KR20200034571A

KR20200034571A - Illumination device and electronic apparatus including the same

Info

Publication number: KR20200034571A
Application number: KR1020190082826A
Authority: KR
Inventors: 한승훈; 유장우; 이민경
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2018-09-20
Filing date: 2019-07-09
Publication date: 2020-03-31

Abstract

Disclosed are a lighting device and an electronic device including the same. The lighting device comprises: a light source; and a focusing lens focusing light emitted from the light source. The lighting device is disposed on a rear surface of a display panel including an aperture. The light focused by the focusing lens passes through the aperture to illuminate a subject.

Description

Illumination device and electronic apparatus including the same

예시적인 실시예는 조명 장치 및 이를 포함하는 전자 장치에 대한 것이다. An exemplary embodiment relates to a lighting device and an electronic device including the same.

최근, 인간이나 기타 사물 등의 객체 인식에 있어, 정밀한 3차원 형상 인식에 의해, 객체의 형상, 위치나 움직임 등을 정확히 식별해야 할 필요성이 점차적으로 높아지고 있다. 예를 들어, 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 부품들을 포함하는 조명 장치가 함께 전자 장치에 구비되고 있다. 3차원 영상 인식을 하는 센서에는 레이저가 많이 사용된다.In recent years, in the recognition of objects such as humans and other objects, the necessity to accurately identify the shape, position or movement of an object is gradually increasing due to precise three-dimensional shape recognition. For example, there is a demand for various sensors such as an iris recognition sensor, a facial sensor, and a depth sensor in mobile and wearable devices, and a lighting device including several light sources and optical components for this purpose Is provided in the electronic device together. A laser is widely used in a sensor for 3D image recognition.

또한, 스마트 폰(smart phone)의 디스플레이는 전면 디스플레이(full screen display) 향으로 베젤 없는 스크린으로 발전하는 추세이며, 기기의 전면 대부분이 표시면으로 사용 됨에 따라 조명 장치를 적절히 배치하는 것이 용이하지 않다.In addition, the display of the smart phone (smart phone) is a trend toward the development of a bezel-free screen toward the full screen display, and it is not easy to properly arrange the lighting device as most of the front of the device is used as a display surface. .

예시적인 실시예는 디스플레이 배면에 배치되는 조명 장치를 제공한다.An exemplary embodiment provides a lighting device disposed on the back of a display.

예시적인 실시예는 디스플레이 배면에 배치되는 조명 장치를 포함하는 전자장치를 제공한다. An exemplary embodiment provides an electronic device including a lighting device disposed on the rear surface of a display.

예시적인 실시예에 따른 조명 장치는, 광원; 상기 광원으로부터 출사된 광을 면 광으로 만드는 면 광원층; 상기 면 광원층으로부터 나온 광을 포커싱하는 포커싱 렌즈; 상기 포커싱 렌즈에 의해 포커싱된 광이 통과하는 어퍼처를 포함하는 디스플레이 패널;을 포함한다.A lighting device according to an exemplary embodiment includes a light source; A surface light source layer that converts light emitted from the light source into surface light; A focusing lens that focuses light from the surface light source layer; And a display panel including an aperture through which light focused by the focusing lens passes.

상기 면 광원층은 상기 포커싱 렌즈의 초점 거리에 배치될 수 있다.The surface light source layer may be disposed at a focal length of the focusing lens.

상기 면 광원층은 구조광 형성을 위한 패턴을 가지는 마스크를 포함할 수 있다.The surface light source layer may include a mask having a pattern for forming structured light.

상기 마스크는 광을 투과시키거나 차단하도록 서로 다른 투광도를 가지는 물질을 포함하는 진폭 마스크일 수 있다.The mask may be an amplitude mask including materials having different transmittances to transmit or block light.

상기 면 광원층은 확산부를 포함할 수 있다.The surface light source layer may include a diffusion portion.

상기 확산부는 마이크로 렌즈 어레이, 메타 렌즈 어레이, 또는 랜덤 광학 구조를 포함할 수 있다.The diffusion unit may include a micro lens array, a meta lens array, or a random optical structure.

상기 마이크로 렌즈 어레이 또는 메타 렌즈 어레이는 상기 디스플레이 패널의 픽셀의 피치와 같거나 작은 크기를 가질 수 있다.The micro lens array or the meta lens array may have a size equal to or smaller than the pitch of the pixels of the display panel.

상기 랜덤 광학 구조는 그레인을 포함하며, 상기 그레인은 상기 광원으로부터의 광의 파장의 2배 이하의 평균 사이즈를 가질 수 있다.The random optical structure includes grains, and the grains may have an average size of 2 times or less the wavelength of light from the light source.

상기 랜덤 광학 구조는 투과 위상을 가지는 메타 표면을 포함할 수 있다.The random optical structure may include a meta surface having a transmission phase.

상기 어퍼처는 0.5mm 이하의 직경을 가질 수 있다.The aperture may have a diameter of 0.5 mm or less.

상기 포커싱 렌즈는 굴절 렌즈, 프레넬 렌즈 또는 메타 렌즈를 포함할 수 있다.The focusing lens may include a refractive lens, a Fresnel lens, or a meta lens.

상기 메타 렌즈는 복수 개의 나노 구조체를 포함하고, 상기 복수 개의 나노 구조체는 상기 광의 파장의 1/2이하의 피치와 3/4이하의 높이를 가질 수 있다.The meta lens may include a plurality of nanostructures, and the plurality of nanostructures may have a pitch of 1/2 or less of the wavelength of the light and a height of 3/4 or less.

상기 나노 구조체는 주변 물질의 굴절률보다 0.5 이상 큰 굴절률을 가질 수 있다.The nanostructure may have a refractive index of 0.5 or more greater than that of the surrounding material.

상기 어퍼처가 상기 디스플레이 패널의 하나의 픽셀을 기준으로 20×20 픽셀 이하의 영역에 대응되게 구비될 수 있다.The aperture may be provided to correspond to an area of 20 × 20 pixels or less based on one pixel of the display panel.

상기 포커싱 렌즈가 서브파장의 형상 치수를 가지는 복수 개의 나노 구조체를 포함할 수 있다. The focusing lens may include a plurality of nanostructures having a shape dimension of a sub-wavelength.

상기 광원의 후방에 히트 싱크가 더 구비될 수 있다.A heat sink may be further provided at the rear of the light source.

예시적인 실시예에 따른 전자 장치가, 광을 피사체에 조사하는 조명 장치; 상기 피사체로부터 반사된 광을 수광하는 센서; 상기 센서에서 수광한 광으로부터 상기 피사체에 대한 정보 획득을 위한 연산을 수행하는 프로세서;를 포함하고, 상기 조명 장치가, 광원, 상기 광원으로부터 출사된 광을 면 광으로 만드는 면 광원층, 상기 면 광원층으로부터 나온 광을 포커싱하는 포커싱 렌즈, 상기 포커싱 렌즈에 의해 포커싱된 광이 통과하는 어퍼처를 포함하는 디스플레이 패널을 포함한다.An electronic device according to an exemplary embodiment includes an illumination device that irradiates light onto a subject; A sensor that receives light reflected from the subject; It includes; a processor for performing an operation for obtaining information on the subject from the light received by the sensor; including, the lighting device, a light source, a surface light source layer to make the light emitted from the light source into surface light, the surface light source It includes a focusing lens for focusing light from the layer, a display panel including an aperture through which the light focused by the focusing lens passes.

예시적인 실시예에 따른 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.The lighting device according to the exemplary embodiment may emit light from a light source disposed on the rear surface of the display panel to the front surface of the display panel. Therefore, light sources required for various sensors can be effectively disposed without affecting the size of the display surface of the display panel.

예시적인 실시예에 따른 조명 장치는 베젤 없는(bezel-less) 타입의 모바일 기기 등에 채용될 수 있다.The lighting device according to the exemplary embodiment may be employed in a bezel-less type mobile device or the like.

도 1은 예시적인 실시예에 따른 조명 장치를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 예시적인 실시에에 따른 조명 장치의 확산부로 채용된 마이크로 렌즈 어레이를 도시한 것이다.
도 3은 예시적인 실시에에 따른 조명 장치의 확산부로 채용된 메타 렌즈 어레이를 도시한 것이다.
도 4는 예시적인 실시예에 따른 조명 장치의 확산부로 채용된 랜덤 광학 구조를 도시한 것이다.
도 5는 예시적인 실시예에 따른 조명 장치의 디스플레이 패널을 개략적으로 도시한 것이다.
도 6은 내지 도 14는 예시적인 실시예에 따른 조명 장치의 발광 광원 어레이 소자의 메타 표면층의 나노 구조체의 다양한 예들을 도시한 것이다.
도 15는 도 1에 도시된 조명 장치에 히트 싱크가 더 구비된 예를 도시한 것이다.
도 16은 일 실시예에 따른 전자 장치를 개략적으로 도시한 것이다.
도 17는 다른 실시예에 따른 전자 장치를 개략적으로 도시한 것이다.
도 18은 일 실시예에 따른 전자 장치의 외형을 예시적으로 보이는 사시도이다.1 schematically illustrates a lighting device according to an exemplary embodiment.
Fig. 2 shows a micro lens array employed as a diffuser of a lighting device according to an exemplary embodiment.
Fig. 3 shows a meta lens array employed as a diffuser of a lighting device according to an exemplary embodiment.
Fig. 4 shows a random optical structure employed as a diffuser of a lighting device according to an exemplary embodiment.
Fig. 5 schematically shows a display panel of a lighting device according to an exemplary embodiment.
6 to 14 show various examples of nanostructures of the meta surface layer of the light emitting array element of the lighting device according to the exemplary embodiment.
15 illustrates an example in which the heat sink is further provided in the lighting device illustrated in FIG. 1.
16 schematically illustrates an electronic device according to an embodiment.
17 schematically illustrates an electronic device according to another embodiment.
18 is a perspective view illustrating an external appearance of an electronic device according to an embodiment.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 다양한 실시예에 따른 조명 장치 및 이를 포함한 전자 장치에 대해 상세히 설명한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다. 제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.Hereinafter, a lighting device according to various embodiments and an electronic device including the same will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The same reference numerals in the drawings below refer to the same components, and the size of each component in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience of description. Terms such as first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by terms. The terms are used only to distinguish one component from other components.

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, 도면에서 각 구성요소의 크기나 두께는 설명의 명료성을 위하여 과장되어 있을 수 있다. 또한, 소정의 물질층이 기판이나 다른 층 상에 존재한다고 설명될 때, 그 물질층은 기판이나 다른 층에 직접 접하면서 존재할 수도 있고, 그 사이에 다른 제3의 층이 존재할 수도 있다. 그리고, 아래의 실시예에서 각 층을 이루는 물질은 예시적인 것이므로, 이외에 다른 물질이 사용될 수도 있다. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. Also, when a part “includes” a certain component, this means that other components may be further included rather than excluding other components, unless otherwise specified. In addition, the size or thickness of each component in the drawings may be exaggerated for clarity of explanation. In addition, when it is described that a predetermined material layer is present on a substrate or other layer, the material layer may be present in direct contact with the substrate or other layer, and another third layer may be present therebetween. In addition, since the materials forming each layer in the examples below are exemplary, other materials may be used.

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.In addition, terms such as “... unit” and “module” described in the specification mean a unit that processes at least one function or operation, which may be implemented in hardware or software, or a combination of hardware and software. .

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.The specific implementations described in this embodiment are examples and do not limit the technical scope in any way. For brevity of the specification, descriptions of conventional electronic configurations, control systems, software, and other functional aspects of the systems may be omitted. In addition, the connection or connection members of the lines between the components shown in the drawings are illustrative examples of functional connections and / or physical or circuit connections. In the actual device, alternative or additional various functional connections, physical It can be represented as a connection, or circuit connections.

“상기”의 용어 및 이와 유사한 지시 용어의 사용은 단수 및 복수 모두에 해당하는 것일 수 있다. The use of the term “above” and similar indication terms may correspond to both singular and plural.

방법을 구성하는 단계들은 설명된 순서대로 행하여야 한다는 명백한 언급이 없다면, 적당한 순서로 행해질 수 있다. 또한, 모든 예시적인 용어(예를 들어, 등등)의 사용은 단순히 기술적 사상을 상세히 설명하기 위한 것으로서 청구항에 의해 한정되지 않는 이상 이러한 용어로 인해 권리 범위가 한정되는 것은 아니다.The steps that make up the method can be done in a suitable order, unless there is a clear indication that they should be done in the order described. In addition, the use of all exemplary terms (eg, etc.) is merely for describing the technical idea in detail, and the scope of rights is not limited by these terms unless it is limited by the claims.

도 1은 일 실시예에 따른 조명 장치를 개략적으로 도시한 것이다.1 schematically illustrates a lighting device according to an embodiment.

조명 장치는 광원(110), 광원(110)으로부터 나온 광을 면 광으로 만들어 주는 면 광원층(120), 면 광원층(120)으로부터 나온 광을 포커싱하는 포커싱 렌즈(140)를 포함한다. 포커싱 렌즈(140)는 영상을 형성하는 디스플레이 패널(150)에 구비된 어퍼처(155)에 광을 포커싱하여 통과시키도록 구성될 수 있다. 면 광원층(120)과 포커싱 렌즈(140) 사이에 투명층(130)이 더 구비될 수 있다. 투명층(130)은 면 광원층(120)과 포커싱 렌즈(140)를 지지함과 아울러 면 광원층(120)을 통과한 광이 포커싱 렌즈(140)로 전달되도록 할 수 있다.The lighting device includes a light source 110, a surface light source layer 120 that converts light from the light source 110 into surface light, and a focusing lens 140 that focuses light from the surface light source layer 120. The focusing lens 140 may be configured to focus and pass light to the aperture 155 provided in the display panel 150 forming an image. A transparent layer 130 may be further provided between the surface light source layer 120 and the focusing lens 140. The transparent layer 130 may support the surface light source layer 120 and the focusing lens 140 and allow light passing through the surface light source layer 120 to be transmitted to the focusing lens 140.

광원(110)은 복수의 발광 요소(113)들의 어레이로 이루어질 수 있다. 발광 요소(113)는 LED 혹은 레이저 광을 방출하는 레이저 다이오드일 수 있다. 발광 요소(113)는 예를 들어, 수직 캐비티 표면 발광 레이저(Vertical Cavity Surface Emitting Laser; VCSEL)일 수 있다. 발광 요소(113)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(113)는 3차원 형상 인식 센서에 적용 시, 대략 850 nm 또는 940nm의 레이저 광을 출사할 수 있고, 또는, 근적외선 혹은 가시광 파장대역의 광을 출사할 수 있다. 발광 요소(113)에서 출사하는 광의 파장은 특별히 한정되지 않으며, 원하는 파장 대역의 광을 다양하게 출사할 수 있다.The light source 110 may be formed of an array of a plurality of light emitting elements 113. The light emitting element 113 can be an LED or a laser diode that emits laser light. The light emitting element 113 may be, for example, a vertical cavity surface emitting laser (VCSEL). The light emitting element 113 may include, for example, an active layer made of a III-V semiconductor material or a II-VI semiconductor material and having a multi-quantum well structure, but is not limited thereto. It is not. When applied to the 3D shape recognition sensor, the light emitting element 113 may emit laser light of approximately 850 nm or 940 nm, or may emit light in the near infrared or visible wavelength band. The wavelength of light emitted from the light emitting element 113 is not particularly limited, and light of a desired wavelength band can be variously emitted.

면 광원층(120)은 예를 들어, 특정한 패턴을 가지는 마스크를 포함할 수 있다. 마스크에 의해 패턴광을 만들어 구조광을 형성할 수 있다. 마스크는 빛을 투과시키거나 차단시키는 서로 다른 투광도를 가지는 물질로 구성된 진폭 마스크(amplitude mask)일 수 있다. The surface light source layer 120 may include, for example, a mask having a specific pattern. A structured light can be formed by making a patterned light by a mask. The mask may be an amplitude mask composed of materials having different transmittances that transmit or block light.

또는, 면 광원층(120)은 확산부(diffuser)를 포함할 수 있다. 도 2 내지 도 4는 확산부의 예들을 도시한 것이다. 확산부는 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이 마이크로 렌즈 어레이(124)를 포함할 수 있다. 마이크로 렌즈 어레이(124)는 마이크로 단위의 렌즈(124a)들이 배열되어 구성될 수 있다. 도 3을 참조하면, 확산부는 메타 렌즈 어레이(125)를 포함할 수 있다. 메타 렌즈 어레이(125)는 서브파장의 형상 치수를 가지는 복수의 나노 구조체(125a)를 포함할 수 있다. 여기서, 서브파장의 형상 치수라 함은 나노 구조체(125a)의 형상을 정의하는 치수인 두께나 폭이, 광원(110)에서 출사되는 광의 파장보다 작은 것, 예를 들어 1/2 파장보다 작은 것을 나타낼 수 있다. Alternatively, the surface light source layer 120 may include a diffuser. 2 to 4 show examples of the diffusion unit. The diffusion unit may include, for example, a micro lens array 124 as illustrated in FIG. 2. The micro lens array 124 may be configured by arranging micro unit lenses 124a. Referring to FIG. 3, the diffusion unit may include a meta lens array 125. The meta lens array 125 may include a plurality of nano structures 125a having a shape dimension of a sub-wavelength. Here, the shape dimension of the sub-wavelength is a dimension that defines the shape of the nanostructure 125a, the thickness or width being smaller than the wavelength of light emitted from the light source 110, for example, smaller than 1/2 wavelength. Can be represented.

나노 구조체(125a)는 주변 물질(예를 들어, 공기)보다 높은 굴절률을 가지는 물질로 이루어지며, 서브파장의 형상 치수, 구체적인 형상, 배열 형태 등에 의해 소정 파장 대역의 광을 확산시키는 역할을 할 수 있다. 나노 구조체(125a)는 일종의 메타 구조(meta-structure)를 가질 수 있다. 나노 구조체(125a)의 두께, 폭, 배치 간격(즉, pitch) 중 적어도 어느 하나는 광의 파장(λ)의 1/2 이하일 때 메타 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 나노 구조체(125a)의 폭이 광의 파장(λ)의 1/2 이하일 때, 산란 단위로 동작할 수 있으며, 배치 간격이 파장보다 작아질수록, 고차 회절이 없이 입사한 빛을 원하는 형태로 제어할 수 있다. 그러나, 나노 구조체(125a)의 폭이 이에 한정되지는 않는다. The nano-structure 125a is made of a material having a higher refractive index than surrounding materials (for example, air), and may serve to diffuse light in a predetermined wavelength band by shape dimensions, specific shapes, and arrangement shapes of sub-wavelengths. have. The nano-structure 125a may have a kind of meta-structure. At least one of the thickness, width, and spacing (ie, pitch) of the nanostructure 125a may have a meta structure when it is 1/2 or less of the wavelength (λ) of light. For example, when the width of the nanostructure 125a is 1/2 or less of the wavelength (λ) of light, it may operate in scattering units, and as the spacing between the arrangements becomes smaller than the wavelength, desired incident light without higher order diffraction is desired. Form. However, the width of the nanostructure 125a is not limited thereto.

나노 구조체(125a)는 유전체나 반도체 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 나노 구조체(125a)는 단결정 실리콘(single crystal silicon), 다결정 실리콘(poly-crystalline Si), 비정질 실리콘(amorphous Si), Si₃N₄, GaP, TiO₂, AlSb, AlAs, AlGaAs, AlGaInP, BP, ZnGeP₂ 중 어느 하나의 물질을 포함할 수 있다. 또는, 나노 구조체(125a)는 전도성 물질로 이루어질 수도 있다. 전도성 물질로는 표면 플라즈몬 여기(surface plasmon excitation)가 일어날 수 있는 도전성이 높은 금속 물질이 채용될 수 있다. 예컨대, Cu, Al, Ni, Fe, Co, Zn, Ti, Ru, Rh, Pd, Pt, Ag, Os, Ir, Pt, Au 중에서 선택된 적어도 어느 하나가 채용될 수 있고, 이들 중 어느 하나를 포함하는 합금으로 이루어질 수도 있다. 또한, 그래핀(graphene)과 같이 전도성이 좋은 이차원 물질, 또는, 전도성 산화물이 채용될 수도 있다. 또는, 나노 구조체(125a) 중 일부는 고굴절률의 유전체 물질로 이루어지고, 다른 일부는 전도성 물질로 이루어지는 것도 가능하다. The nano structure 125a may include a dielectric material or a semiconductor material. For example, the nanostructure 125a is single crystal silicon, poly-crystalline Si, amorphous silicon, Si ₃ N ₄ , GaP, TiO ₂ , AlSb, AlAs, AlGaAs, AlGaInP, BP, ZnGeP ₂ may include any one material. Alternatively, the nanostructure 125a may be made of a conductive material. As the conductive material, a highly conductive metal material capable of surface plasmon excitation may be employed. For example, at least one selected from Cu, Al, Ni, Fe, Co, Zn, Ti, Ru, Rh, Pd, Pt, Ag, Os, Ir, Pt, and Au may be employed, and any one of them may be included. It may be made of an alloy. In addition, a two-dimensional material having good conductivity, such as graphene, or a conductive oxide may be employed. Alternatively, some of the nanostructures 125a may be made of a high refractive index dielectric material, and other parts may be made of a conductive material.

도 4는 확산부가 랜덤 광학 구조(126)를 포함하는 예를 도시한 것이다. 랜덤 광학 구조(126)는 그레인(grain)이 랜덤하게 배열된 구조를 가질 수 있다. 그레인이 예를 들어 광원(110)으로부터의 광의 파장의 2배 이하의 평균 사이즈를 가질 수 있다. 또는, 랜덤 광학 구조(126)는 랜덤한 투과 위상(phase)을 가지는 메타 표면을 포함할 수 있다. 4 shows an example in which the diffusing portion includes a random optical structure 126. The random optical structure 126 may have a structure in which grains are randomly arranged. The grain may have, for example, an average size of 2 times or less the wavelength of light from the light source 110. Or, the random optical structure 126 may include a meta surface having a random transmission phase.

면 광원층(120)이 확산부를 포함하는 경우, 광원(110)에서의 광이 플러드 조명(flood illumination)으로 피사체에 전달되도록 할 수 있다. When the surface light source layer 120 includes a diffusion unit, light from the light source 110 may be transmitted to a subject by flood illumination.

확산부가 마이크로 렌즈 어레이(124) 또는 메타 렌즈 어레이(125)를 포함하는 경우, 마이크로 렌즈(124a)의 배열 피치(P1) 또는 나노 구조체(125a)의 배열 피치(P2)가 광원(110)의 발광 요소(113)들의 배열의 피치(P3)와 같거나 작을 수 있다. 나노 구조체(125a)의 배열 피치(P2)는 나노 구조체(125a)의 배열이 주기적으로 반복될 때, 주기적 배열 간격을 나타낼 수 있다. 나노 구조체(125a)는 하나의 배열 주기에서, 같은 크기를 가질 수도 있고, 다른 크기를 가질 수도 있다. When the diffusion portion includes the micro lens array 124 or the meta lens array 125, the array pitch P1 of the micro lens 124a or the array pitch P2 of the nanostructure 125a is emitted from the light source 110 The pitch P3 of the arrangement of the elements 113 may be equal to or less than the pitch P3. The arrangement pitch P2 of the nanostructure 125a may indicate a periodic arrangement interval when the arrangement of the nanostructure 125a is periodically repeated. The nanostructures 125a may have the same size or different sizes in one arrangement cycle.

디스플레이 패널(150)은 영상을 형성 및 표시할 수 있다. 도 5를 참조하면, 디스플레이 패널(150)은 복수 개의 픽셀(PX)을 포함할 수 있다. 디스플레이 패널(150)은 적어도 하나의 어퍼처(155)를 포함할 수 있다. 어퍼처(155)는 광원(110)으로부터의 광이 그대로 통과하도록 할 수 있다. 어퍼처(155)는 예를 들어, 하나의 픽셀(PX)에 구비될 수 있다. 하지만, 여기에 한정되는 것은 아니고, 어퍼처(155)가 소정 개수의 픽셀에 구비되는 것도 가능하다. 예를 들어, 어퍼처(155)가 20Х20 픽셀 이하의 영역에 구비될 수 있다. 어퍼처(155)는 사람의 눈으로 인지되지 않는 사이즈를 가질 수 있다. The display panel 150 can form and display an image. Referring to FIG. 5, the display panel 150 may include a plurality of pixels PX. The display panel 150 may include at least one aperture 155. The aperture 155 may allow light from the light source 110 to pass through. The aperture 155 may be provided in one pixel PX, for example. However, the present invention is not limited thereto, and the aperture 155 may be provided in a predetermined number of pixels. For example, the aperture 155 may be provided in an area of 20 X 20 pixels or less. The aperture 155 may have a size that is not perceived by the human eye.

디스플레이 패널(150)은 예를 들어, OLED와 같은 디스플레이 요소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 어퍼처(155)가 OLED와 같은 디스플레이의 공통 전극 층을 제거한 영역일 수 있다. 디스플레이 요소는 영상 정보에 따라 전기적으로 온/오프 제어되는 복수의 영역으로 구획되며, 이러한 영역을 픽셀(px)로 지칭할 수 있다. 디스플레이 패널(150)은 상세히 도시되지는 않았으나 디스플레이 요소와 이를 제어하기 위한 회로 요소들을 포함하며, 이에 포함되는 금속 물질에 의해 불투명 영역이 될 수 있다. 즉, 디스플레이 패널(150)의 하부에서 광원(110)으로부터 픽셀(px)로 입사된 광은 디스플레이 패널(150)의 전면으로 출사되지 못한다. 어퍼처(155)는 광원(110)으로부터의 광을 투과시킬 수 있는 영역이다. 따라서, 어퍼처(155)로 입사된 광은 디스플레이 패널(150) 전면으로 출사될 수 있다. The display panel 150 may include display elements such as OLEDs. For example, the aperture 155 may be an area in which a common electrode layer of a display such as an OLED is removed. The display element is divided into a plurality of regions that are electrically on / off controlled according to image information, and these regions may be referred to as pixels (px). The display panel 150 is not shown in detail, but includes a display element and circuit elements for controlling the display element, and may be an opaque region by a metal material included therein. That is, the light incident from the light source 110 to the pixel (px) at the bottom of the display panel 150 is not emitted to the front surface of the display panel 150. The aperture 155 is an area through which light from the light source 110 can be transmitted. Therefore, light incident on the aperture 155 may be emitted to the front of the display panel 150.

도 5에서 p3은 디스플레이 패널(150)의 픽셀(px)의 피치 간격을 나타낸다. In FIG. 5, p3 represents the pitch spacing of pixels (px) of the display panel 150.

면 광원층(120)은 광을 확산시켜 광도가 균일하도록 조명할 수 있다. 예를 들어, 면 광원층(120)을 통과한 광의 확산각은 10도 내지 30도일 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 면 광원층(120)을 통과한 광의 확산각은은 60도보다 클 수 있다. 면 광원층(120)은 포커싱 렌즈(140)의 초점 거리에 배치될 수 있다.The surface light source layer 120 may diffuse light to illuminate the light intensity to be uniform. For example, the diffusion angle of light passing through the surface light source layer 120 may be 10 degrees to 30 degrees. However, the present invention is not limited thereto, and the diffusion angle of light passing through the surface light source layer 120 may be greater than 60 degrees. The surface light source layer 120 may be disposed at a focal length of the focusing lens 140.

포커싱 렌즈(140)는 면 광원층(120)으로부터 조사된 확산된 광을 평행하게 혹은 포커싱하여 디스플레이 패널(150)의 어퍼처(155)를 통과하도록 적절하게 편향(deflect)시킬 수 있다. 포커싱 렌즈(140)를 통과할 때, 가장 크게 편향되어서 어퍼처(155)를 통과하는 빛의 각도가 전체 프로젝터(projector)의 시야각(Field of View)을 결정할 수 있다. 포커싱 렌즈(140)에 의해 광의 사이즈가 작게 될 수 있다. 따라서, 포커싱 렌즈(140)에 의해 광을 포커싱함으로써 어퍼처(155)의 사이즈를 작게 하여도 광이 통과될 수 있다. 예를 들어, 어퍼처(155)는 0.5mm 이하의 직경을 가질 수 있다. 또는, 어퍼처(155)는 0.4mm 이하의 직경을 가질 수 있다. 포커싱 렌즈(140)는 예를 들어, 굴절 렌즈, 프레넬 렌즈 또는 메타 렌즈를 포함할 수 있다. The focusing lens 140 may appropriately deflect the diffused light irradiated from the surface light source layer 120 to pass through the aperture 155 of the display panel 150 in parallel or focusing. When passing through the focusing lens 140, the angle of light passing through the aperture 155 is the most deflected, so that the field of view of the entire projector can be determined. The size of the light may be reduced by the focusing lens 140. Therefore, by focusing the light by the focusing lens 140, even if the size of the aperture 155 is reduced, light can pass through. For example, the aperture 155 may have a diameter of 0.5 mm or less. Alternatively, the aperture 155 may have a diameter of 0.4 mm or less. The focusing lens 140 may include, for example, a refractive lens, a Fresnel lens, or a meta lens.

포커싱 렌즈(140)가 메타 렌즈로 구성된 경우에 대해 설명한다. The case where the focusing lens 140 is composed of a meta lens will be described.

도 6은 메타 렌즈의 일 예를 보여주는 사시도이다. 6 is a perspective view showing an example of a meta lens.

도 6을 참조하면, 메타 렌즈(141)는 지지층(141a) 및 지지층(141a) 상에 구비된 복수의 나노 구조체(141b)를 포함할 수 있다. 지지층(141a)은 도 1에 도시된 투명층(130)으로 대체되는 것도 가능하며, 또는 투명층(130)과 별도로 구비되는 것도 가능하다. 나노 구조체(141b)는 원기둥, 타원기둥, 사각기둥 등 다양한 형태를 가질 수 있다. 여기서는, 나노 구조체(141b)가 원기둥 형태를 갖는 경우가 도시되어 있다. 나노 구조체(141b)는 주변 물질(예를 들어, 공기)보다 높은 굴절률을 가지는 물질로 이루어지며, 서브파장의 형상 치수, 구체적인 형상, 배열 형태 등을 포함할 수 있다. 나노 구조체(141b)는 일종의 메타 구조(meta-structure)를 가질 수 있다. 나노 구조체(141b)의 두께, 폭, 배치 간격(즉, pitch) 중 적어도 어느 하나는 광의 파장(λ)의 1/2 이하의 사이즈를 가질 수 있다. 예를 들어, 나노 구조체(141b)의 폭이 광의 파장(λ)의 1/2 이하일 때, 산란 단위로 동작할 수 있으며, 배치 간격이 파장보다 작아질수록, 고차 회절이 없이 입사한 빛을 원하는 형태로 제어할 수 있다. 그러나, 나노 구조체(141b)의 폭이 이에 한정되지는 않는다. Referring to FIG. 6, the meta lens 141 may include a support layer 141a and a plurality of nano structures 141b provided on the support layer 141a. The support layer 141a may be replaced with the transparent layer 130 illustrated in FIG. 1, or may be provided separately from the transparent layer 130. The nano structure 141b may have various shapes such as a cylinder, an elliptical column, and a square column. Here, the case where the nanostructure 141b has a cylindrical shape is illustrated. The nanostructure 141b is made of a material having a refractive index higher than that of the surrounding material (eg, air), and may include a shape dimension, a specific shape, and an arrangement form of a subwavelength. The nano-structure 141b may have a kind of meta-structure. At least one of the thickness, width, and spacing (ie, pitch) of the nanostructure 141b may have a size of 1/2 or less of the wavelength λ of light. For example, when the width of the nanostructure 141b is less than 1/2 of the wavelength (λ) of light, it may operate in scattering units, and as the arrangement interval becomes smaller than the wavelength, desired incident light without higher order diffraction is desired. Form. However, the width of the nanostructure 141b is not limited thereto.

나노 구조체(141b)는 유전체나 반도체 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 나노 구조체(141b)는 단결정 실리콘(single crystal silicon), 다결정 실리콘(poly-crystalline Si), 비정질 실리콘(amorphous Si), Si₃N₄, GaP, TiO₂, AlSb, AlAs, AlGaAs, AlGaInP, BP, ZnGeP₂ 중 어느 하나의 물질을 포함할 수 있다. 또는, 나노 구조체(141b)는 전도성 물질로 이루어질 수도 있다. 전도성 물질로는 표면 플라즈몬 여기(surface plasmon excitation)가 일어날 수 있는 도전성이 높은 금속 물질이 채용될 수 있다. 예컨대, Cu, Al, Ni, Fe, Co, Zn, Ti, Ru, Rh, Pd, Pt, Ag, Os, Ir, Pt, Au 중에서 선택된 적어도 어느 하나가 채용될 수 있고, 이들 중 어느 하나를 포함하는 합금으로 이루어질 수도 있다. 또한, 그래핀(graphene)과 같이 전도성이 좋은 이차원 물질, 또는, 전도성 산화물이 채용될 수도 있다. 또는, 나노 구조체(141b) 중 일부는 고굴절률의 유전체 물질로 이루어지고, 다른 일부는 전도성 물질로 이루어지는 것도 가능하다. 나노 구조체(141b)는 예를 들어, 주변 물질의 굴절률보다 0.5 이상 큰 굴절률을 가질 수 있다.The nano-structure 141b may include a dielectric or semiconductor material. For example, the nanostructure 141b is single crystal silicon, poly-crystalline Si, amorphous silicon, Si ₃ N ₄ , GaP, TiO ₂ , AlSb, AlAs, AlGaAs, AlGaInP, BP, ZnGeP ₂ may include any one material. Alternatively, the nanostructure 141b may be made of a conductive material. As the conductive material, a highly conductive metal material capable of surface plasmon excitation may be employed. For example, at least one selected from Cu, Al, Ni, Fe, Co, Zn, Ti, Ru, Rh, Pd, Pt, Ag, Os, Ir, Pt, and Au may be employed, and any one of them may be included. It may be made of an alloy. In addition, a two-dimensional material having good conductivity, such as graphene, or a conductive oxide may be employed. Alternatively, some of the nanostructures 141b may be made of a high refractive index dielectric material, and other parts may be made of a conductive material. The nano-structure 141b may have, for example, a refractive index of 0.5 or more greater than that of the surrounding material.

도 7은 다른 예의 메타 렌즈를 보여주는 단면도이다. 7 is a cross-sectional view showing another example meta lens.

도 7을 참조하면, 메타 렌즈(142)는 지지층(142a) 및 지지층(142a) 상에 구비된 복수의 나노 구조체(142b)들을 포함할 수 있다. 도 7에서는 나노 구조체(142b)들이 사각 격자 형태로 배열된 예를 보인 것이다. 이 밖에도 나노 구조체(142b)들이 육각 격자 형태로 배열되는 것도 가능하며, 배열 형태는 다양하게 변경될 수 있다.Referring to FIG. 7, the meta lens 142 may include a support layer 142a and a plurality of nano structures 142b provided on the support layer 142a. 7 shows an example in which the nanostructures 142b are arranged in a square grid shape. In addition, the nanostructures 142b may be arranged in a hexagonal lattice shape, and the arrangement shape may be variously changed.

도 8은 다른 예의 메타 렌즈에 적용될 수 있는 나노 구조체의 구조를 보여주는 사시도이다. 8 is a perspective view showing the structure of a nanostructure that can be applied to another example meta lens.

도 8을 참조하면, 나노 구조체(143)는 XY 평면 상에 제1 방향, 예컨대, X축 방향으로 장축을 가질 수 있고, 제2 방향, 예컨대, Y축 방향으로 단축을 가질 수 있다. 장축 방향으로의 치수를 길이(L)라 할 수 있고, 단축 방향으로의 치수를 폭(W)이라 할 수 있다. 한편, Z축 방향으로의 치수는 두께(T) 또는 높이(H)라 할 수 있다. 길이(L)는 폭(W)보다 클 수 있고, XY 평면 상에서 나노 구조체(143)는 타원형 또는 그와 유사한 형태를 가질 수 있다. 이러한 나노 구조체(143)는 비등방성(anisotropic) 구조를 갖는다고 할 수 있다. Referring to FIG. 8, the nanostructure 143 may have a long axis in a first direction, for example, the X-axis direction, and a short axis in a second direction, for example, the Y-axis direction, on the XY plane. The dimension in the long axis direction may be referred to as the length L, and the dimension in the short axis direction may be referred to as the width W. Meanwhile, the dimension in the Z-axis direction may be referred to as thickness (T) or height (H). The length L may be larger than the width W, and the nanostructure 143 on the XY plane may have an oval shape or the like. The nanostructure 143 may be said to have an anisotropic structure.

나노 구조체(143)의 폭(W), 길이(L) 및/또는 두께(T)는 광원(110)으로부터의 광의 파장(λ)의 1/2 이하일 수 있다. 또한, 나노 구조체(143)가 규칙적으로 배열될 때, 인접한 두 개의 나노 구조체(143) 사이의 간격(중심 사이의 간격)도 광의 파장(λ)의 1/2 이하일 수 있다. The width (W), length (L), and / or thickness (T) of the nanostructure 143 may be 1/2 or less of the wavelength (λ) of light from the light source 110. In addition, when the nanostructures 143 are regularly arranged, the distance between two adjacent nanostructures 143 (the distance between the centers) may also be less than 1/2 of the wavelength λ of light.

나노 구조체의 비등방성 구조는 다양하게 변화될 수 있다. 예컨대, XY 평면 상에서 나노 구조체는 타원형 모양이 아닌 다른 형태의 비등방성 구조를 가질 수 있다. 그 예들이 도 9 및 도 10에 도시되어 있다. The anisotropic structure of the nanostructure can be variously changed. For example, on the XY plane, the nanostructure may have an anisotropic structure of a different shape than the elliptical shape. Examples are shown in FIGS. 9 and 10.

도 9를 참조하면, 나노 구조체(144)는 사각기둥 모양을 가질 수 있다. 나노 구조체(144)는 XY 평면 상에서 직사각형 모양의 비등방성 구조를 가질 수 있다. Referring to FIG. 9, the nanostructure 144 may have a square column shape. The nanostructure 144 may have an anisotropic structure of a rectangular shape on the XY plane.

도 10을 참조하면, 나노 구조체(145)는 십자형 기둥 모양을 가질 수 있다. 이때, X축 방향으로의 길이(L)는 Y축 방향으로의 폭(W)보다 클 수 있다. 따라서, 나노 구조체(145)는 비등방성 구조를 갖는다고 할 수 있다. Referring to FIG. 10, the nanostructure 145 may have a cruciform column shape. At this time, the length L in the X-axis direction may be larger than the width W in the Y-axis direction. Therefore, it can be said that the nanostructure 145 has an anisotropic structure.

도 8 내지 도 10을 참조하여 설명한 바와 같이, 나노 구조체(143)(144)(145)가 비등방성 구조를 갖는 경우, 이들 각각의 어레이를 이용해서 광(출사광)의 편광 방향을 제어할 수 있다. 비등방성 구조를 갖는 나노 구조체(143)(144)(145)들을 특정 방향 및 방향의 변화 분포를 가지게 배열함으로써, 광(출사광)이 특정 편광 방향을 갖도록 제어할 수 있다. 그러나 여기에 도시한 나노 구조체(143)(144)(145)의 구조는 예시적인 것이고, 이는 다양하게 변화될 수 있다. As described with reference to FIGS. 8 to 10, when the nanostructures 143 and 144 and 145 have an anisotropic structure, polarization directions of light (emission light) can be controlled using each of these arrays. have. By arranging nanostructures 143, 144, and 145 having an anisotropic structure to have a specific direction and a change distribution in a direction, light (emission light) can be controlled to have a specific polarization direction. However, the structures of the nanostructures 143, 144, and 145 shown here are exemplary, and may be variously changed.

다양한 실시예에 따르면, 메타 렌즈는 메타 렌즈, 메타 프리즘, 또는 메타 회절 소자로 사용하도록 설계될 수 있다. 다시 말해, 메타 렌즈를 구성하는 복수의 나노 구조체의 크기 분포 및 배열 규칙은 메타 렌즈가 오목 렌즈나 볼록 렌즈, 프리즘, 회절 소자로 작용하도록 설계될 수 있다. According to various embodiments, the meta lens may be designed to be used as a meta lens, meta prism, or meta diffraction element. In other words, the size distribution and arrangement rules of the plurality of nanostructures constituting the meta lens may be designed such that the meta lens acts as a concave lens, a convex lens, a prism, or a diffraction element.

도 11은 다른 예의 메타 렌즈의 나노 구조체의 개략적인 구조를 보여주는 단면도이다. 11 is a cross-sectional view showing a schematic structure of a nano structure of another example meta lens.

도 11을 참조하면, 메타 렌즈(146)는 지지층(146a)과 지지층(146a) 상에 형성된 복수의 나노 구조체(146b)를 포함할 수 있다. 메타 렌즈(146)가 볼록 렌즈와 같은 역할을 하도록 나노 구조체(146b)의 크기 분포와 배열 규칙이 설정될 수 있다. 예를 들어, 복수의 나노 구조체(146b)의 폭(W)은 메타 렌즈(146)의 중심에서 소정 거리(d)만큼 멀어질수록 증가할 수 있다. 나노 구조체(146b)의 위치를 메타 렌즈(146)의 중심으로부터의 이격 거리(d)로 정의할 때, 주어진 위치에 있는 나노 구조체(146b)의 폭(W)은 메타 렌즈(146)가 볼록 렌즈로 동작하도록 구체적인 값으로 정해질 수 있다. 예를 들어, 메타 렌즈의 중심으로부터 멀어질 수록 나노 구조체(146b)의 폭(W)은 커질 수 있다. Referring to FIG. 11, the meta lens 146 may include a support layer 146a and a plurality of nano structures 146b formed on the support layer 146a. The size distribution and arrangement rules of the nano structure 146b may be set so that the meta lens 146 functions as a convex lens. For example, the width W of the plurality of nanostructures 146b may increase as the distance (d) increases from the center of the meta lens 146. When the position of the nanostructure 146b is defined as the distance d from the center of the meta lens 146, the width W of the nanostructure 146b at a given position is determined by the meta lens 146 being a convex lens. It can be set to a specific value to operate as. For example, as the distance from the center of the meta lens increases, the width W of the nanostructure 146b may increase.

또 다른 예로는, 도 11에서 설명한 나노 구조체(146)의 폭(W)의 변화 규칙이 반복될 수 있다. 그 예가 도 12에 도시되어 있다. As another example, the change rule of the width W of the nanostructure 146 described in FIG. 11 may be repeated. An example is shown in FIG. 12.

도 12를 참조하면, 메타 렌즈(147)는 지지층(147a)과 복수의 나노 구조체(147b)를 포함할 수 있고, 복수의 나노 구조체(147b)의 폭(W)은 메타 렌즈(147)의 중심에서 멀어질수록 소정 규칙에 따라 증가할 수 있다. 메타 렌즈(147)는 중심(O)에서 멀어지는 방향으로 거리에 따라 복수의 영역으로 분할될 수 있고, 상기 복수의 영역 각각에서 상기 복수의 나노 구조체(147b)의 폭(W)은 중심에서 멀어질수록 증가할 수 있다. 여기서는, 중심(d=0)에서 R1 위치까지 폭(W)이 증가하고, R1 위치에서 거리(d)가 증가할수록 다시 폭(W)이 증가하는 경우가 도시되어 있다. 폭(W)이 증가하는 규칙이 반복되는 주기는 일정하지 않고 변화될 수도 있다. 이러한 메타 렌즈(147)는 볼록 렌즈로 작용할 수 있다. Referring to FIG. 12, the meta lens 147 may include a support layer 147a and a plurality of nano structures 147b, and the width W of the plurality of nano structures 147b is the center of the meta lens 147 The further away from, it may increase according to certain rules. The meta lens 147 may be divided into a plurality of regions according to a distance in a direction away from the center O, and the width W of the plurality of nanostructures 147b in each of the plurality of regions may be far from the center. It may increase as it increases. Here, the case where the width W increases from the center (d = 0) to the R1 position and the distance W increases again as the distance d increases from the R1 position is illustrated. The period in which the rule in which the width W increases is repeated is not constant and may be changed. The meta lens 147 may function as a convex lens.

메타 렌즈(146)(147)가 볼록 렌즈와 같이 작용하는 경우, 광원(110)으로부터 출사된 광의 세기를 강화할 수 있고, 파면 프로파일을 제어할 수 있다. 메타 렌즈(146)(147)를 구성하는 복수의 나노 구조체의 크기 분포 및 배열 규칙 등을 조절함으로써, 메타 렌즈(146)(147)의 광학적 특성을 제어할 수 있고, 결과적으로, 출사광의 빔 정형(beam forming) 및 빔 쉐이핑(beam shaping)이 가능할 수 있다. When the meta lenses 146 and 147 act as convex lenses, the intensity of light emitted from the light source 110 can be enhanced, and the wavefront profile can be controlled. By adjusting the size distribution and arrangement rules of the plurality of nanostructures constituting the meta lenses 146 and 147, it is possible to control the optical properties of the meta lenses 146 and 147, and consequently, beam shaping of the emitted light. (beam forming) and beam shaping may be possible.

도 13은 다른 예의 메타 렌즈의 개략적인 구조를 보여주는 단면도이다. 13 is a cross-sectional view showing the schematic structure of another example meta lens.

도 13을 참조하면, 메타 렌즈(148)는 지지층(148a)과 지지층(148a) 상에 형성된 복수의 나노 구조체(148b)를 포함할 수 있다. 메타 렌즈(148)가 오목 렌즈와 같은 역할을 하도록 나노 구조체(148b)의 크기 분포와 배열 규칙이 설정될 수 있다. 예를 들어, 복수의 나노 구조체(148b)의 폭(W)은 메타 렌즈(148)의 중심에서 소정 거리(d)만큼 멀어질수록 감소할 수 있다. 중심(O)으로부터 멀어질수록 나노 구조체(148b)의 폭(W)은 감소할 수 있다. Referring to FIG. 13, the meta lens 148 may include a support layer 148a and a plurality of nano structures 148b formed on the support layer 148a. The size distribution and arrangement rules of the nano structure 148b may be set so that the meta lens 148 functions as a concave lens. For example, the width W of the plurality of nanostructures 148b may decrease as the distance (d) increases from the center of the meta lens 148. The width W of the nanostructure 148b may decrease as it moves away from the center O.

도 13에서 설명한 나노 구조체(148b)의 폭(W)의 변화 규칙은 반복될 수 있다. 그 일례가 도 14에 도시되어 있다. The rules for changing the width W of the nanostructure 148b described in FIG. 13 may be repeated. An example is shown in FIG. 14.

도 14를 참조하면, 메타 렌즈(149)는 지지층(149a)과 복수의 나노 구조체(149b)를 포함할 수 있고, 복수의 나노 구조체(149b)의 폭(W)은 메타 렌즈(149)의 중심(O)에서 멀어질수록 소정 규칙에 따라 감소할 수 있다. 메타 렌즈(149)는 중심(O)에서 멀어지는 방향으로 거리에 따라 복수의 영역으로 분할될 수 있고, 상기 복수의 영역 각각에서 상기 복수의 나노 구조체(149b)의 폭(W)은 중심(O)에서 멀어질수록 감소할 수 있다. 폭(W)이 감소하는 규칙이 반복되는 주기는 일정하지 않고 변화될 수도 있다. 이러한 메타 렌즈(149)는 오목 렌즈로 작용할 수 있다. Referring to FIG. 14, the meta lens 149 may include a support layer 149a and a plurality of nano structures 149b, and the width W of the plurality of nano structures 149b is the center of the meta lens 149 The distance from (O) may decrease according to a predetermined rule. The meta lens 149 may be divided into a plurality of regions according to a distance in a direction away from the center O, and in each of the plurality of regions, the width W of the plurality of nanostructures 149b is the center O It may decrease as you move away from. The period in which the rule in which the width W decreases is repeated is not constant and may be changed. The meta lens 149 may function as a concave lens.

도시하지는 않았지만, 메타 렌즈는 출사광을 편향(deflect)시키는 기능을 수행할 수 있도록, 복수의 나노 구조체의 치수, 배열이 정해질 수 있다. 복수의 나노 구조체의 폭이나 크기가 일 방향(수평 방향)을 따라 점진적으로 감소하거나 증가하도록 배열 규칙 및 크기 분포가 정해질 수 있다. 또한, 해당 배열이 하나의 주기 단위가 되어 수평 방향으로 반복될 수 있다. 메타 렌즈는 출사광의 빔 직경, 수렴/발산 형태, 방향 등의 광학 성능이 제어되도록 다양하게 조절될 수 있으며, 또한 출사광의 편광 방향이 제어되도록 조절될 수 있다.Although not shown, the meta lens may have a dimension and arrangement of a plurality of nanostructures so as to perform a function of deflecting emitted light. The arrangement rules and the size distribution may be determined such that the width or size of the plurality of nanostructures gradually decreases or increases along one direction (horizontal direction). In addition, the arrangement can be repeated in the horizontal direction as one period unit. The meta lens may be variously adjusted so that optical performances such as beam diameter, convergence / emission type, and direction of the exiting light are controlled, and may also be adjusted such that a polarization direction of the exiting light is controlled.

도 15는 도 1에 도시된 조명 장치에 히트 싱크가 더 구비된 예를 도시한 것이다. 광원(110)에서 발생되는 열을 방출하기 위해 히트 싱크(105)가 광원(110)의 후방에 더 구비될 수 있다. 히트 싱크(105)를 통해 열을 효과적으로 방출함으로써 조명 장치의 오작동 발생률을 낮추고, 수명을 연장시킬 수 있다.15 illustrates an example in which the heat sink is further provided in the lighting device illustrated in FIG. 1. The heat sink 105 may be further provided at the rear of the light source 110 to discharge heat generated from the light source 110. By effectively dissipating heat through the heat sink 105, it is possible to lower the incidence of malfunction of the lighting device and extend its life.

도 16은 일 실시예에 따른 전자 장치(광학 장치)의 개략적인 구조를 보여주는 블록도이다. 16 is a block diagram showing a schematic structure of an electronic device (optical device) according to an embodiment.

도 16을 참조하면, 실시예에 따른 전자 장치(광학 장치)는 피사체(OBJ)를 향해 광(L10)을 조사하는 조명 장치(1000) 및 조명 장치(1000)에서 출사되어 피사체(OBJ)에 의해 변조된 광(L20)을 검출하는 센서부(2000)를 포함할 수 있다. 여기서, 조명 장치(1000)로는 도 1 내지 도 15를 참조하여 설명된 실시예들이 적용될 수 있다. 또한, 상기 전자 장치는 센서부(2000)에서 검출한 광을 분석하여 피사체(OBJ)의 물성, 형상, 위치, 동작 중 적어도 어느 하나를 분석하는 분석부(3000)를 더 포함할 수 있다. Referring to FIG. 16, an electronic device (optical device) according to an embodiment is emitted from the lighting device 1000 and the lighting device 1000 that irradiates the light L10 toward the object OBJ, and is subject to the object OBJ. It may include a sensor unit 2000 for detecting the modulated light (L20). Here, the embodiments described with reference to FIGS. 1 to 15 may be applied to the lighting device 1000. In addition, the electronic device may further include an analysis unit 3000 that analyzes light detected by the sensor unit 2000 and analyzes at least one of a property, shape, location, and operation of the object OBJ.

조명 장치(1000)와 피사체(OBJ) 사이에는 조명 장치(1000)에서 발생된 광의 방향을 피사체(OBJ)를 향하도록 조절하거나, 빔의 크기를 조절하거나, 패턴광으로 변조하는 등의 추가적인 기능을 수행하는 광학 요소들(미도시)이 더 배치될 수 있다. 또는, 조명 장치(1000)에 구비된 면 광원층(도 1의 120)이 이러한 기능을 수행하기에 알맞게 디자인된 경우, 이러한 광학 요소는 생략될 수도 있다. 센서부(2000)는 피사체(OBJ)에 의해 변조(반사)된 광(L20)을 센싱한다. 센서부(2000)는 광검출 요소들의 어레이를 포함할 수 있다. 센서부(2000)는 피사체(OBJ)에 의해 변조(반사)된 광(L20)을 파장 별로 분석하기 위한 분광 소자를 더 포함할 수 있다. Between the lighting device 1000 and the object OBJ, additional functions such as adjusting the direction of light generated by the lighting device 1000 to face the object OBJ, adjusting the beam size, or modulating the pattern light Optical elements (not shown) to perform may be further disposed. Alternatively, when the surface light source layer (120 of FIG. 1) provided in the lighting device 1000 is properly designed to perform this function, such an optical element may be omitted. The sensor unit 2000 senses the light L20 modulated (reflected) by the object OBJ. The sensor unit 2000 may include an array of photodetecting elements. The sensor unit 2000 may further include a spectroscopic element for analyzing the light L20 modulated (reflected) by the object OBJ for each wavelength.

분석부(3000)는 센서부(2000)가 수광한 광을 분석하여 피사체(OBJ)의 물성, 형상, 위치, 동작 중 적어도 어느 하나를 분석할 수 있다. 피사체(OBJ)에 조사된 광(L10)의 패턴과 피사체(OBJ)로부터 반사된 광(L20)의 패턴을 비교하여 피사체(OBJ)의 3차원 형상, 위치, 움직임 등을 분석할 수 있고, 또는, 입사광(즉, L10)에 의해 피사체(OBJ)에서 여기된 광의 파장 등을 분석하여 피사체(OBJ)의 물성을 분석할 수도 잇다. The analysis unit 3000 may analyze the light received by the sensor unit 2000 to analyze at least one of a property, shape, location, and motion of the object OBJ. By comparing the pattern of the light L10 irradiated to the object OBJ and the pattern of the light L20 reflected from the object OBJ, the three-dimensional shape, position, movement, etc. of the object OBJ can be analyzed, or , It is also possible to analyze the physical properties of the object OBJ by analyzing the wavelength of the light excited from the object OBJ by the incident light (ie, L10).

본 실시예에 따른 전자 장치(광학 장치)는 광원부(1000)의 구동이나 센서부(2000)의 동작 등을 제어하는 제어부(미도시)를 더 포함할 수 있고, 또한, 분석부(3000)에서 수행할 3차원 정보 추출을 위한 연산 프로그램이 저장되는 메모리(미도시) 등을 더 포함할 수 있다. 분석부(3000)의 연산 결과, 즉, 피사체(OBJ)의 형상, 위치, 물성 등에 대한 정보는 다른 유닛으로 전송될 수 있다. 예를 들어, 전자 장치가 채용된 기기의 제어부에 상기 정보가 전송될 수 있다. The electronic device (optical device) according to the present embodiment may further include a control unit (not shown) that controls the driving of the light source unit 1000 or the operation of the sensor unit 2000, and also, the analysis unit 3000. A memory (not shown) in which a calculation program for extracting 3D information to be performed is stored may be further included. The calculation result of the analysis unit 3000, that is, information on the shape, location, and properties of the object OBJ may be transmitted to other units. For example, the information may be transmitted to a control unit of a device employing an electronic device.

실시예에 따른 전자 장치(광학 장치)는 전방 객체에 대한 3차원 정보를 정밀하게 획득하는 센서로도 활용될 수 있어 다양한 기기에 채용될 수 있다. 이러한 기기는, 예를 들어, 무인자동차, 자율주행차, 로봇, 드론(drone) 등과 같은 자율 구동 기기를 포함할 수 있고, 이외에도, 증강현실(augmented reality) 기기, 이동통신 기기 또는 사물인터넷(internet of thing)(IOT) 기기 등을 포함할 수 있다. The electronic device (optical device) according to the embodiment may also be used as a sensor for accurately obtaining 3D information about a front object, and thus may be employed in various devices. Such devices may include, for example, autonomous driving devices such as driverless cars, autonomous vehicles, robots, drones, etc., in addition, augmented reality devices, mobile communication devices, or Internet of Things (internet) of thing) (IOT) devices.

도 16을 참조하여 설명한 전자 장치(광학 장치)의 구성은 예시적인 것이고, 실시예에 따른 조명 장치는 다양한 전자 장치(광학 장치)에 적용될 수 있다. 조명 장치는 이미징 장치나 프로젝터, 스캐너, 센서 등 다양한 분야에 적용될 수 있다. The configuration of the electronic device (optical device) described with reference to FIG. 16 is exemplary, and the lighting device according to the embodiment may be applied to various electronic devices (optical device). The lighting device can be applied to various fields such as an imaging device, a projector, a scanner, and a sensor.

전술한 실시예들의 조명 장치는 디스플레이 패널의 배면에 배치되어 디스플레이 패널을 통해 피사체를 조명하는 개념을 사용하는 다양한 전자 장치에 채용될 수 있다.The lighting device of the above-described embodiments can be employed in various electronic devices that are disposed on the rear surface of the display panel and use the concept of lighting a subject through the display panel.

도 17은 실시예에 따른 전자 장치의 개략적인 구성을 보이는 블록도이다.17 is a block diagram showing a schematic configuration of an electronic device according to an embodiment.

전자 장치(4000)는 피사체(OBJ)를 향해 광(Li)을 조명하는 디스플레이(4100), 피사체(OBJ)로부터 반사된 광(Lr)을 수광하는 센서(4300) 및 센서(4300)에서 수광한 광으로부터 피사체(OBJ)에 대한 정보 획득을 위한 연산을 수행하는 프로세서(4200)를 포함할 수 있다. 디스플레이(4100)는 광을 조사하는 조명 장치(4110) 및 영상을 표시하는 디스플레이 패널(4120)을 포함할 수 있다. The electronic device 4000 displays the display 4100 illuminating the light Li toward the object OBJ, the sensor 4300 receiving the light Lr reflected from the object OBJ, and the light received by the sensor 4300 It may include a processor 4200 for performing an operation for obtaining information on the object (OBJ) from the light. The display 4100 may include a lighting device 4110 irradiating light and a display panel 4120 displaying an image.

전자 장치(4000)는 또한, 프로세서(4200)의 실행을 위한 코드나 데이터가 저장되는 메모리(4400)를 포함할 수 있다.The electronic device 4000 may also include a memory 4400 in which code or data for execution of the processor 4200 is stored.

조명 장치(4110)에서 출사된 광(L)은 디스플레이 패널(4120)의 어퍼처(도 1의 155)를 통해 피사체(OBJ)를 조명할 수 있다.The light L emitted from the lighting device 4110 may illuminate the object OBJ through the aperture (155 in FIG. 1) of the display panel 4120.

조명 장치(4110)는 피사체(OBJ)를 구조광으로 조명하거나, 스캔할 수 있다. 센서(4300)는 피사체(OBJ)에 의해 반사된 광(L_r)을 센싱한다. 센서(4300)는 피사체(OBJ)로부터 반사된 광을 파장별로 분석하기 위한 분광 소자를 더 포함할 수도 있다. The lighting device 4110 may illuminate or scan the object OBJ with structural light. The sensor 4300 senses the light L _r reflected by the subject OBJ. The sensor 4300 may further include a spectroscopic element for analyzing light reflected from the object OBJ for each wavelength.

프로세서(4200)는 센서(4300)에서 수광한 광으로부터 피사체(OBJ)에 대한 정보 획득을 위한 연산을 수행하며, 또한, 전자 장치(4000) 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(4110)의 구동이나 센서(4300)의 동작 등을 전반적으로 제어할 수 있다. 프로세서(4200)는 또한, 피사체(OBJ)로부터 획득한 정보에 근거하여 사용자 인증 등의 여부를 판단할 수 있고, 기타, 다른 어플리케이션을 실행할 수도 있다.The processor 4200 may perform an operation for obtaining information on the object OBJ from the light received by the sensor 4300, and may also generalize processing and control of the entire electronic device 4000. The processor 3200 may acquire information on an object OBJ, for example, acquire and process 2D or 3D image information, and other driving of the lighting device 4110 or operation of the sensor 4300 You can control your back overall. The processor 4200 may also determine whether user authentication or the like is based on information obtained from the object OBJ, and may execute other applications.

메모리(4400)에는 프로세서(4200)에서의 실행을 위한 코드가 저장될 수 있고, 이외에도, 전자 장치(4000)가 실행하는 다양한 실행 모듈들, 이를 위한 데이터들이 저장될 수 있다. 예를 들어, 프로세서(4200)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(4000)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. Code for execution in the processor 4200 may be stored in the memory 4400, and in addition, various execution modules executed by the electronic device 4000 and data for the same may be stored. For example, the program code used for the operation of the processor 4200 for obtaining the information of the subject OBJ may be stored, and code such as an application module that can be executed by utilizing the information of the subject OBJ may be stored. You can. In addition, a device that may be additionally provided in the electronic device 4000 and a program for driving the same, a communication module, a camera module, a video playback module, an audio playback module, and the like may be further stored.

프로세서(4200)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.The result of the calculation in the processor 4200, that is, information about the shape and position of the object OBJ may be transmitted to other devices or units as necessary. For example, information on the subject OBJ may be transmitted to a control unit of another electronic device using the information on the subject OBJ. The other unit to which the result is transmitted may be a display device or printer that outputs the result. In addition, it may be a smart phone, a mobile phone, a personal digital assistant (PDA), a laptop, a PC, various wearable devices, and other mobile or non-mobile computing devices, but is not limited thereto.

메모리(4400)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.The memory 4400 is a flash memory type, a hard disk type, a multimedia card micro type, a card type memory (for example, SD or XD memory, etc.), RAM (RAM, Random Access Memory) SRAM (Static Random Access Memory), ROM (ROM, Read-Only Memory), EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), PROM (Programmable Read-Only Memory), magnetic memory, magnetic disk , It may include at least one type of storage medium of the optical disk.

전자 장치(4000)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(4000)는 무인자동차, 자율주행차, 로봇, 드론 등과 같은 자율 구동 기기, 또는 사물 인터넷 기기일 수 있다.The electronic device 4000 is, for example, a portable mobile communication device, a smart phone, a smart watch, a personal digital assistant (PDA), a laptop, a PC, and other mobile or non-mobile computing Device, but is not limited thereto. The electronic device 4000 may be an autonomous driving device such as a driverless vehicle, autonomous vehicle, robot, drone, or the like, or an Internet of Things device.

도 18은 도 17에 도시된 전자 장치의 외형을 예시적으로 보이는 사시도이다. 18 is a perspective view illustrating an external appearance of the electronic device illustrated in FIG. 17 by way of example.

전자 장치(4000)는 도시된 바와 같이, 풀 스크린 디스플레이(full screen display) 타입의 디스플레이를 채용할 수 있다. 즉, 표시면(4100a)이 기기의 전면부의 거의 전 영역을 차지하는 베젤리스(bezel-less) 타입일 수 있다. 또한, 표시면(4100a)의 형태는 노치(notch)가 없는 사각형 형태일 수 있다.As illustrated, the electronic device 4000 may employ a full screen display type display. That is, the display surface 4100a may be a bezel-less type occupying almost the entire area of the front surface of the device. In addition, the shape of the display surface 4100a may be a square shape with no notches.

전술한 바와 같이, 실시예들에 따른 조명 장치는 디스플레이 패널의 배면에 배치되어 디스플레이 패널의 어퍼처를 통해 디스플레이 전면을 조명할 수 있다. 따라서, 도시된 외형의 베젤리스(bezel-less), 노치프리(notch-free) 디스플레이를 전자 장치(4000)에 적용할 수 있다.As described above, the lighting device according to the embodiments may be disposed on the rear surface of the display panel to illuminate the front of the display through the aperture of the display panel. Accordingly, the illustrated bezel-less and notch-free display may be applied to the electronic device 4000.

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.So far, exemplary embodiments have been described and illustrated in the accompanying drawings in order to aid the understanding of the present invention. However, it should be understood that these examples are only intended to illustrate the invention and are not limiting. And it should be understood that the present invention is not limited to the illustrated and described descriptions. This is because various other modifications can occur to those skilled in the art.

110: 광원, 113: 광원 엘리먼트
120:면 광원층, 130:투명층
140:포커싱 렌즈, 150:디스플레이 패널
155:어퍼처, 141,142:메타 렌즈
141b,142b,143,144,145,146b,147b,148b,149b:나노 구조체 110: light source, 113: light source element
120: surface light source layer, 130: transparent layer
140: focusing lens, 150: display panel
155: aperture, 141,142: meta lens
141b, 142b, 143,144,145,146b, 147b, 148b, 149b: Nano structure

Claims

Light source;
A surface light source layer that converts light emitted from the light source into surface light;
A focusing lens that focuses light from the surface light source layer;
And a display panel including an aperture through which light focused by the focusing lens passes.

According to claim 1,
The surface light source layer is an illumination device disposed at a focal length of the focusing lens.

According to claim 1,
The surface light source layer is a lighting device including a mask having a pattern for forming structured light.

According to claim 3,
The mask is an illumination device that is an amplitude mask comprising a material having a different transmittance to transmit or block light.

According to claim 1,
The surface light source layer is a lighting device including a diffusion.

The method of claim 5,
The diffuser is a lighting device including a micro lens array, a meta lens array, or a random optical structure.

The method of claim 6,
The micro-lens array or meta-lens array is a lighting device having a size equal to or smaller than the pitch of the light emitting element of the light source.

The method of claim 6,
The random optical structure includes grains, and the grains have an average size of 2 times or less the wavelength of light from the light source.

The method of claim 6,
The random optical structure is a lighting device including a meta surface having a transmission phase.

According to claim 1,
The aperture is a lighting device having a diameter of 0.5mm or less.

According to claim 1,
The focusing lens is a lighting device including a refractive lens, a Fresnel lens or a meta lens.

The method of claim 11,
The meta lens includes a plurality of nano-structures, and the plurality of nano-structures are illumination devices having a pitch of 1/2 or less of the wavelength of the light and a height of 3/4 or less.

The method of claim 12,
The nanostructure is a lighting device having a refractive index greater than 0.5 of the refractive index of the surrounding material.

According to claim 1,
A lighting device in which the aperture is provided to correspond to an area of 20 × 20 pixels or less based on pixels of the display panel.

According to claim 1,
An illumination device in which the focusing lens includes a plurality of nano-structures having a shape dimension of a sub-wavelength.

According to claim 1,
A lighting device further provided with a heat sink behind the light source.

A lighting device that irradiates light onto a subject;
A sensor that receives light reflected from the subject;
Includes a processor for performing an operation for obtaining information on the subject from the light received by the sensor;
The illumination device includes a light source, a surface light source layer that converts light emitted from the light source into surface light, a focusing lens that focuses light from the surface light source layer, and an aperture through which the light focused by the focusing lens passes. An electronic device comprising a display panel.