生物信号传感器、传感器阵列以及传感器系统的制作方法

1.公开了生物信号传感器、传感器阵列以及传感器系统。


背景技术：

2.近来，对于通过将皮肤可附着装置附着到皮肤以获得生物信息的皮肤可附着装置的研究正在进行。这样的皮肤可附着装置包括用于获取生物信息的生物传感器。例如，光电容积描记(ppg)传感器可以从用户获得ppg信号，并且通过分析ppg信号，可以获得生物信息诸如用户的血压、心律不齐、心率和/或氧饱和度。


技术实现要素：

3.一些示例实施方式提供一种生物信号传感器，该生物信号传感器能够通过减少由于运动导致的皮肤与生物信号传感器之间的位置变化所引起的噪声来改善获得生物信息的性能。
4.一些示例实施方式提供一种包括该生物信号传感器的传感器阵列。
5.一些示例实施方式提供一种包括该生物信号传感器或该传感器阵列的传感器系统。
6.根据一些示例实施方式，一种生物信号传感器可以包括光源、光传感器、第一偏振器和第二偏振器。第一偏振器可以配置为使从光源发射的光线性偏振，使得生物信号传感器配置为使得从光源发射的光中的至少一些在从光源发射之后被第一偏振器线性偏振。第二偏振器可以配置为使在光传感器处接收的光线性偏振，使得生物信号传感器配置为使在光传感器处接收的光中的至少一些在光传感器处接收之前被第二偏振器线性偏振。
7.第一偏振器可以在第一方向上与光源至少部分地重叠，光源配置为沿着该第一方向发射光，第二偏振器可以在第一方向上与光传感器至少部分地重叠。
8.生物信号传感器还可以包括光透射层，光源和光传感器在光透射层上。第一偏振器和第二偏振器可以每个嵌入在光透射层内。
9.第二偏振器的偏振方向可以不同于第一偏振器的偏振方向。
10.第二偏振器的偏振方向与第一偏振器的偏振方向之间的角度可以为约30度至约90度。
11.第二偏振器的偏振方向可以垂直于第一偏振器的偏振方向。
12.第二偏振器可以配置为选择性地阻挡具有与穿过第一偏振器的被线性偏振的光的偏振方向平行的偏振方向的光，并选择性地透射具有与穿过第一偏振器的所述被线性偏振的光的偏振方向不同的单独的偏振方向的光。
13.第一偏振器可以包括在第二方向上延伸的多个第一图案。第二偏振器可以包括在第三方向上延伸的多个第二图案，第三方向不同于第二方向。
14.生物信号传感器还可以包括光透射层，光源和光传感器在光透射层上。所述多个第一图案和所述多个第二图案可以嵌入在光透射层内。
15.第二方向和第三方向可以彼此垂直。
16.生物信号传感器还可以包括在光源和第一偏振器之间的相位延迟器。
17.生物信号传感器还可以包括光透射层，光源和光传感器在光透射层上。光透射层可以包括多个第一区域和在相邻的第一区域之间的第二区域，第一区域具有第一弹性模量，第二区域具有低于第一弹性模量的第二弹性模量。光源和光传感器可以每个在所述多个第一区域中的单独的第一区域上。
18.生物信号传感器可以是皮肤可附着的光电容积描记(ppg)传感器。
19.一种传感器阵列可以包括所述生物信号传感器。
20.传感器阵列可以包括多个单位元件组，并且所述多个单位元件组中的每个单位元件组可以包括至少一个光源、至少一个光传感器、至少一个第一偏振器和至少一个第二偏振器。
21.每个单位元件组可以包括配置为发射第一波长光谱中的光的第一光源和配置为发射第二波长光谱中的光的第二光源，第二波长光谱比第一波长光谱长。第一偏振器可以包括与第一光源重叠的第三偏振器和与第二光源重叠的第四偏振器。第三偏振器的偏振方向和第四偏振器的偏振方向可以平行。
22.第三偏振器的偏振方向和第四偏振器的偏振方向可以垂直于第二偏振器的偏振方向。
23.每个单位元件组还可以包括压力传感器。
24.一种传感器系统可以包括所述生物信号传感器。
25.一种传感器系统可以包括所述传感器阵列。
26.可以减少由于运动导致的皮肤与生物信号传感器之间的位置变化所引起的噪声，因此可以改善性能。
附图说明
27.图1是示出根据一些示例实施方式的生物信号传感器的示例的平面图，
28.图2是根据一些示例实施方式的图1的生物信号传感器的示例的沿着图1中的线ii-ii'截取的剖视图，
29.图3是示出根据一些示例实施方式的第一偏振器的示例的平面图，
30.图4是示出根据一些示例实施方式的第二偏振器的示例的平面图，
31.图5是示出根据一些示例实施方式的图1和图2的生物信号传感器中光的传播路径的示例的示意图，
32.图6是根据一些示例实施方式的图1的生物信号传感器的示例的沿着图1中的线ii-ii'截取的剖视图，
33.图7是示出根据一些示例实施方式的图6的生物信号传感器的偏振变化的示意图，
34.图8是示出根据一些示例实施方式的生物信号传感器的另一示例的平面图，
35.图9是示出根据一些示例实施方式的图8的生物信号传感器的沿着图8中的线ix-ix'截取的剖视图，
36.图10是示出根据一些示例实施方式的生物信号传感器阵列的示例布置的示意图，
37.图11是示出根据一些示例实施方式的图10的生物信号传感器阵列的一部分的示
意图，
38.图12是示出根据一些示例实施方式的生物信号传感器阵列的另一示例的布置的示意图，
39.图13是示出根据一些示例实施方式的图12的生物信号传感器阵列的一部分的示意图，
40.图14是示出根据一些示例实施方式的传感器系统的示例的示意图，
41.图15是示出根据示例4的生物信号传感器的生物信号变化的曲线图，
42.图16是示出根据示例5的生物信号传感器的生物信号变化的曲线图，
43.图17是示出根据示例6的生物信号传感器的生物信号变化的曲线图，以及
44.图18是示出根据比较例4的生物信号传感器的生物信号变化的曲线图。
具体实施方式
45.在下文，详细描述示例实施方式，使得本领域普通技术人员能够容易地实现它们。然而，实际应用的结构可以以各种不同的形式来实现，不限于这里描述的示例实施方式。
46.在附图中，为了清楚起见，层、膜、面板、区域等的厚度被夸大。将理解，当一元件诸如一层、膜、区域或基板被称为在另一元件“上”时，它可以直接在该另一元件上，或者也可以存在居间的元件。相反，当一元件被称为“直接在”另一元件“上”时，则不存在居间的元件。“在”另一元件“上”的元件可以在该另一元件之上或之下。
47.将理解，可被称为相对于其它元件和/或其特性(例如，结构、表面、方向等)“垂直”、“平行”、“共面”等的元件和/或其特性(例如，结构、表面、方向等)可以“垂直”、“平行”、“共面”等，或者可以相对于其它元件和/或其性质分别“基本上垂直”、“基本上平行”、“基本上共面”。
48.相对于其它元件和/或其特性“基本上垂直”的元件和/或其特性(例如，结构、表面、方向等)将被理解为在制造公差和/或材料公差内相对于其它元件和/或其特性“垂直”和/或相对于其它元件和/或其特性在大小和/或角度上与“垂直”等具有小于或等于10％的偏差(例如，
±
10％的公差)。
49.相对于其它元件和/或其特性“基本上平行”的元件和/或其特性(例如，结构、表面、方向等)将被理解为在制造公差和/或材料公差内相对于其它元件和/或其特性“平行”和/或相对于其它元件和/或其特性在大小和/或角度上与“平行”等具有等于或小于10％的偏差(例如，
±
10％的公差)。
50.相对于其它元件和/或其特性“基本上共面”的元件和/或其特性(例如，结构、表面、方向等)将被理解为在制造公差和/或材料公差内相对于其它元件和/或其特性“共面”和/或相对于其它元件和/或其特性在大小和/或角度上与“共面”等具有等于或小于10％的偏差(例如，
±
10％的公差)。
51.将理解，元件和/或其特性可以在这里被记载为与其它元件“相同”或“相等”，还将理解，在这里被记载为与其它元件“相同”或“相等”的元件和/或其特性可以与其它元件和/或其特性“相同”或“相等”或“基本上相同”或“基本上相等”。与其它元件和/或其性质“基本上相同”或“基本上相等”的元件和/或其性质将被理解为包括在制造公差和/或材料公差内与其它元件/或其特性相同或相等的元件和/或其性质。与其它元件和/或其特性相同或基
本上相同的元件和/或其特性可以在结构上相同或基本上相同、在功能上相同或基本上相同、和/或在组成上相同或基本上相同。
52.将理解，这里被描述为“基本上”相同的元件和/或其特性涵盖在大小上具有等于或小于10％的相对差异的元件和/或其特性。此外，无论元件和/或其特性是否被修饰为“基本上”，将理解，这些元件和/或其特性应当被解释为包括在所述元件和/或其特性周围的制造或操作公差(例如，
±
10％)。
53.当在本说明书中结合数值使用术语“约”或“基本上”时，所意图的是相关联的数值包括在所述数值周围的
±
10％的公差。当指定范围时，该范围包括在其间的所有值，例如0.1％的增量。
54.在下文，描述根据一些示例实施方式的生物信号传感器。
55.生物信号传感器是能够临时或实时地检测活体中的生物信号的生物传感器。生物信号可以是例如血液流速、氧分布的变化和/或心电图。
56.图1是示出根据一些示例实施方式的生物信号传感器的示例的平面图，图2是示出根据一些示例实施方式的图1的生物信号传感器的示例的沿着图1中的线ii-ii'截取的剖视图。
57.参照图1和图2，根据一些示例实施方式的生物信号传感器100包括光透射层110、发光元件120和光电检测元件130以及偏振器140。
58.光透射层110可以设置在发光元件120和光电检测元件130下面以支撑发光元件120和光电检测元件130。重新表述地，发光元件120和光电检测元件130可以在光透射层110上，例如直接在光透射层110的上表面110s上(例如与光透射层110的上表面110s直接接触)。光透射层110可以是例如支撑基板或可以形成在单独的支撑基板(未示出)上。当包括单独的支撑基板时，支撑基板可以是可拉伸基板。在一些示例实施方式中，可以不存在光透射层110。在一些示例实施方式中，发光元件120和/或光电检测元件130可以至少部分地嵌入在光透射层110内。
59.光透射层110可以配置为透射光，并可以具有例如大于或等于约70％、大于或等于约75％、大于或等于约80％、大于或等于约85％、大于或等于约90％、大于或等于约95％、大于或等于约97％、大于或等于约98％、或者大于或等于约99％的透光率。光透射层110可以设置在光从发光元件120发射的方向上和在光流入光电检测元件130中的方向上。
60.这样的方向可以是光透射层110的厚度方向(例如，光透射层110的在相对的表面110s、110l之间的厚度110t的方向)，因此是垂直于至少上表面110s的方向。如所示的，这样的方向(例如，厚度方向)可以是z方向。
61.例如，光透射层110可以设置为比发光元件120和光电检测元件130更靠近皮肤或要检测的活体(例如，血管)。重新表述地，相对于上表面110s，发光元件120和光电检测元件130可以远离光透射层的下表面110l。
62.如至少图2所示，发光元件120和光电检测元件130可以彼此相邻，并在第一方向(例如，x方向和/或y方向)上间隔开(例如，隔离开而不彼此直接接触)。发光元件120可以配置为在与第一方向不同的第二方向(例如，z方向)上发射光，光电检测元件130可以配置为接收并因此检测在相同的第二方向(例如，z方向)上入射在光电检测元件130上的光。
63.光透射层110可以是可拉伸的光透射层，并且可拉伸的光透射层可以灵活地响应
于外力或诸如扭曲、按压和牵拉的外部运动，并可以容易地恢复到其初始状态。光透射层110可以包括诸如弹性体的可拉伸材料，并且该可拉伸材料可以包括有机弹性体、有机/无机弹性体、类无机弹性体材料、或其组合。有机弹性体或有机/无机弹性体可以是例如：取代或未取代的聚有机硅氧烷，诸如聚二甲基硅氧烷；包括取代或未取代的丁二烯基团的弹性体，诸如苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯；包括氨基甲酸酯基团的弹性体；包括丙烯酸基团的弹性体；包括烯烃基团的弹性体；或其组合，但是不限于此。类无机弹性体材料可以包括弹性陶瓷、弹性固态金属、液态金属或其组合，但是不限于此。
64.光透射层110可以包括具有不同刚度的区域，例如，具有相对高的刚度的第一区域110a和具有比第一区域110a相对低的刚度的第二区域110b。这里，刚度可以表示当从外部施加力时抗变形的程度。相对高的刚度可以表示抗变形能力相对大，使得变形小，而相对低的刚度可以表示抗变形能力相对小，使得变形大。
65.刚度可以从弹性模量评估，高的弹性模量可以表示高的刚度，低的弹性模量可以表示低的刚度。因此，第一区域110a可以每个具有第一弹性模量，第二区域110b可以具有比第一弹性模量低的第二弹性模量。弹性模量可以是例如杨氏模量。光透射层110的第一区域110a的弹性模量和第二区域110b的弹性模量之间的差异可以为约100倍或更大，第一区域110a的弹性模量可以是第二区域110b的弹性模量的约100倍。在上述范围内，第一区域110a的弹性模量和第二区域110b的弹性模量之间的差异可以为约100至100000倍，第一区域110a的弹性模量可以是第二区域110b的弹性模量的约100倍至约100000倍，但是不限于此。例如，第一区域110a的弹性模量可以为约107pa至约10
12
pa，第二区域110b的弹性模量可以大于或等于约102pa且小于约107pa，但是不限于此。
66.光透射层110的第一区域110a和第二区域110b的伸长率可以由于上述刚度差异而是不同的，并且第二区域110b的伸长率可以高于第一区域110a的伸长率。这里，伸长率可以是增大到断裂点的长度变化相对于初始长度的百分比。例如，光透射层110的第一区域110a的伸长率可以小于或等于约5％，在该范围内，为约0％至约5％、约0％至约4％、约0％至约3％、约0％至约2％、约0％至约1％、约0.5％至约5％、约0.5％至约4％、约0.5％至约3％、约0.5％至约2％、或约1％至约2％。例如，光透射层110的第二区域110b的伸长率可以大于或等于约10％，在该范围内，为约10％至约300％、约10％至约200％、约10％至约100％、约10％至约90％、约10％至约80％、约10％至约70％、约10％至约60％、约10％至约50％、约10％至约40％、约20％至约70％、约20％至约60％、约20％至约50％、或者约20％至约40％。
67.光透射层110的多个第一区域110a可以具有彼此分隔开(例如，隔离开而不彼此直接接触)的岛形，并且稍后描述的发光元件120和光电检测元件130的每个设置在光透射层110的单独的第一区域110a上。
68.发光元件120和光电检测元件130可以每个在光透射层110的所述多个第一区域110a中的单独的第一区域110a上和/或至少部分地嵌入在光透射层110的所述多个第一区域110a中的单独的第一区域110a中。在一些示例实施方式中，第一区域110a可以每个设置大小为在x方向和y方向(例如，光透射层110延伸的一个或更多个方向和/或平行于光透射层110的至少上表面110s的一个或更多个方向)上具有与在所述第一区域110a上和/或在所述第一区域110a中的对应的发光元件120或光电检测元件130在x方向和/或y方向上的尺寸相同或不同的尺寸。然而，示例实施方式不限于此。
69.例如，如图2所示，在一些示例实施方式中，第一区域110a可以每个具有与包括在所述第一区域110a中的对应偏振器140的宽度(例如在x方向上的尺寸)相同的宽度(例如在x方向上的尺寸)并在z方向上与对应的发光元件120或光电检测元件130重叠，使得第一区域110a在x方向上的尺寸可以不同于(例如，大于或小于)在所述第一区域110a上或至少部分地嵌入在所述第一区域110a中的对应的发光元件120或光电检测元件130在x方向上的尺寸。
70.关于x方向的以上描述可以等同地或可选地应用于y方向。因此，将理解，第一区域110a在x方向和/或y方向上的尺寸可以与在所述第一区域110a上或至少部分地嵌入在所述第一区域110a中的对应发光元件120或光电检测元件130在x方向和/或y方向上的尺寸相同或不同(例如，大于或小于)。在另一示例中，第一区域110a在x方向和/或y方向上的尺寸可以与包括在所述第一区域110a中的对应偏振器140在x方向和/或y方向上的尺寸相同或不同(例如，大于或小于)。另外，参照下面的图6，第一区域110a在x方向和y方向上的尺寸可以与包括在所述第一区域110a中的对应相位延迟器150在x方向上的尺寸相同或不同(例如，大于或小于)。
71.光透射层110的第二区域110b可以是除了所述多个第一区域110a之外的区域，并可以全部连续地连接。光透射层110的第二区域110b可以是提供可拉伸性的区域，并且由于其相对低的刚度和高的伸长率，它可以灵活地响应于外力或外部运动(诸如扭曲和牵拉)，并可以容易地恢复到其初始状态。
72.例如，光透射层的第一区域110a和第二区域110b可以具有不同的形状。例如，光透射层110的第一区域110a可以是平坦的，第二区域110b可以包括二维或三维可拉伸结构。该二维或三维可拉伸结构可以具有例如波浪形、褶皱形、弹出形或非共面网格形，但是不限于此。
73.例如，光透射层110的第一区域110a和第二区域110b可以包括不同的材料。例如，光透射层110的第一区域110a可以包括具有相对高的刚度和低的伸长率的无机材料、有机材料和/或有机/无机材料，光透射层110的第二区域110b可以包括具有相对低的刚度和高的伸长率的无机材料、有机材料和/或有机/无机材料。例如，光透射层110的第一区域110a可以包括有机材料(诸如聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺、聚酰胺、聚酰胺酰亚胺、聚醚砜、或其组合)、碳结构(诸如金刚石碳)，光透射层110的第二区域110b可以包括：有机弹性体或有机/无机弹性体，诸如取代或未取代的聚有机硅氧烷(诸如聚二甲基硅氧烷)、包括取代或未取代的丁二烯基团的弹性体(诸如苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯)、包括氨基甲酸酯基团的弹性体、包括丙烯酸基团的弹性体、包括烯烃基团的弹性体、或其组合；类无机弹性体材料，诸如陶瓷、固态金属、液态金属、或其组合，但是不限于此。
74.例如，光透射层110的第一区域110a和第二区域110b可以由相同的材料形成(例如，可以是单片材料的区别开的部分)，并可以通过被暴露于不同的条件(诸如聚合程度和/或固化程度)而具有不同的刚度。例如，光透射层110可以是单片材料，其具有基于聚二甲基硅氧烷通过改变聚合程度、固化剂的类型和含量和/或固化温度而形成的具有相对高的刚度的第一区域110a和具有相对低的刚度的第二区域110b。
75.以这种方式，光透射层110包括具有相对高的刚度和低的伸长率的第一区域110a
以及具有相对低的刚度和高的伸长率的第二区域110b，并且包括随后将描述的设置在第一区域110a中的发光元件120和光电检测元件130，从而即使当大的外力或外部运动施加到光透射层110时，第一区域110a中的发光元件120和光电检测元件130也可以接收到相对小的应变，因此，可以防止发光元件120和光电检测元件130被过度的应变损坏或破坏。
76.发光元件120和光电检测元件130设置在光透射层110上。发光元件120和光电检测元件130以特定的(或可选地，预定的)间隔在第一方向(例如，x方向和/或y方向)上平行地布置。
77.发光元件120(其在这里也被可互换地称为光发射器、光源等)可以配置为发射特定的(或可选地，预定的)波长光谱中的光，并可以包括例如无机发光二极管(例如led)、有机发光二极管(oled)、有机/无机发光二极管或微型发光二极管。发光元件120可以包括例如一对电极以及在该对电极之间的发光层。
78.例如，该对电极中的一个电极可以是透光电极，并且该对电极中的另一个电极可以是反射电极，例如，靠近光透射层110设置的电极可以是透光电极。透光电极可以包括例如氧化物导体、碳导体和金属薄膜中的至少一种。氧化物导体可以包括例如铟锡氧化物(ito)、铟锌氧化物(izo)、锌锡氧化物(zto)、铝锡氧化物(alto)和铝锌氧化物(azo)中的至少一种，碳导体可以包括石墨烯和碳纳米结构中的至少一种，金属薄膜可以是包括铝(al)、镁(mg)、银(ag)、金(au)、其合金或其组合的非常薄的薄膜。反射电极可以包括诸如金属的反射导体，并可以包括例如铝(al)、银(ag)、金(au)或其合金。例如，该对电极可以是可拉伸电极，并且该可拉伸电极可以包括例如可拉伸导体，或者可以具有可拉伸形状诸如波浪形、褶皱形、弹出形或非平面网格形。
79.例如，发光层可以包括诸如有机发光材料、量子点和/或钙钛矿的发光体，但是不限于此。有机发光材料可以包括例如二萘嵌苯或其衍生物、红荧烯或其衍生物、4-(二氰基亚甲基)-2-甲基-6-[对-(二甲基氨基)苯乙烯基]-4h-吡喃或其衍生物、香豆素或其衍生物、咔唑或其衍生物、包含pt、os、ti、zr、hf、eu、tb、tm、rh、ru、re、be、mg、al、ca、mn、co、cu、zn、ga、ge、pd、ag和/或au或其组合的有机金属化合物。量子点可以包括例如ii-vi族半导体化合物、iii-v族半导体化合物、iv-vi族半导体化合物、iv族半导体元素或化合物、i-iii-vi族半导体化合物、i-ii-iv-vi族半导体化合物、ii-iii-v族半导体化合物、或其组合。ii-vi族半导体化合物可以是例如：二元元素cdse、cdte、zns、znse、znte、zno、hgs、hgse、hgte、mgse、mgs、或其组合；三元元素cdses、cdsete、cdste、znses、znsete、znste、hgses、hgsete、hgste、cdzns、cdznse、cdznte、cdhgs、cdhgse、cdhgte、hgzns、hgznse、hgznte、mgznse、mgzns、或其组合；四元元素znseste、hgzntes、cdznses、cdznsete、cdznste、cdhgses、cdhgsete、cdhgste、hgznses、hgznsete、hgznste、或其组合；或者其组合，但是不限于此。iii-v族半导体化合物可以是例如：二元元素gan、gap、gaas、gasb、aln、alp、alas、alsb、inn、inp、inas、insb、或其组合；三元元素ganp、ganas、gansb、gapas、gapsb、alnp、alnas、alnsb、alpas、alpsb、innp、innas、innsb、inpas、inpsb、或其组合；四元元素gaalnp、gaalnas、gaalnsb、gaalpas、gaalpsb、gainnp、gainnas、gainnsb、gainpas、gainpsb、inalnp、inalnas、inalnsb、inalpas、inalpsb、或其组合；或者其组合，但是不限于此。iv-vi族半导体化合物可以是例如：二元元素sns、snse、snte、pbs、pbse、pbte、或其组合；三元元素snses、snsete、snste、pbses、pbsete、pbste、snpbs、snpbse、snpbte、或其组合；四元元素
snpbsse、snpbsete、snpbste、或其组合；或者其组合，但是不限于此。iv族半导体元素或化合物可以是例如：单元素半导体si、ge、或其组合；二元元素半导体sic、sige、或其组合；或者其组合，但是不限于此。i-iii-vi族半导体化合物可以例如选自cuinse2、cuins2、cuingase、cuingas、或其组合，但是不限于此。i-ii-iv-vi族半导体化合物可以是例如cuznsnse、cuznsns、或其组合，但是不限于此。ii-iii-v族半导体化合物可以包括例如inznp，但是不限于此。钙钛矿可以包括例如ch3nh3pbbr3、ch3nh3pbi3、ch3nh3snbr3、ch3nh3sni3、ch3nh3sn
1-x
pb
x
br3、ch3nh3sn
1-x
pb
x
i3、hc(nh2)2pbi3、hc(nh2)2sni3、(c4h9nh3)2pbbr4、(c6h5ch2nh3)2pbbr4、(c6h5ch2nh3)2pbi4、(c6h5c2h4nh3)2pbbr4、(c6h
13
nh3)2(ch3nh3)
n-1
pb
ni3n 1
、或其组合。发光层可以配置为发射可见波长光谱和/或红外波长光谱中的光的至少一部分，例如蓝色波长光谱、绿色波长光谱、红色波长光谱和红外波长光谱中的任何一个中的光，例如绿色波长光谱、红色波长光谱和红外波长光谱中的任何一个中的光，例如绿色波长光谱中的光。该对电极可以是可拉伸电极，并且发光层可以是可拉伸发光层，因此，发光元件120可以是例如可拉伸发光元件。
[0080]
光电检测元件130(在这里也被可互换地称为光电检测器、光传感器等)可以配置为吸收特定的(或可选地，预定的)波长光谱中的光，并可以包括例如无机光电二极管或有机光电转换元件。光电检测元件130可以包括例如一对电极以及在该对电极之间的光电转换层。例如，该对电极中的一个电极可以是透光电极，该对电极中的另一个电极可以是反射电极，例如，靠近光透射层110设置的电极可以是透光电极。透光电极可以包括例如氧化物导体、碳导体和金属薄膜中的至少一种。氧化物导体可以包括例如铟锡氧化物(ito)、铟锌氧化物(izo)、锌锡氧化物(zto)、铝锡氧化物(alto)和铝锌氧化物(azo)中的至少一种，碳导体可以包括石墨烯和碳纳米结构中的至少一种，金属薄膜可以是包括铝(al)、镁(mg)、银(ag)、金(au)、其合金或其组合的非常薄的薄膜。反射电极可以包括诸如金属的反射导体，并可以包括例如铝(al)、银(ag)、金(au)、或其合金。例如，该对电极可以是可拉伸电极，并且该可拉伸电极可以包括例如可拉伸导体，或者可以具有可拉伸形状诸如波浪形、褶皱形、弹出形或非平面网格形。作为一示例，光电转换层可以包括例如无机半导体、有机半导体和/或有机/无机半导体，并可以包括例如形成pn结的p型半导体和n型半导体。作为一示例，光电转换层可以包括例如si、gan、algan、gaasp、金属酞菁、红荧烯、并五苯、富勒烯、噻吩、醌、其衍生物、或其组合。作为一示例，光电转换层可以是可拉伸的光电转换层。光电检测元件130可以是例如可拉伸的光电检测元件。
[0081]
从发光元件120发射的光可以穿过光透射层110并被活体的诸如血管的目标部分(在下文称为“目标”)散射和反射，被散射和反射的光再次穿过光透射层110并可以被吸收在光电检测元件130中以获得生物信号。
[0082]
偏振器140包括第一偏振器140a和第二偏振器140b。
[0083]
第一偏振器140a可以设置在从发光元件120发射的光穿过的位置，并可以设置为在光透射层110的厚度方向上与发光元件120至少部分地重叠，光透射层110的厚度方向是光透射层的厚度110t沿其延伸的方向(例如z方向)，也可以是垂直于光透射层110的上表面110s延伸的方向。例如，第一偏振器140a可以嵌入在光透射层110中。例如，第一偏振器140a可以附接到发光元件120。例如，第一偏振器140a可以设置为在发光元件120配置为沿其发射光(例如l1)的方向上与在光透射层110上的发光元件120至少部分地重叠。例如，发光元
件120可以配置为在第一方向(例如z方向)上发射光。第一偏振器140a可以被定位为在发光元件120配置为发射光(例如l1)的第一方向(例如z方向)上与发光元件120至少部分地重叠，使得生物信号传感器100配置为使发光元件120沿着第一方向(例如-z方向)发射光(例如l1)，使得所发射的光(例如l1)随后穿过第一偏振器140a并被第一偏振器140a线性偏振。第一偏振器140a可以配置为使从发光元件120发射的光(例如l1)线性偏振，使得第一偏振器140a选择性地透射该线性偏振光(例如l2)，从而生物信号传感器100配置为基于发光元件120和第一偏振器140a的相对定位使从发光元件120发射的光中的至少一些或全部穿过第一偏振器140a并因此在从发光元件120发射之后被第一偏振器140a线性偏振。
[0084]
第二偏振器140b可以设置在流入光电检测元件130中的光穿过的位置，并可以在光透射层110的厚度方向(例如z方向)上与光电检测元件130至少部分地重叠。例如，第二偏振器140b可以嵌入在光透射层110中。例如，第二偏振器140b可以附接到光电检测元件130。例如，第二偏振器140b可以设置为在光电检测元件130配置为沿其接收光(例如l4)的方向上与在光透射元件110上的光电检测元件130重叠。例如，光电检测元件130可以配置为检测(例如，吸收和/或光电转换)在第一方向(例如z方向)上在光电检测元件130处接收(例如，入射在光电检测元件130上)的光，该第一方向可以是与发光元件120配置为发射光的方向相同的方向(例如，与所述方向平行)(例如，发光元件120可以配置为在-z方向上发射光l1并且光电检测元件130可以配置为在 z方向上接收光l4)。第二偏振器140b可以被定位为在光电检测元件130配置为接收光(例如l4)的第一方向(例如z方向)上与光电检测元件130至少部分地重叠，使得生物信号传感器100配置为使光电检测元件130接收穿过第二偏振器140b的光(例如l4)(例如在 z方向上穿过的光l4)。发光元件120配置为沿其发射光的方向(例如z方向)可以是与第一偏振器140a沿其至少部分地重叠发光元件120的方向相同的方向，并且也可以是与第二偏振器140b沿其至少部分地重叠光电检测元件130的方向相同的方向。第二偏振器140b可以配置为预先使流入光电检测元件130中的光(例如l4)线性偏振，使得第二偏振器140b选择性地透射线性偏振光(例如l4)，从而生物信号传感器100配置为基于光电检测元件130和第二偏振器140b的相对定位使在光电检测元件130处接收的光中的至少一些或全部在光电检测元件130处被接收之前被第二偏振器140b线性偏振。
[0085]
如图2所示，第一偏振器140a在z方向上与发光元件120完全重叠，第二偏振器140b在z方向上与光电检测元件130完全重叠，使得第一和第二偏振器140a、140b在x方向上的宽度大于发光元件120和光电检测元件130在x方向上的相应宽度，但是示例实施方式不限于此。例如，第一偏振器140a可以在z方向上与发光元件120仅部分地重叠，和/或第二偏振器140b可以在z方向上与光电检测元件130仅部分地重叠。
[0086]
如图2所示，第一偏振器140a和第二偏振器140b可以每个至少在第一方向(例如x方向和/或y方向)上延伸，第一偏振器140a和第二偏振器140b可以在相同的第一方向(例如x方向和/或y方向)上彼此相邻，并可以彼此接触或隔离开而不彼此直接接触。另外，如图2所示，第一偏振器140a和第二偏振器140b可以每个在不同于(例如垂直于)第一方向(例如z方向)的第二方向上分别与发光元件120和光电检测元件130至少部分地重叠。第一偏振器140a和第二偏振器140b可以在沿x方向和y方向的公共平面中延伸，但是示例实施方式不限于此，并且在一些示例实施方式中，第一偏振器140a和第二偏振器140b可以在z方向上偏移的沿x方向和y方向的分开的平面中平行地延伸。
[0087]
将理解，“嵌入”在另一元件内的元件可以部分地或完全地位于由该另一元件的一些或全部外表面限定的体积空间内，使得嵌入在该另一元件内的元件可以被部分地或完全地隔离而不直接暴露于该另一元件的外部。例如，如至少图2所示，第一偏振器140a和第二偏振器140b每个位于由光透射层110的外表面(包括上表面110s)所限定的体积空间内，使得第一偏振器140a和第二偏振器140b每个被隔离而不暴露于光透射层110的外部，因此第一偏振器140a和第二偏振器140b可以被理解为每个嵌入在光透射层110内。
[0088]
第二偏振器140b的偏振方向可以不同于第一偏振器140a的偏振方向。如至少图5和图7所示，第二偏振器140b可以配置为选择性地阻挡具有与穿过第一偏振器140a的线性偏振光的偏振方向平行的偏振方向的光，并可以配置为选择性地透射具有与穿过第一偏振器140a的线性偏振光的偏振方向不同的偏振方向的光。
[0089]
例如，第二偏振器140b的偏振方向与第一偏振器140a的偏振方向之间的角度可以例如大于或等于约30度、大于或等于35度、大于或等于40度、大于或等于50度、大于或等于约55度、或大于或等于约60度，并且例如小于或等于约90度、小于或等于约85度、或小于或等于约80度，例如约30度至约90度、约40度至约90度、约50度至约90度、约55度至约90度、或约60度至约90度。例如，第二偏振器140b的偏振方向可以垂直于(例如，基本上垂直于)第一偏振器140a的偏振方向。
[0090]
图3是示出根据一些示例实施方式的第一偏振器的示例的平面图，图4是示出根据一些示例实施方式的第二偏振器的示例的平面图。
[0091]
参照图3和图4，第一偏振器140a和第二偏振器140b可以每个嵌入在光透射层110中，并且每个可以包括以特定的(或可选地，预定的)间隔在一个方向上平行地延伸的多个图案p1或p2。例如，第一偏振器140a可以包括以特定的(或可选地，预定的)间隔在第一方向(例如，y方向)上平行地延伸的多个图案p1(在这里也被称为多个第一图案)，第二偏振器140b可以包括以特定的(或可选地，预定的)间隔在不同于第一方向(例如，垂直于第一方向，如关于y方向和x方向所示)的第二方向(例如，x方向)上平行地延伸的多个图案p2(在这里也被称为多个第二图案)。第一方向可以是平行于第一偏振器140a的偏振方向的方向，第二方向可以是平行于第二偏振器140b的偏振方向的方向。第一方向和第二方向之间的角度可以大于或等于约30度、大于或等于35度、大于或等于40度、大于或等于50度、大于或等于约55度、或大于或等于约60度，并且例如小于或等于约90度、小于或等于约85度、或小于或等于约80度，例如约30度至约90度、约40度至约90度、约50度至约90度、约55度至约90度、或约60度至约90度。例如，第一方向和第二方向可以彼此垂直。例如，第一方向和第二方向可以基本上彼此垂直。所述多个图案p1和p2可以每个嵌入在光透射层110内。
[0092]
所述多个图案p1和p2可以是由金属、二色性染料、聚合物或其组合制成(例如，至少部分地包括金属、二色性染料、聚合物或其组合)的栅格偏振器。每个图案p1或p2可以具有例如约10nm至约500nm的宽度，并且在该范围内，为约20nm至约400nm、约30nm至约300nm、约30nm至约200nm、或者约30nm至约100nm，但是不限于此。相邻的图案p1之间的间隔和相邻的图案p2之间的间隔可以是例如约10nm至约500nm，并且在以上范围内，为约20nm至约400nm、约30nm至约300nm、约30nm至约200nm、或者约30nm至约100nm，但是不限于此。
[0093]
图5是示出根据一些示例实施方式的图1和图2的生物信号传感器中的光路的示例的示意图。
[0094]
参照图5，发光元件120可以配置为发射非偏振光l1，并且当非偏振光l1穿过第一偏振器140a时，包括两个偏振正交分量中的一个偏振正交分量(即平行于第一偏振器140a的偏振方向的偏振分量)的光可以被透射，但是包括另一偏振正交分量的光可以被阻挡。因此，穿过第一偏振器140a的光可以是具有与第一偏振器140a的偏振方向平行的偏振方向(例如，y方向)的线性偏振光。
[0095]
大部分线性偏振光l2可以到达活体的目标a2(诸如血管)并因此被散射和/或反射。这里，由于被散射和/或反射的光l3可能失去线性偏振光l2的偏振，所以它基本上是在所有的方向上具有偏振分量的非偏振光。此外，由于被目标(诸如皮肤深处的血管)散射和/或反射的光大于由诸如距皮肤表面不深的皮肤组织的目标散射的光，所以从第一偏振器140a偏振的偏振信息可能被更多地丢失，因此，由诸如血管的目标散射和/或反射的光可能更多地包括在与第一偏振器140a的偏振方向不同的方向上的偏振分量。
[0096]
此被散射和/或反射的非偏振光可以在它穿过第二偏振器140b时转变为具有与第二偏振器140b的偏振方向平行的偏振方向(例如，x方向)的线性偏振光l4，因此线性偏振光l4可以流入光电检测元件130中。如上所述，由于第二偏振器140b的偏振方向与第一偏振器140a的偏振方向不同，所以流入光电检测元件130中的线性偏振光l4可以不包括具有与第一偏振器140a的偏振方向平行的偏振方向(例如，y方向)的光，而是主要包括由诸如血管的目标a2散射和/或反射的光。因此，第二偏振器140b可以配置为选择性地阻挡具有在与第一偏振器140a的偏振方向平行的偏振方向(例如，y方向)上的偏振的光，因此选择性地阻挡具有在与穿过第一偏振器140a的线性偏振光的偏振方向平行的偏振方向上的偏振的光，第二偏振器140b可以配置为选择性地透射具有在不同于(例如，垂直于)穿过第一偏振器的线性偏振光的偏振方向的单独的偏振方向(例如，x方向)上的偏振的光。因此，可以提高被散射和/或反射的光的信噪比(stn)。
[0097]
在一些示例实施方式中，穿过第一偏振器140a的线性偏振光的一部分l2'可能不到达诸如血管的目标a2，而是在光透射层110中损失或直接被皮肤a1朝向第二偏振器140b反射，但是如上所述，由于第二偏振器140b的偏振方向与第一偏振器140a的偏振方向不同，因此线性偏振光的该部分l2'不能穿过第二偏振器140b而是被阻挡。因此，第二偏振器140b可以配置为有效地阻挡没有到达诸如血管的生物目标并因此不具有生物信息的光，从而有效地减少从光电检测元件130获得的信号中的没有生物信息的噪声。
[0098]
当生物信号传感器100像医疗装置型传感器或手表型传感器一样附着到皮肤或靠近皮肤放置(例如，下表面110l与皮肤a1直接接触)时，由于因皮肤运动导致的在皮肤和传感器之间的位置和/或角度的变化，可能发生信号串扰。这里，由于诸如扭曲、牵拉、按压等的皮肤运动，在皮肤和传感器之间的位置和/或角度的变化可能发生。由于在皮肤和传感器之间的位置和/或角度的变化引起的信号串扰可能降低生物信息的准确性。
[0099]
具体地，如上所述，朝向皮肤的入射光的一部分可以被皮肤散射和反射，入射光的另一部分可以被血管散射和反射。被皮肤散射和反射的光的量通常随时间是恒定的，但是被血管散射和反射的光的量可以由生物信号变化(诸如由于血液的收缩/放松引起的血流)而随时间周期性地或无周期性地改变。从被散射和/或反射的光获得的信号可以包括被皮肤散射和/或反射的dc分量和显示诸如血流的生物信号变化的ac分量，其中当没有皮肤运动时，被皮肤散射和/或反射的光的恒定dc分量和显示生物信号变化的ac分量被清楚地区
分并且没有串扰，但是当存在诸如扭曲、牵拉、按压等的皮肤运动时，发光元件120和/或光电检测元件130的位置和角度可能改变，因此，被皮肤散射和/或反射的光的dc分量可能极大地改变并变得不稳定并因此被错误地理解为显示诸如血流的生物信号变化的ac分量并作为噪声操作，结果使获得的生物信息的准确性降低。
[0100]
如上所述，一些示例实施方式可以使从发光元件120发射的光当中的特定的(或可选地，预定的)偏振分量入射到皮肤中，然后使除了该特定的(或可选地，预定的)偏振分量以外的其它偏振分量选择性地透过光电检测元件130，以抑制或防止由于由诸如扭曲、牵拉、按压等的皮肤运动引起的皮肤散射变化而引起的不稳定dc分量流入光电检测元件130中，因此减少噪声。因此，通过减少由于皮肤和传感器之间的位置和/或角度变化引起的噪声并有效地增加被诸如血管的目标散射和反射的光的信号，可以提高生物信号传感器100的效率和生物信息的准确性。
[0101]
在一些示例实施方式中，可以从生物信号传感器100省略发光元件120，并且生物信号传感器100可以配置为利用可从周围环境和/或与该生物信号传感器分开的单独的光源(例如，单独的发光二极管(led))接收的入射光l1。
[0102]
在下文，描述根据一些示例实施方式的生物信号传感器的另一示例。
[0103]
图6是根据一些示例实施方式的图1的生物信号传感器的另一示例的沿着图1中的线ii-ii'截取的剖视图，图7是示出根据一些示例实施方式的图6的生物信号传感器的偏振的变化的示意图。
[0104]
参照图6，根据一些示例实施方式的生物信号传感器100包括光透射层110、发光元件120、光电检测元件130以及包含第一偏振器140a和第二偏振器140b的偏振器140，如一些示例实施方式(包括图1-图5所示的示例实施方式)一样。在一些示例实施方式中，可以从图6所示的生物信号传感器100省略发光元件120，并且生物信号传感器100可以配置为利用可从周围环境和/或与该生物信号传感器分开的单独的光源(例如，单独的发光二极管(led))接收的入射光l1。
[0105]
然而，与一些示例实施方式(包括图1-图5所示的示例实施方式)不同，根据一些示例实施方式(包括图6-图7所示的示例实施方式)的生物信号传感器100还包括相位延迟器150。相位延迟器150可以设置在从发光元件120发射的光穿过的位置。例如，相位延迟器150可以附接到发光元件120。例如，相位延迟器150可以定位为在光发射层110内部在厚度方向(例如，z方向)上与发光元件120至少部分地重叠。例如，相位延迟器150可以在与第一偏振器140a延伸的方向相同的第一方向(例如，x方向和/或y方向)上延伸，因此可以与第一偏振器140a平行地延伸，并且还可以在不同于第一方向的第二方向(例如，如图6所示的z方向)上与第一偏振器140a至少部分地重叠。相位延迟器150可以在z方向上与第一偏振器140a和发光元件120两者至少部分地重叠。例如，相位延迟器150可以设置在发光元件120和第一偏振器140a之间(例如，在厚度方向(例如z方向)上)。相位延迟器150可以包括例如聚合物，诸如聚碳酸酯、聚酰亚胺、环烯烃、纤维素酯或其组合。相位延迟器150可以包括例如双折射材料，诸如液晶。相位延迟器150可以是例如λ/4相位延迟器。
[0106]
参照图7，相位延迟器150可以改变未穿过第一偏振器140a而是被其反射的光(例如，左旋圆偏振光)的偏振方向，然后再次改变被发光元件120反射的光的偏振方向并因此将其转换为具有与第一偏振器140a的偏振方向平行的偏振方向的线性偏振光l2，并且此线
性偏振光l2可以穿过第一偏振器140a。因此，可以增加从发光元件120发射的光l1当中的穿过第一偏振器140a的线性偏振光l2的光量，以提高光转换效率。例如，线性偏振光l2与从发光元件120发射的光l1的比率可以例如大于或等于约60％、大于或等于约65％、大于或等于约70％、或者大于或等于约75％。
[0107]
下面描述根据一些示例实施方式的生物信号传感器的另一示例。
[0108]
图8是示出根据一些示例实施方式的生物信号传感器的另一示例的平面图，图9是根据一些示例实施方式的图8的生物信号传感器的沿着图8中的线ix-ix'截取的剖视图。
[0109]
参照图8和图9，根据一些示例实施方式的生物信号传感器100包括光透射层110、发光元件120、光电检测元件130、包含第一偏振器140a和第二偏振器140b的偏振器140、以及(可选地)相位延迟器150，如一些示例实施方式(包括图1-图7所示的示例实施方式)中一样。详细描述与如上所述的相同。
[0110]
然而，不同于一些示例实施方式(包括图1-图7所示的示例实施方式)，根据一些示例实施方式(包括图8-图9所示的示例实施方式)的生物信号传感器100包括多个发光元件120-1和120-2。发光元件120包括配置为发射不同波长光谱中的光的第一发光元件120-1和第二发光元件120-2。第一发光元件120-1和第二发光元件120-2可以用于检测具有不同吸收和/或反射特性的物体。例如，第一发光元件120-1可以配置为发射第一波长光谱中的光，第二发光元件120-2可以配置为发射第二波长光谱中的光，第二波长光谱是比第一波长光谱更长的波长光谱。例如，第一发光元件120-1可以是配置为发射绿色波长光谱中的光的绿色发光元件，第二发光元件120-2可以是配置为发射红色波长光谱中的光的红色发光元件或配置为发射红外波长光谱中的光的红外发光元件。绿色发光元件和红色/红外发光元件可以用于例如血管中的氧合血红蛋白(hbo2)和血红蛋白(hb)的吸收和/或反射特性。如图8所示，第一偏振器140a可以包括在厚度方向(例如，z方向)上与第一发光元件120-1重叠的第三偏振器140a-1以及在厚度方向(例如，z方向)上与第二发光元件120-2重叠的第四偏振器140a-2。第三偏振器140a-1的偏振方向和第四偏振器140a-2的偏振方向可以彼此平行。在一些示例实施方式中，第三偏振器140a-1的偏振方向和第四偏振器140a-2的偏振方向可以每个垂直于第二偏振器140b的偏振方向。
[0111]
在一些示例实施方式中，发光元件120-1和120-2可以从图8-图9所示的生物信号传感器100省略，并且生物信号传感器100可以配置为利用可从周围环境和/或与生物信号传感器分开的单独的一个或更多个光源(例如，单独的发光二极管(led))接收的入射光l1，使得第三偏振器140a-1和第四偏振器140a-2配置为接收并线性偏振从一个或更多个或单独的相应外部光源接收的入射光。
[0112]
前述生物信号传感器100可以以沿着行和/或列布置的阵列的形式被应用。
[0113]
图10是示出根据一些示例实施方式的生物信号传感器阵列的示例布置的示意图，图11是示出根据一些示例实施方式的图10的生物信号传感器阵列的一部分的示意图。
[0114]
参照图10，生物信号传感器阵列500可以具有矩阵布置，其中多个单位元件组510沿着行和/或列重复地布置。单位元件组510的布置可以是例如拜耳矩阵、pentile矩阵和/或菱形矩阵，但是不限于此。
[0115]
在附图中，所有的单位元件组510被示出为具有相同的尺寸，但是不限于此，并且所述多个单位元件组510中的至少一个单位元件组510可以大于或小于其它单位元件组
510。在附图中，所有的单位元件组510被示出为具有相同的形状，但是不限于此，并且所述多个单位元件组510中的至少一个单位元件组510可以具有与其它单位元件组510的形状不同的形状。
[0116]
每个单位元件组510可以布置在上述光透射层110上，并可以包括发光元件120和光电检测元件130，并且即使没有示出，包括设置为与发光元件120重叠的上述第一偏振器140a、设置为与光电检测元件130重叠的上述第二偏振器140b、以及在发光元件120与第一偏振器140a之间的相位延迟器150(可选地)。在一些示例实施方式中，每个单位元件组510(包括图11-图12所示的单位元件组)包括至少一个发光元件120(例如，发光元件120-1和/或发光元件120-2)、至少一个光电检测元件130、至少一个第一偏振器140a和至少一个第二偏振器140b。图10和图11示出每个单位元件组510包括一个第一发光元件120-1、一个第二发光元件120-2和两个光电检测元件130，但是不限于此，并且可以包括第一发光元件120-1和第二发光元件120-2中的至少一个以及至少一个光电检测元件130。第一发光元件120-1和第二发光元件120-2中的任何一个可以被省略。
[0117]
包括在每个单位元件组510中的发光元件120和光电检测元件130可以具有几微米至几百微米的大小(尺寸)。例如，包括在每个单位元件组510中的发光元件120和光电检测元件130可以独立地具有大于或等于约1μm且小于约1000μm的宽度、长度和厚度，并且在该范围内，为约10μm至约800μm、约10μm至约700μm、约10μm至约600μm、或约10μm至约500μm。
[0118]
此生物信号传感器阵列500包括沿着行和/或列布置的多个发光元件120和光电检测元件130，因此可以更容易地检测生物信号。因此，将理解，生物信号传感器阵列500可以包括根据一些示例实施方式的生物信号传感器(例如，生物信号传感器100，和/或每个单位元件组510的至少一部分(包括单位元件组510的排除或包括将随后描述的压力传感器300的部分)可以对应于生物信号传感器100)。
[0119]
图12是示出根据一些示例实施方式的生物信号传感器阵列的另一示例的布置的示意图，图13是示出根据一些示例实施方式的图12的生物信号传感器阵列的一部分的示意图。
[0120]
根据一些示例实施方式的生物信号传感器阵列500具有矩阵布置，其中多个单位元件组510沿着行和/或列重复地布置，如在一些示例实施方式(包括图11所示的示例实施方式)中一样，并且每个单位元件组510包括发光元件120和光电检测元件130，并且即使未示出，包括前述偏振器140(包含第一偏振器140a和第二偏振器140b)以及(可选地)相位延迟器150。
[0121]
然而，与一些示例实施方式(包括图11所示的示例实施方式)不同，根据一些示例实施方式(包括图12所示的示例实施方式)的生物信号传感器阵列500还包括在每个单位元件组510中的压力传感器300。也就是，每个单位元件组510包括发光元件120、光电检测元件130和压力传感器300。例如，图12和图13示出每个单位元件组510包括一个第一发光元件120-1、一个第二发光元件120-2、一个光电检测元件130和一个压力传感器300，但是不限于此，并且可以包括至少一个第一发光元件120-1和/或第二发光元件120-2、至少一个光电检测元件130和至少一个压力传感器300。可以省略第一发光元件120-1和第二发光元件120-2中的任何一个。在一些示例实施方式中，每个单位元件组510可以被理解为单独的生物信号传感器。
[0122]
压力传感器300是配置为检测压力变化的传感器。因此，布置在生物信号传感器阵列500中的多个压力传感器300当中的压力传感器300可以用于指定在何处发生压力，因此，可以选择性地单独操作对应的单位元件组510以有效地检测在诸如血管的目标的特定位置处的生物信号。压力传感器300可以包括一对电极以及在该对电极之间的压敏层，并且压敏层可以包括例如碳纳米管、金属纳米线、金属纳米颗粒、电介质材料、导电聚合物或其组合。
[0123]
例如，根据一些示例实施方式的操作生物信号传感器阵列500的方法可以包括例如指定检测压力的压力传感器300在生物信号传感器阵列500的所述多个单位元件组510当中的何处以及选择性地操作该压力传感器300所属的单位元件组510。检测压力的压力传感器300所属的单位元件组510的选择性操作可以包括例如将光辐照到感测压力的该压力传感器300所属的单位元件组510的发光元件120中、然后在光电检测元件130中吸收由目标(例如血管)反射的光、以及将所吸收的光转换成电信号。
[0124]
根据任何示例实施方式的前述生物信号传感器100或生物信号传感器阵列500可以应用于(例如，被包括在)配置为收集生物信号信息的各种传感器系统，并且可以用于临时地或实时地获得生物信号。生物信号传感器100可以应用于例如可穿戴生物电子装置或直接附着到皮肤的皮肤可附着装置，并可以用于临时或实时地获得诸如血流的生理信号，但是不限于此。传感器系统可以是例如贴片型生物信号传感器系统或带型生物信号传感器系统。
[0125]
图14是示出根据一些示例实施方式的传感器系统的示例的示意图。
[0126]
参照图14，根据一些示例实施方式的传感器系统1000可以是贴片型或带型生物信号传感器系统，并且可以包括：上述生物信号传感器100或生物信号传感器阵列500；ic和/或处理器600，配置为处理从生物信号传感器100或生物信号传感器阵列500获得的生物信号；以及显示区域700，配置为将获得的生物信号显示为各种字母和/或图像。
[0127]
如所示的，ic和/或处理器600可以经由分开的相应导电线610、620电联接到前述的生物信号传感器100或生物信号传感器阵列500和显示区域700。在一些示例实施方式中，导电线610、620可以是导电布线、导电迹线、电总线、其任何组合等。
[0128]
如所示的，ic和/或处理器600可以在基板1010上或至少部分地嵌入在基板1010中。生物信号传感器100或生物信号传感器阵列500以及显示区域700可以在基板1020上或至少部分地嵌入在基板1020中。在一些示例实施方式中，基板1010和1020可以是作为单片材料的单个连续基板的区别开的部分。在一些示例实施方式中，基板1010和1020可以每个至少部分地包括与如这里所述的光透射层110的至少一部分中包括的材料相同的材料。在一些示例实施方式中，至少基板1020包括光透射层，从而基板1020是单片材料，其一部分是生物信号传感器100或生物信号传感器阵列500的光透射层110。
[0129]
显示区域700可以是显示面板，包括led显示面板、oled显示面板、液晶显示(lcd)面板、其任何组合等。ic和/或处理器600可以配置为基于从生物信号传感器100或生物信号传感器阵列500获得的信息在显示区域700上显示信息。
[0130]
ic和/或处理器600可以包括处理电路的一个或更多个实例、可以被包括在处理电路的一个或更多个实例中和/或可以由处理电路的一个或更多个实例来实现，处理电路的所述一个或更多个实例诸如是：包括逻辑电路的硬件；硬件/软件组合，诸如执行软件的处理器；或其组合。例如，处理电路更具体地可以包括但不限于中央处理单元(cpu)、算术逻辑
单元(alu)、图形处理单元(gpu)、应用处理器(ap)、数字信号处理器(dsp)、微型计算机、现场可编程门阵列(fpga)、可编程逻辑单元、微处理器、专用集成电路(asic)、神经网络处理单元(npu)、电子控制单元(ecu)、图像信号处理器(isp)等。在一些示例实施方式中，处理电路可以包括存储指令程序的非暂时性计算机可读存储器件(例如，存储器)(例如固态驱动器(ssd))以及配置为执行指令程序的处理器，以实现由ic和/或处理器600中的一些或全部执行的功能和/或方法并因此实现由传感器系统1000中的一些或全部执行的功能和/或方法。
[0131]
作为示例，根据一些示例实施方式的生物信号传感器和/或生物信号传感器阵列(例如，生物信号传感器100和/或生物信号传感器阵列500)可以是光电容积描记(ppg)传感器装置、用于脑成像的功能性近红外光谱仪(fnirs)等，但是示例实施方式不限于此。
[0132]
在下文，参照示例更详细地说明一些示例实施方式。但是，本发明构思的当前范围不限于这些示例。
[0133]
光学模拟
[0134]
评估生物信号传感器的根据皮肤运动的噪声变化。
[0135]
通过使用lighttools软件执行噪声变化的评估。在图1和图2所示的生物信号传感器中，当发光元件发射光并且光电检测元件检测被活体(皮肤、血管等)散射和/或反射的光时，评估取决于偏振器的存在或不存在的根据皮肤运动的噪声。
[0136]
生物信号传感器的结构设定如下。
[0137]-生物信号传感器：光电容积描记(ppg)传感器
[0138]-发光元件的发射光谱：550nm至650nm(λ
max
＝600nm)
[0139]-假设光电检测元件的内部量子效率为100％。
[0140]-发光元件与光电检测元件之间的间隔：0至1mm
[0141]-光透射层：可拉伸的光透射层
[0142]-光透射层的厚度：0.05mm
[0143]-皮肤成分：皮肤厚度为1.5mm，血管厚度为1mm，脂肪厚度为2mm，肌肉厚度为30mm
[0144]-第一偏振器的偏振方向和第二偏振器的偏振方向是彼此垂直的(90度)
[0145]
(1)根据皮肤与光电检测元件之间的角度变化的噪声变化
[0146]
当由于皮肤运动(扭曲)使光电检测元件相对于光透射层的平面方向
±
10
°
倾斜时，评估取决于偏振器的存在或不存在的噪声变化。
[0147]
结果显示在表1中。
[0148]
表1
[0149] 运动噪声与信号之比(信号为1)示例1(具有偏振器)2.5比较例1(没有偏振器)4.8
[0150]
(2)根据发光元件与光电检测元件之间的间隔的噪声变化
[0151]
当由于皮肤运动(牵拉)使光电检测元件相对于光透射层的平面方向约
±
20
°
倾斜时，评估取决于偏振器的存在或不存在的噪声变化。
[0152]
结果显示在表2中。
[0153]
表2
[0154] 运动噪声与信号之比(信号为1)示例2(具有偏振器)4.1比较例2(没有偏振器)5.0
[0155]
(3)根据光透射层的不均匀厚度的噪声变化
[0156]
当可拉伸的光透射层的厚度通过皮肤运动(按压)改变时(当厚度不均匀时，从平均厚度
±
0.15nm)，评估取决于偏振器的存在或不存在的噪声变化。
[0157]
结果显示在表3中。
[0158]
表3
[0159] 运动噪声与信号之比(信号为1)示例3(具有偏振器)0.75比较例3(没有偏振器)1.5
[0160]
参照表1至表3，与不包括偏振器的生物信号传感器相比，包括偏振器的生物信号传感器显示出极大地减少根据皮肤运动的噪声。
[0161]
示例i
[0162]
示例4
[0163]
偏振膜(用于可见光的二向色膜偏振器，thorlabs，inc.)分别附接到绿色发光元件(biomon sensor，型号名称：sfh7060，osram sylvania inc.)、红色发光元件(biomon sensor，型号名称：sfh7060，osram sylvania inc.)和光电检测元件(biomon sensor，型号名称：sfh7060，osram sylvania inc.)，并且获得的绿色发光元件、红色发光元件和光电检测元件以4mm的间隔设置在sebs基板上以制造生物信号传感器。这里，附接到绿色发光元件的偏振膜的偏振方向垂直于附接到光电检测元件的偏振膜的偏振方向，并且附接到红色发光元件的偏振膜的偏振方向平行于附接到光电检测元件的偏振膜的偏振方向。
[0164]
示例5
[0165]
根据与示例4相同的方法制造生物信号传感器，除了附接到绿色发光元件的偏振膜的偏振方向平行于附接到光电检测元件的偏振膜的偏振方向并且附接到红色发光元件的偏振膜的偏振方向垂直于附接到光电检测元件的偏振膜的偏振方向之外。
[0166]
评估i
[0167]
评估根据示例4和示例5的生物信号传感器的性能。
[0168]
通过将生物信号传感器附着到手腕的桡骨动脉周围并检测其信号(ppg信号)变化来评估生物信号传感器的性能。
[0169]
结果在图15和图16中示出。
[0170]
图15是示出根据示例4的生物信号传感器的生物信号变化的曲线图，图16是示出根据示例5的生物信号传感器的生物信号变化的曲线图。
[0171]
参照图15，在示例4的生物信号传感器中，绿色波长光谱中的光信号受到运动的影响相对较小，但是红色波长光谱中的光信号受到运动的影响相对较大。
[0172]
参照图16，在示例5的生物信号传感器中，红色波长光谱中的光信号受到运动的影响相对较小，但是绿色波长光谱中的光信号受到运动的影响相对较大。
[0173]
因此，证实了当附接到发光元件的偏振膜的偏振方向和附接到光电检测元件的偏振膜的偏振方向彼此平行时，由于运动引起的噪声相对高，但是当附接到发光元件的偏振
膜的偏振方向和附接到光电检测元件的偏振膜的偏振方向彼此垂直时，由于运动引起的噪声减小。
[0174]
示例ii
[0175]
示例6
[0176]
生物信号传感器通过如下制造：在sebs基板上以0.8mm的间隔设置红色发光元件(面积：0.5
×
0.5mm2)和光电检测元件(面积：0.5
×
0.5mm2)，在与红色发光元件和光电检测元件的对应位置将每个偏振膜(用于可见光的二向色膜偏振器，thorlabs，inc.)(每个面积：0.5
×
0.5mm2)附接到sebs基板的底部。红色发光元件通过依次堆叠下电极(izo)/空穴辅助层/有机发光层/电子辅助层/上电极(al)而形成，光电检测元件通过堆叠下电极(izo)/空穴辅助层/光吸收层(subnc/c60)/电子辅助层/上电极(al)而形成。附接到红色发光元件的偏振膜的偏振方向垂直于附接到光电检测元件的偏振膜的偏振方向。
[0177]
比较例4
[0178]
除了不包括偏振膜以外，根据与示例6相同的方法制造生物信号传感器。
[0179]
评估ii
[0180]
评估根据示例6和比较例4的生物信号传感器的性能。
[0181]
通过将生物信号传感器附着到手指或手腕上并检测当锻炼(运动)时和当休息时的信号(ppg信号)变化来评估生物信号传感器的性能。
[0182]
结果在图17和图18中示出。
[0183]
图17是示出根据示例6的生物信号传感器的生物信号变化的曲线图，图18是示出根据比较例4的生物信号传感器的生物信号变化的曲线图。
[0184]
参照图17和图18，取决于偏振器的存在，生物信号传感器受到来自运动的不同影响，具体地，与不包括偏振器的生物信号传感器相比，包括偏振器的生物信号传感器表现出相对更少的噪声。
[0185]
尽管已经结合当前被认为是实际的示例实施方式描述了本发明构思，但是将理解，本发明构思不限于所公开的示例实施方式。相反地，其旨在涵盖被包括在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等同布置。
[0186]
本技术要求于2020年7月13日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2020-0086421号的优先权和权益，其全部内容通过引用结合于此。