) 및 제2 기판(451) 상에 마련된 제3 메타 표면(431)을 포함할 수 있다. 제1 메타 표면(411)과 제2 메타 표면(421)은 제1 기판(441)을 사이에 두고 서로 연직방향으로 마주하지 않도록 마련될 수 있다. 제3 메타 표면(431)과 제2 메타 표면(421)은 제2 기판(451)을 사이에 두고 서로 연직방향으로 마주하도록 마련될 수 있다. 제2 메타 표면(421)은 제2 기판(451) 상에 마련되고, 제1 기판(441)과 이격되도록 형성될 수 있다. 이에 따라, 제2 메타 표면(421)과 제1 기판(441) 사이에는 갭이 형성될 수 있다. 제1 메타 표면(411)에 의해 제1 방향성을 갖게 된 광은 제1 기판(441) 내부를 진행할 수 있다. 제1 방향성은 제1 메타 표면(411)의 중심부에서 제2 메타 표면(421)의 중심부를 향하는 방향일 수 있다. 제2 메타 표면(421)의 중심부를 향하는 방향이란, 정확히 제2 메타 표면(421)의 중심 지점만을 향하는 방향이 아니라, 제2 메타 표면(421)이 위치한 영역의 부근을 향하는 방향을 의미한다. 또한 제1 방향성을 갖게 된 광은 제1 기판(441)을 투과하여 상기 갭을 지나 제2 메타 표면(421)으로 입사할 수 있다. 제2 메타 표면(421)으로 입사한 광은 제2 메타 표면(421)에 의해 제2 방향성을 갖게 될 수 있다. 제2 방향성은 제2 메타 표면(421)의 중심부에서 제3 메타 표면(431)의 중심부를 향하는 방향일 수 있다. 제3 메타 표면(431)의 중심부를 향하는 방향이란, 정확히 제3 메타 표면(431)의 중심 지점만을 향하는 방향이 아니라, 제3 메타 표면(431)이 위치한 영역의 부근을 향하는 방향을 의미한다. 제2 방향성을 갖게 된 광은 제2 기판(451) 내부를 진행할 수 있다. 제2 기판(451) 내부를 진행한 광은 제2 기판(451) 상에 마련된 제3 메타 표면(431)에 연직 방향으로 입사할 수 있다. 제3 메타 표면(431)에 입사한 광은 제3 메타 표면(431)에 의해 확산될 수 있다.
제1, 제2 및 제3 메타 표면(411, 421, 431) 각각이 복수 개의 제1, 제2 및 제3 나노 구조물(11, 21, 31)을 가질 수 있는 것은 전술한 바와 같다. 제1, 제2 및 제3 나노 구조물(11, 21, 31)은 그 형상, 배열 형태 등에 따라 입사되는 광의 진행 방향을 변경시킬 수 있다. 예를 들어, 제1 메타 표면(411)이 광원(201)으로부터의 광을 굴절시킬 수 있도록 제1 나노 구조물(11)의 형상 분포가 정해질 수 있다. 또한, 제2 메타 표면(421)이 제1 메타 표면(411)으로부터의 광을 굴절 및 콜리메이팅시킬 수 있도록 제2 나노 구조물(21)의 형상 분포가 정해질 수 있다. 나아가, 제3 메타 표면(431)이 제2 메타 표면(421)으로부터의 광을 확산시키도록 제3 나노 구조물(31)의 형상 분포가 정해질 수 있다.
도 4를 참조하면, 광 전달부(402)는 제1 기판(442), 제1 기판(442)의 마주하는 양면 각각에 마련된 제1 메타 표면(412) 및 제2 메타 표면(422), 제2 메타 표면(422) 상에 마련된 제2 기판(452) 및 제2 기판(452) 상에 마련된 제3 메타 표면(432)을 포함할 수 있다. 제1 메타 표면(412)과 제2 메타 표면(422)은 제1 기판(442)을 사이에 두고 서로 연직방향으로 마주하지 않도록 마련될 수 있다. 제3 메타 표면(432)과 제2 메타 표면(422)은 제2 기판(452)을 사이에 두고 서로 연직방향으로 마주하도록 마련될 수 있다. 제2 메타 표면(422)은 제1 기판(442) 상에 마련되어 제2 기판(452)과 이격되도록 형성될 수 있다. 이에 따라, 제2 메타 표면(422)과 제2 기판(452) 사이에는 갭이 형성될 수 있다. 제1 메타 표면(412)에 의해 굴절되어 제1 방향성을 갖게 된 광은 제1 기판(442) 내부를 진행할 수 있다. 제1 방향성은 제1 메타 표면(412)의 중심부에서 제2 메타 표면(422)의 중심부를 향하는 방향일 수 있다. 제2 메타 표면(422)의 중심부를 향하는 방향이란, 정확히 제2 메타 표면(422)의 중심 지점만을 향하는 방향이 아니라, 제2 메타 표면(422)이 위치한 영역의 부근을 향하는 방향을 의미한다. 또한 제1 기판(442)을 진행하여 제2 메타 표면(422)에 의해 굴절 및 콜리메이팅되어 제2 방향성을 갖게 된 광은 제2 메타 표면(422) 및 제2 기판(452) 사이의 갭을 지나 제2 기판(452)으로 입사할 수 있다. 제2 방향성은 제2 메타 표면(422)의 중심부에서 제3 메타 표면(432)의 중심부를 향하는 방향일 수 있다. 제3 메타 표면(432)의 중심부를 향하는 방향이란, 정확히 제3 메타 표면(432)의 중심 지점만을 향하는 방향이 아니라, 제3 메타 표면(432)이 위치한 영역의 부근을 향하는 방향을 의미한다. 제2 기판(452)에 입사한 광은 제2 기판(452) 내부를 진행하여 제2 기판(452) 상에 마련된 제3 메타 표면(432)에 연직 방향으로 입사할 수 있다. 제3 메타 표면(432)에 입사한 광은 제3 메타 표면(432)에 의해 확산될 수 있다.
제1, 제2 및 제3 메타 표면(412, 422, 432) 각각이 복수 개의 제1, 제2 및 제3 나노 구조물(12, 22, 32)을 가질 수 있는 것은 전술한 바와 같다. 제1, 제2 및 제3 메타 표면(412, 422, 432) 각각이 복수 개의 제1, 제2 및 제3나노 구조물(12, 22, 32)을 포함할 수 있음은 전술한 바와 같다. 제1, 제2 및 제3 나노 구조물(12, 22, 32)은 그 형상, 배열 형태 등에 따라 입사되는 광의 진행 방향을 변경시킬 수 있다. 예를 들어, 제1 메타 표면(412)이 광원(202)으로부터의 광을 굴절시킬 수 있도록 제1 나노 구조물(12)의 형상 분포가 정해질 수 있다. 또한, 제2 메타 표면(422)이 제1 메타 표면(412)으로부터의 광을 굴절 및 콜리메이팅시킬 수 있도록 제2 나노 구조물(22)의 형상 분포가 정해질 수 있다. 나아가, 제3 메타 표면(432)이 제2 메타 표면(422)으로부터의 광을 확산시키도록 제3 나노 구조물(32)의 형상 분포가 정해질 수 있다.
도 5는 또 다른 실시예에 따른 광 전달부(403)에 의해 광의 진행 방향이 변경되는 모습을 간략하게 도시한 측단면도이다.
도 5를 참조하면, 광 전달부(403)는 제1 기판(443), 제1 기판(443)의 마주하는 양면 각각에 마련된 제1 메타 표면(413) 및 제2 메타 표면(423), 제2 메타 표면(423) 상에 마련된 제2 기판(453) 및 제2 기판(453) 상에 마련된 제3 메타 표면(433)을 포함할 수 있다. 제1 메타 표면(413)과 제2 메타 표면(423)은 제1 기판(443)을 사이에 두고 서로 연직방향으로 마주하지 않도록 마련될 수 있다. 제3 메타 표면(433)과 제2 메타 표면(423)은 제2 기판(453)을 사이에 두고 서로 연직방향으로 마주하도록 마련될 수 있다. 광원(203)으로부터의 광은 제1 메타 표면(413)에 입사할 수 있다. 제1 메타 표면(413)은 광원(203)으로부터의 광을 제1 방향성을 갖도록 편향시킬 수 있다. 예를 들어, 제1 메타 표면(413)은 광원(203)으로부터의 광을 굴절시켜 제1 방향성을 갖도록 할 수 있다. 복수 개의 발광 요소(223)로부터의 광이 제1 메타 표면(413)에 의해 굴절되는 정도는 일정하지 않을 수 있다. 제1 방향성은 제1 메타 표면(413)의 중심부에서 제2 메타 표면(423)의 중심부를 향하는 방향일 수 있다. 제2 메타 표면(423)의 중심부를 향하는 방향이란, 정확히 제2 메타 표면(423)의 중심 지점만을 향하는 방향이 아니라, 제2 메타 표면(423)이 위치한 영역의 부근을 향하는 방향을 의미한다. 또한, 제1 메타 표면(413)은 광원(203)으로부터의 광을 콜리메이팅시킬 수 있다. 이에 따라, 광원(203)으로부터의 광은 평행광이 되어 제1 기판(443)의 내부를 진행하여 제1 메타 표면(413)으로부터 제2 메타 표면(423)을 향해 진행할 수 있다. 이처럼 광원(203)으로부터의 광이 제1 메타 표면(413)으로부터 제2 메타 표면(423)으로 진행하면서 광의 빔폭은 일정할 수 있다. 예를 들어, 제1 메타 표면(413)에서의 광의 빔폭은 제2 메타 표면(423)에서의 광의 빔폭과 동일할 수 있다.
제1 메타 표면(413)에 의해 편향된 광은 제2 메타 표면(423)에 의해 제2 방향성을 갖도록 편향될 수 있다. 예를 들어, 제2 메타 표면(423)은 제1 메타 표면(413)으로부터의 광을 굴절시켜 제2 방향성을 갖도록 할 수 있다. 제1 메타 표면(413)의 복수 개의 지점으로부터의 광이 굴절되는 정도는 일정하지 않을 수 있다. 제2 방향성은 제2 메타 표면(423)의 중심부에서 제3 메타 표면(433)의 중심부를 향하는 방향일 수 있다. 제3 메타 표면(433)의 중심부를 향하는 방향이란, 정확히 제3 메타 표면(433)의 중심 지점만을 향하는 방향이 아니라, 제3 메타 표면(433)이 위치한 영역의 부근을 향하는 방향을 의미한다. 이에 따라, 광은 제3 메타 표면(433)을 향해 연직 방향으로 진행할 수 있다. 또한, 제2 방향성은 광원(203)으로부터 제1 메타 표면(413)으로 진행하는 광의 진행 방향과 동일한 방향일 수 있다. 나아가, 제2 메타 표면(423)은 제1 메타 표면(410)으로부터의 광을 굴절시킴과 동시에 콜리메이팅시킬 수 있다. 이에 따라, 제1 메타 표면(413)으로부터의 광은 제2 메타 표면(423)에 의해 콜리메이팅되어 제3 메타 표면(433)을 향해 평행광의 형태로 진행할 수 있다.
제2 메타 표면(423)에 의해 편향된 광은 제3 메타 표면(433)에 의해 확산될 수 있다. 제3 메타 표면(433)에 의해 확산된 광은 플러드 조명으로 피사체(미도시)에 전달될 수 있다.
제1, 제2 및 제3 메타 표면(413, 423, 433) 각각이 복수 개의 제1, 제2 및 제3나노 구조물(13, 23, 33)을 포함할 수 있음은 전술한 바와 같다. 제1, 제2 및 제3 나노 구조물(13, 23, 33)은 그 형상, 배열 형태 등에 따라 입사되는 광의 진행 방향을 변경시킬 수 있다. 예를 들어, 제1 메타 표면(413)이 광원(203)으로부터의 광을 굴절 및 콜리메이팅시킬 수 있도록 제1 나노 구조물(13)의 형상 분포가 정해질 수 있다. 또한, 제2 메타 표면(423)이 제1 메타 표면(413)으로부터의 광을 굴절 및 콜리메이팅시킬 수 있도록 제2 나노 구조물(23)의 형상 분포가 정해질 수 있다. 나아가, 제3 메타 표면(433)이 제2 메타 표면(423)으로부터의 광을 확산시키도록 제3 나노 구조물(33)의 형상 분포가 정해질 수 있다.
한편, 제2 메타 표면(423)은 제1 기판(443)과 제2 기판(453)과 모두 접촉되어있는 것으로 도시되었으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 제2 메타 표면(423)은 도 3의 제2 메타 표면(421)과 같이 제2 기판(453) 상에 마련되고, 제1 기판(443)과 이격되도록 형성될 수 있다. 이에 따라, 제2 메타 표면(423)과 제1 기판(443) 사이에는 갭이 형성될 수 있다. 또한, 제2 메타 표면(423)은 도 4의 제2 메타 표면(422)과 같이 제1 기판(443) 상에 마련되어 제2 기판(453)과 이격되도록 형성될 수 있다. 이에 따라, 제2 메타 표면(423)과 제2 기판(453) 사이에는 갭이 형성될 수 있다.
도 6은 도 1의 조명 장치(1000)에 의해 형성된 플러드 조명을 시뮬레이션을 통해 형성한 모습이다.
도 6을 참조하면, 광원(200)으로부터의 광이 광 전달부(400)에 의해 확산되어 제2 영역(A2)을 투과하여 피사체에 조명된 광은 플러드 조명일 수 있다. 즉, 광원(200)으로부터의 광은 광 전달부(400)에 의해서 피사체 전체를 균일한 광 분포로 한번에 조명하는 플러드 조명으로 전환될 수 있다.
도 7은 실시예에 따른 전자 장치(2000)의 개략적인 구성을 보이는 블록도이다.
도 7을 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(2000)는 또한, 프로세서(2200)의 실행을 위한 코드나 데이터가 저장되는 메모리(2400)를 포함할 수 있다.
조명 장치(2100)는 광원, 제1 메타 표면, 제2 메타 표면 및 제3 메타 표면을 포함하며, 광원으로부터의 광의 분포를 바꾸어 디스플레이 패널의 베젤을 통해 피사체를 조명하는 것으로, 도 1 내지 도 5를 참조하여 전술한 실시예들 중 어느 하나의 조명 장치, 이들의 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 제1 메타 표면, 제2 메타 표면 및 제3 메타 표면의 세부 구성, 즉, 제1 메타 표면, 제2 메타 표면 및 제3 메타 표면에 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(2000) 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 중 적어도 하나의 타입의 저장매체를 포함할 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 8은 도 7의 전자 장치(2000)의 외형을 예시적으로 보이는 사시도이다.
도 8을 참조하면, 전자 장치(2000)는 도시된 바와 같이, 풀 스크린 디스플레이(full screen display) 타입의 디스플레이를 채용할 수 있다. 즉, 표시면(2100a)이 전자 장치(2000)의 앞 면부의 거의 전 영역을 차지하고 전자 장치(2000)의 가장자리인 베젤(bezel, 2100b)은 매우 얇을 수 있다. 또한, 표시면(2100a)은 노치(notch)를 포함하고 있는 것으로 도시되었으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 표시면(2100a)은 노치(notch)가 없는 사각형 형태일 수 있다.
도 1 내지 도 6을 참조하여 설명한 조명 장치는 전자 장치(2000)의 베젤(2100b)을 통해 플러드 광이 방출되도록 배치될 수 있다. 베젤(2100b)을 통해 방출되는 플러드 광은 기기 외부에 위치한 피사체에 조명될 수 있다. 이에 따라, 표시면(2100a)에서는 영상 정보를 가지는 광이 방출되고, 베젤(2100b)에서는 피사체를 조명하기 위한 광이 방출된다. 이처럼, 영상이 표시되지 않는 베젤(2100b)을 피사체를 조명하기 위한 광이 방출되는 영역으로 활용함으로써, 기기의 공간 활용을 극대화할 수 있다. 즉, 피사체를 조명하기 위한 광을 방출하는 공간을 별도로 마련하지 않을 수 있어, 전자 장치(2000)를 소형화할 수 있다.
도 9는 실시예에 따른 조명 방법의 순서를 간략하게 도시한 순서도이다.
도 9를 참조하면, 제1 영역 및 제2 영역을 포함하는 윈도우 패널과 상기 윈도우 패널 하부에 마련된 광원을 포함하는 조명 장치를 이용한 조명 방법은 광원으로부터의 광을 굴절시켜 윈도우 패널의 제2 영역 하부를 향하도록 하는 제1 광 방향 변경 단계(S101), 윈도우 패널의 제2 영역 하부에 도달한 광을 굴절 및 콜리메이팅하여 윈도우 패널의 밑면을 향해 연직 방향으로 진행하게 하는 제2 광 방향 변경 단계(S102) 및 윈도우 패널의 밑면에 도달한 광을 확산시키는 플러드 조명 생성 단계(S103)를 포함할 수 있다.
제1 광 방향 변경 단계(S101)에서는, 윈도우 패널의 제2 영역과 연직으로 마주하지 않는 곳에 위치한 광원으로부터의 광을 윈도우 패널의 하부의 제2 영역에 전달할 수 있다. 이를 통해, 설계의 한계에 의해, 윈도우 패널의 제2 영역과 연직으로 마주하도록 마련될 수 없는 광원으로부터의 광이 윈도우 패널의 제2 영역에 도달하게 할 수 있다. 제1 광 방향 변경 단계(S101)에서는 광원으로부터의 광을 굴절시켜 광의 진행 방향을 변경시킬 수 있다. 나아가, 제1 광 방향 변경 단계(S101)에서는 광원으로부터의 광을 콜리메이팅시켜 평행광이 되도록 할 수 있다.
제2 광 방향 변경 단계(S102)에서는, 윈도우 패널의 하부의 제2 영역에 대해 임의의 각도로 진행해 오는 광을 윈도우 패널에 대해 연직 방향으로 진행하도록 할 수 있다. 이를 통해, 광원으로부터의 광이 윈도우 패널의 밑면의 제2 영역을 향해 연직 방향으로 입사되도록 할 수 있다. 제2 광 방향 변경 단계(S102)에서는 광원으로부터의 광을 굴절시켜 광의 진행 방향을 변경시킬 수 있다. 나아가, 제2 광 방향 변경 단계(S102)에서는 광원으로부터의 광을 콜리메이팅시켜 평행광이 되도록 할 수 있다.
플러드 조명 생성 단계(S103)에서는, 윈도우 패널의 밑면의 제2 영역에 도달한 광을 확산시킬 수 있다. 이와 같이 광을 확산시킴으로써, 균일한 광 분포를 가지는 플러드 광을 생성할 수 있다.
전술한 조명 방법을 이용하여, 윈도우 패널의 제2 영역과 연직으로 마주하지 않는 곳에 마련된 광원으로부터의 광을 윈도우 패널의 제2 영역으로 전달할 수 있다. 나아가, 윈도우 패널의 제2 영역에서 출사되는 광이 플러드 광이 되도록 할 수 있다. 설계의 한계에 의해서, 윈도우 패널의 베젤과 연직으로 마주하는 위치에 광원을 배치할 수 없을 수 있다. 이 경우, 위와 같은 조명 방법을 이용하여, 광원으로부터 광이 베젤을 통해 플러드 광으로 출사되도록 할 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.
100: 디스플레이 패널
10, 11, 12, 13: 제1 나노 구조물
100a: 제1 면
20, 21, 22, 23: 제2 나노 구조물
100b: 제2 면
30, 31, 32, 33: 제3 나노 구조물
200, 203: 광원
210, 213: 기판
220, 223: 발광 요소
300: 윈도우 패널
400, 401, 402, 403: 광 전달부
410, 411, 412, 413: 제1 메타 표면
420, 421, 422, 423: 제2 메타 표면
430, 431, 432, 433: 제3 메타 표면
440, 441, 442, 443: 제1 기판
450, 451, 452, 453: 제2 기판
500: 지지 기판
610: 제1 지지부
620: 제2 지지부
700: 하우징
A1: 제1 영역
A2: 제2 영역
1000, 2100: 조명 장치
2000: 전자 장치
2200: 프로세서
2300: 센서
2400: 메모리
2100a: 표시면
2100b: 베젤
OBJ: 피사체

Claims (20)

  1. 서로 마주하는 제1 면과 제2 면을 포함하며, 영상 정보를 가지는 광을 상기 제1 면을 통해 방출하는 디스플레이 패널;
    상기 디스플레이 패널의 상기 제2 면 측 방향으로 상기 디스플레이 패널과 이격되게 위치하는 광원;
    상기 디스플레이 패널에서의 광을 투과시키는 제1 영역과 상기 광원에서의 광을 투과시키는 제2 영역을 구비하는 윈도우 패널; 및
    상기 윈도우 패널과 상기 광원 사이에 배치되어 상기 광원에서의 광을 상기 제2 영역을 통해 피사체에 전달하는 것으로, 하나 이상의 메타 표면을 구비하는 광 전달부; 를 포함하는, 조명 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 광 전달부는
    상기 광원에서의 광이 제1 방향성을 갖도록 편향시키는 제1 메타 표면;
    상기 제1 메타 표면에 의해 편향된 상기 제1 방향성의 광이 상기 제1 방향성과 다른 제2 방향성을 갖도록 편향시키는 제2 메타 표면;
    상기 제2 메타 표면에 의해 편향된 광을 확산하는 제3 메타 표면; 을 포함하는, 조명 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제2 메타 표면의 중심부와 상기 제3 메타 표면의 중심부는 상기 제2 영역과 연직으로 마주하는, 조명 장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 제1 메타 표면의 중심부는 상기 제2 메타 표면의 중심부에 비해 상기 디스플레이 패널 쪽에 더 가까운, 조명 장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 제1 방향성은 상기 제1 메타 표면의 중심부에서 상기 제2 메타 표면의 중심부를 향하는 방향인, 조명 장치.
  6. 제4 항에 있어서,
    상기 제2 방향성은 상기 제2 메타 표면의 중심부에서 상기 제3 메타 표면의 중심부를 향하는 방향인, 조명 장치.
  7. 제4 항에 있어서,
    상기 제2 방향성은 상기 광원으로부터 상기 제1 메타 표면으로 진행하는 광의 진행 방향과 동일한 방향인, 조명 장치.
  8. 제2 항에 있어서,
    상기 광 전달부는 상기 제1 메타 표면 및 상기 제2 메타 표면 사이에 마련된 제1 기판 및 상기 제2 메타 표면 및 상기 제3 메타 표면 사이에 마련된 제2 기판을 포함하는, 조명 장치.
  9. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 메타 표면은,
    상기 광원으로부터의 광의 파장보다 작은 형상 치수를 가지는 복수 개의 제1 나노 구조물을 포함하는, 조명 장치.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 복수 개의 제1 나노 구조물은 상기 제1 메타 표면이 상기 광원으로부터의 광을 콜리메이팅 하도록 하는 형상 및 분포를 가지는, 조명 장치.
  11. 제2 항에 있어서,
    상기 제2 메타 표면은,
    상기 광원으로부터의 광의 파장보다 작은 형상 치수를 가지는 복수 개의 제2 나노 구조물을 포함하는, 조명 장치.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 복수 개의 제2 나노 구조물은 상기 제2 메타 표면이 상기 제1 메타 표면으로부터의 광을 콜리메이팅하도록 하는 형상 및 분포를 가지는, 조명 장치.
  13. 제2 항에 있어서,
    상기 제3 메타 표면은,
    상기 광원으로부터의 광의 파장보다 작은 형상 치수를 가지는 복수 개의 제3 나노 구조물을 포함하는, 조명 장치.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 복수 개의 제3 나노 구조물은 상기 제2 메타 표면으로부터의 광을 확산시켜 상기 광이 플러드 조명(flood illumination)으로 상기 피사체에 전달되게 하는 형상 및 분포를 가지는, 조명 장치.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 플러드 조명의 시야각은 80도인, 조명 장치.
  16. 제1 항에 있어서,
    상기 광원은 복수 개의 발광 요소를 포함하는, 조명 장치.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 복수 개의 발광 요소 각각은 수직 공진형 표면 발광 레이저(VCSEL)를 포함하는, 조명 장치.
  18. 제1 항에 있어서,
    상기 광원 하부에 마련된 지지기판;
    상기 지지기판과 상기 광 전달부 사이에 마련되어, 상기 광원이 마련되는 공간을 확보하도록 구성되는 복수 개의 지지부; 및
    상기 윈도우 패널, 상기 광 전달부, 상기 지지기판 및 상기 지지부를 둘러싸는 하우징; 을 더 포함하는, 조명 장치.
  19. 제1 항의 조명 장치;
    상기 피사체로부터 반사된 광을 수광하는 센서;
    상기 센서에서 수광한 광으로부터 상기 피사체에 대한 정보 획득을 위한 연산을 수행하는 프로세서; 를 포함하는, 전자 장치.
  20. 제1 영역 및 제2 영역을 포함하는 윈도우 패널과 상기 제2 영역과 대응되지 않는 영역 하부에 마련된 광원을 포함하는 조명 장치를 이용한 조명 방법에 있어서,
    상기 광원으로부터의 광을 굴절시켜 상기 제2 영역 하부를 향하도록 하는 제1 광 방향 변경 단계;
    상기 제2 영역 하부에 도달한 광을 굴절 및 콜리메이팅 하여 상기 윈도우 패널의 밑면으로 향하도록 하는 제2 광 방향 변경 단계; 및
    상기 윈도우 패널의 밑면으로 향하는 광을 확산시키는 플러드 조명 생성 단계; 를 포함하는 조명 방법.
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