CN105266773B - 脉搏波传感器和可穿戴电子设备 - Google Patents

Abstract

一种脉搏波传感器，所述脉搏波传感器包括光源和光学传感器，所述光学传感器位于所述光源上方，所述光学传感器具有保护基板，所述保护基板上表面用于接触人体的感测部位，所述保护基板下表面具有多个感光单元，所述感光单元具有透光区域和非透光区域，所述光源发出的光线能够从所述透光区域透过所述光学传感器。由于所述感光单元具有透光区域和非透光区域，因此可以将光源置于光学传感器底部，使得这个模组结构简单，紧凑，厚度减小，并且可靠性好，同时成本降低，适合大规模生产使用。

Description

脉搏波传感器和可穿戴电子设备

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种脉搏波传感器和可穿戴电子设备。

背景技术

随着信息技术的发展，信息设备越来越轻薄化，并且信息设备的技术方向越来越倾向于运用在人体健康方面。由此引发了可穿戴设备的快速发展，比如智能手表、智能手环和智能眼镜等。其中，利用光学方式设备来测量人体动脉和静脉血液信息，是一种方便快捷且无创的人体健康信息跟踪方式，比如通过测量静脉血管(末梢)中光吸收率来测量人体血糖信息，通过测量动脉血管(末梢)中光吸收率测量人体血氧信息，通过测量人体动脉血管(末梢)血液的涌动时对光吸收率改变来测量人体脉搏波等。其中通过脉搏波的测试，可以实现人体心率测量，最新的研究也表明，通过脉搏波测试，还可以实现人体血压的测量。

图1和图2示出了现有脉搏波测试模组的结构示意图，图1是脉搏波测试模组去除保护盖板后的俯视结构示意图，图2是图1所示结构沿AA’点划线剖切得到的剖面结构示意图，并且图2中重新显示了保护盖板。

现有脉搏波测试模组包括基板10、光学传感器11、隔离层12、光源13、密封圈14和保护盖板15。如图2所示，光学传感器11和光源13位于基板10上，而隔离层12和密封圈14不仅位于基板10上，而且位于保护盖板15下方，即隔离层12和密封圈14位于基板10和保护盖板15之间。结合图1和图2，隔离层12包围在光学传感器11周边，并且隔离层12不透光，以将光学传感器11和光源13隔开，从而防止光源13的光直接照射到光学传感器11。而密封圈14将光学传感器11、隔离层12和光源13等全部包围起来，以将它们全部密封在基板10和保护盖板15之间。

在测量脉搏波时，人体的某个部位，例如手指16，(也可以是手臂等)紧贴保护盖板15上。光源13出射光线131透过保护盖板15后，照射进入手指16，并经过反射、散射和折射，有一部分光(即反射光线132)反射回来，重新透过保护盖板15，并进入光学传感器11，这部分反射光线132被光学传感器11吸收，并发生光电转化，再通过模数转化(ADC)形成数字信号。基板10有与系统板连接的引脚或引线(图1和图2中未画出)，通过此引脚或引线实现数字信号的传输和模组的供电。人体血液在血管中随着心跳而发生涌动，涌动时，血管中的血液量会变化，所以，手指16对光的吸收、反射、散射、折射就会有变化，进而使返回光132的强度发生变化，由此，就可以利用光学传感器11得到的数字信号得出脉搏波的信号。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种脉搏波传感器和可穿戴电子设备，以降低脉搏波传感器成本和可穿戴电子设备成本，简化脉搏波传感器的结构和可穿戴电子设备的结构。

为解决上述问题，本发明提供一种脉搏波传感器，包括：

光源；

光学传感器，所述光学传感器位于所述光源上方，所述光学传感器具有保护基板，所述保护基板上表面用于接触人体的感测部位，所述保护基板下表面具有多个感光单元，所述感光单元具有透光区域和非透光区域，所述光源发出的光线能够从所述透光区域透过所述光学传感器。

可选的，所述感光单元包括光电二极管，所述光电二极管位于所述非透光区域。

可选的，所述脉搏波传感器还包括位于所述光电二极管下方的第一电极层和位于所述光电二极管上方的第二电极层；所述第一电极层的材料为非透光导电材料，所述第二电极层的材料为透光导电材料；所述非透光区域包括所述第一电极层所在区域。

可选的，所述感光单元包括光电薄膜晶体管。

可选的，所述光电薄膜晶体管的沟道层位于栅极层上方；所述栅极层的材料为非透光导电材料；所述非透光区域包括所述栅极层所在区域。

可选的，所述光电薄膜晶体管的沟道层位于栅极层下方，所述沟道层下方还具有遮光层，所述非透光区域包括所述遮光层所在区域。

可选的，所述脉搏波传感器还包括柔性电路板，所述柔性电路板绑定在所述保护基板内表面的外围连接区。

可选的，所述脉搏波传感器还包括导光板，所述光源内嵌在所述导光板中，所述光学传感器位于所述导光板上方。

可选的，所述脉搏波传感器还包括密封部件，所述密封部件将弯折至所述导光板下方的所述柔性电路板与所述保护盖板之间密封成一个容置空间，所述光源、所述感光单元和所述导光板位于所述容置空间内。

可选的，所述脉搏波传感器还包括加强基板，所述加强基板与弯折至所述导光板下方的所述柔性电路板固定在一起。

可选的，所述脉搏波传感器还包括传感器芯片，所述传感器芯片固定在所述柔性电路板表面。

可选的，所述脉搏波传感器还包括导光板、密封部件和印刷电路板，所述光源内嵌在所述导光板中，所述光学传感器位于所述导光板上方，所述密封部件在所述保护盖板与所述印刷电路板之间密封成一个容置空间，所述光源、所述感光单元和所述导光板位于所述容置空间内。

可选的，所述印刷电路板与所述保护基板内表面的外围连接区通过引线键合电连接在一起，所述外围连接区上具有胶层，所述胶层包覆所述引线键合采用的引线。

可选的，所述脉搏波传感器还包括传感器芯片，所述传感器芯片固定在所述印刷电路板表面。

为解决上述问题，本发明还提供了一种可穿戴电子设备，包括如上所述的脉搏波传感器。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

本发明的技术方案中，脉搏波传感器包括光源和光学传感器，所述光学传感器位于所述光源上方，所述光学传感器具有保护基板，所述保护基板上表面用于接触人体的感测部位，所述保护基板下表面具有多个感光单元，所述感光单元具有透光区域和非透光区域，所述光源发出的光线能够从所述透光区域透过所述光学传感器。由于所述感光单元具有透光区域和非透光区域，因此可以将光源置于光学传感器底部，使得这个模组结构简单，紧凑，厚度减小，并且可靠性好，同时成本降低，适合大规模生产使用。

进一步，直接在光学传感器下方直接设置光源，并且通过直接利用柔性电路板和保护基板直接密封在一起，从而进一步简化了结构，减小脉搏波传感器厚度，降低脉搏波传感器成本。

进一步，直接在光学传感器下方直接设置光源，并且通过直接利用金属导线、印刷电路板和保护基板直接密封在一起，从而进一步简化了结构，减小脉搏波传感器厚度，降低脉搏波传感器成本。

附图说明

图1是现有脉搏波测试模组去除保护盖板后的俯视示意图；

图2是图1所示脉搏波测试模组沿AA’点划线剖切得到的剖面示意图；

图3是本发明实施例提供的脉搏波传感器示意图；

图4是本发明另一实施例提供的脉搏波传感器俯视结构示意图；

图5是图4所示结构沿BB’点划线剖切得到的剖面结构示意图；

图6为图4所示脉搏波传感器中光学传感器的电性原理图；

图7为图6所示原理图对应器件结构的俯视图；

图8为图7所示结构沿CC’点划线剖切得到的剖面结构示意图；

图9是本发明另一实施例提供的脉搏波传感器俯视结构示意图；

图10是图9所示结构沿DD’点划线剖切得到的剖面结构示意图；

图11为图9所示脉搏波传感器中光学传感器的电性原理图；

图12为图11所示原理图对应器件结构的俯视图；

图13为图12所示结构沿EE’点划线剖切得到的一种剖面结构示意图；

图14为图12所示结构沿EE’点划线剖切得到的另一种剖面结构示意图；

具体实施方式

正如背景技术所述，现有技术中，脉搏波测试模组需要隔离层12等结构，并且，由于光学传感器11和光源13之间被隔离层12隔开，为了保证光源的反射光线132能够被光学传感器11接收，需要保证光源13、手指16和光学传感器11三者形成的夹角较小，因此要求手指16到光学传感器11的距离较大，造成整个结构厚度较大。同时，现有光学传感器11通常采用CMOS工艺在硅晶圆上制作而成。基板10由印刷电路板(PCB)或者柔性印刷电路板(FPC)制成。模组组装的过程一般是将光学传感器11和光源13通过表面贴装技术(SMT)焊接到基板10上，然后制作光隔离层12，最后固定保护盖板15和制作密封圈14。由于保护盖板15在实际产品中是外漏在外，以用于接触人体的相应部分，故需要确保整个模组长期完好密封，因此模组的封装难度较高，模组的整个组装工艺较复杂，成本较高。

为此，本发明提供一种脉搏波传感器，所述脉搏波传感器的所述感光单元具有透光区域和非透光区域，因此可以将光源置于光学传感器底部，使得这个模组结构简单，紧凑，厚度减小，并且可靠性好，同时成本降低，适合大规模生产使用。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

本发明实施例提供一种脉搏波传感器，请参考图3。所述脉搏波传感器包括光源21和光学传感器。光学传感器位于所述光源21上方。所述光学传感器具有保护基板22，保护基板22上表面用于接触人体的感测部位，如图3中，保护基板22上表面被手指23直接接触。保护基板22下表面具有多个感光单元(未示出)，所述感光单元具有透光区域和非透光区域，所述光源21发出的光线能够从所述透光区域透过所述光学传感器。虽然图3中未显示出所述透光区域和非透光区域，但是图3示出，光源21发出的发射光线211能够透过所述光学传感器而到达手指23，发射光线211能够照射进入手指23，并经过手指23内的血管和血液等的反射、散射和折射，产生反射光线212反射回来，重新透过保护基板22，并进入光学传感器11的所述感光单元，这部分反射光线132被所述感光单元吸收，并发生光电转化，再通过模数转化形成数字信号。保护基板22还具有引脚或引线(图3中未画出)，通过此引脚或引线实现数字信号的传输和对脉搏波传感器的供电。人体血液在血管中随着心跳而发生涌动，涌动时，血管中的血液量会变化，所以，手指23中血管和血液等对光的吸收、反射、散射、折射就会有变化，进而使返回光212的强度发生变化，由此，就可以利用光学传感器21得到的数字信号得出脉搏波的信号。

本实施例中，保护基板22由透光材质制作而成，以保证所述光学传感器能够透过光源21发出的光线。

本实施例提供的脉搏波传感器中，由于所述感光单元具有透光区域和非透光区域，因此可以将光源置于光学传感器底部，使得这个模组结构简单，紧凑，厚度减小，并且可靠性好，同时成本降低，适合大规模生产使用。

本发明另一实施例提供另一种脉搏波传感器，请参考图4至图8。

图4是本实施例所提供的脉搏波传感器的俯视结构示意图，图5为图4所示结构沿BB’点划线剖切得到的剖面结构示意图。

请参考图4和图5，所述脉搏波传感器包括光学传感器(未标注)，所述光学传感器包括保护基板30，所述光学传感器还包括制作在保护基板30内表面的多个感光单元(未标注)。保护基板30上表面用于接触人体的感测部位，即保护基板30上表面用于与人体的感测部位直接接触。所述感测部位可以为手指指纹部位或者手臂血管集中部位等，从而保证所述脉搏波传感器能够对相应的脉搏波进行感测。由于保护基板30上表面用于接触人体的感测部位，因此，图4所示在俯视图中，保护基板30位于整个所述脉搏波传感器的最上层，所述脉搏波传感器的其它结构位于保护基板30的下方(可结合参考图5)，因此，图4中，其它结构被保护基板30覆盖，这些被覆盖结构的边框以虚线表示，如图4所示。

本实施例中，保护基板30的下方制作有多个感光单元(未标注)，全部所述感光单元所在的区域为感光器件区31。本实施例后续内容对所述感光单元的结构进行进一步的说明。需要说明的是，其它实施例中，所述感光单元的个数可以根据需要进行设置，本发明对此不作限定。

请继续参考图4和图5，所述脉搏波传感器还包括导光板32、密封部件33、光源34(请参考图5)、柔性电路板35和传感器芯片36。其中，如图5所示，光源34内嵌在导光板32中。所述光学传感器位于导光板32上方，即所述光学传感器位于光源34上方。柔性电路板35一端绑定在保护基板30内表面的外围连接区300(如图4中虚线框所示)，并且柔性电路板35一部分弯折至导光板32下方。密封部件33将弯折至导光板32下方的所述柔性电路板35与所述保护盖板之间密封成一个容置空间(未标注)。光源34、所述感光单元和导光板32位于所述容置空间内。在图4看到，俯视方向上，所述光源34和导光板32均被密封部件33包围，因而，整个感光器件区31也被密封部件33包围。并且在图5所示剖面上，感光器件区31位于导光板32上表面，即感光器件区31位于导光板32和保护基板30之间(感光器件区31位于保护基板30内表面)，从而保证感光器件区31内的全部所述感光单元都能够接收到从人体感测部位反射回来的相应反射光线。所述传感器芯片36固定在柔性印刷板35表面，具体固定在柔性电路板35靠近外围连接区300的表面。

本实施例中，保护基板30可以由透光材料制作而成，具体材料可以为玻璃、石英、蓝宝石或者塑料等。

本实施例中，密封部件33可以为非完全吸光的热敏胶、压敏胶、光敏胶或橡胶(所述橡胶为具有粘性的橡胶)，从而使所述容置空间与外界隔绝，防止水气和静电影响光源34、导光板32和相应的感光单元等结构。

本实施例中，柔性电路板35电连接至系统板(未示出)，所述系统板可以是所述脉搏波传感器本身的主系统板，也可以是具有此脉搏波传感器的电子产品的主系统板。柔性电路板35电连接引脚或引线，并通过这些引脚或引线电连接系统板，从而通过所述系统板实现数字信号的传输和对所述脉搏波传感器的供电。

本实施例中，柔性电路板35可以通过玻璃上薄膜工艺(film on glass，FOG)压合在保护基板30内表面的外围连接区300。具体的，可以通过各向异性导电胶(AnisotropicConductive Film，ACF)，实现电连接和机械固定。

本实施例中，柔性电路板35上的传感器芯片36用于将感光器件区31的各感光单元电信号读出，可以采用表面贴装技术(Surface Mount Technology，SMT)将传感器芯片36固定在柔性电路板35上。

本实施例中，虽然光源34内嵌在导光板32中，但同时光源34的底部还焊接在柔性电路板35上，以通过柔性电路板35对光源34进行供电和控制。本实施例的光源34具体可以为LED灯，其它实施例中，光源34也可以采用其它结构。

需要说明的是，其它实施例中，当整个光学传感器的面积较小时，例如当所述光学传感器的面积小于2mm×2mm时，也可以不需要设置导光板32，而是直接将相应的光源34置于所述光学传感器的正下方。此时由于所述光学传感器面积较小，因此不需要导光板32也能满足光均匀性的要求。或者，也可以将相应的光源34置于所述光学传感器的下方，同时用透光的胶体材料填充光源34和所述光学传感器之间，以便实现光的扩散和有效传输。

需要说明的是，其它实施例中，所述脉搏波传感器还可以包括加强基板(未示出)，所述加强基板与弯折至导光板32下方的所述柔性电路板35固定在一起，从而加强柔性电路板35的支撑强度，使所述容置空间保持稳定。

请结合参考图6和图7，图6为所述脉搏波传感器中光学传感器的电性原理图，图7为图6原理图对应器件结构的俯视图。图6和图7中，为了方便显示，将保护基板30的下表面朝上设置，以更好地显示其中的感光单元。

本实施例中，感光单元可以呈规整的行列排布，如图6所示。每个感光单元均具有透光区域(未标注)和非透光区域(未标注)。具体的，本实施例所述感光单元包括光电二极管311，光电二极管311位于所述非透光区域。并且，所述感光单元还可以包括半导体功能器件和导线(所述导线包括引线和外围走线)，所述功能器件可以为作为开关器件的场效应晶体管等。

请继续参考图6，本实施例中，各感光单元可以由引线312、引线313和引线314电连接到外围连接区300，从而实现与柔性电路板35的电连接。感光器件区31中，除了光电二极管311这些需要用于接收人体反射光线的部分外，其它部分均可以采用透光材质制作，从而保证透光区域的面积较大，进而保证所述光源34发出的大多数光线能够从所述透光区域透过所述光学传感器。即本实施例使得所述感光单元中，除了光电二极管311、相应的功能器件和导线所在区域以外，其它区域均属于所述透光区域。

其它实施例中，所述透光区域面积增大能够使感光单元更容易接收到相应的反射光线，因此，也可以采用透明导电材料制作各所走电线，从而进一步增大所述透光区域的面积。

请参考图8，图8为图7所示结构沿CC’点划线剖切得到的剖面结构，所述剖面结构显示了光电二极管311为PIN光电二极管(未标注)时的具体结构。所述PIN光电二极管包括从下到上层叠的第一电极层315、第一半导体层3111、第二半导体层3112、第三半导体层3113和第二电极层316。第一电极层315的材料可以为非透光导电材料。在保护基板30厚度方向上，第一电极层315完全遮挡第一半导体层3111、第二半导体层3112和第三半导体层3113。需要说明的是，其它实施例中，所述光电二极管也可以为PN光电二极管。

本实施例中，位于光电二极管311下方的结构为第一电极层315，位于光电二极管311上方的结构为第二电极层316。第一电极层315的材料为非透光导电材料，第二电极层316的材料为透光导电材料。所述非透光区域包括第一电极层315所在区域。

本实施例中，特别注意到，背光源34置于光学传感器下方，所以，第一电极层315的面积要大于第一半导体层3111、第二半导体层3112和第三半导体层3113的面积，如图8所示，从而防止光源34的出射光直接照到光电二极管311。

本实施例中，第一半导体层3111可以为p型硅半导体层(p-Si)，第二半导体层3112可以为i型硅半导体层(i-Si)，第三半导体层3113可以为n型硅半导体层(n-Si)，即三个半导体层组成PIN二极管。其它实施例中，第一半导体层3111和第三半导体层3113的位置可以对换。所有半导体层可以通过等离子体增强化学气相沉积法(Plasma Enhanced ChemicalVapor Deposition，PECVD)的方式制作而成。

本实施例中，第一电极层315的材料为非透光导电材料，具体可以为Mo或Al等金属层，厚度可以在0.05μm至1μm之间，从而达到所需的遮光效果。同时，第一电极层315可以通过物理气相沉积法(Physical Vapor Deposition，PVD)的方式制作而成。

本实施例中，第二电极层316的材料为透明导电材料，从而保证光源34被相应感测部位反射回来的光线能够到达PIN二极管。具体的，第二电极层316的材料可以为ITO等。

本实施例中，引线312、引线313和引线314的厚度可以为0.05μm至2μm之间，可以通过PVD的方式制作而成。

本实施例中，光电二极管311、第一电极层315和第二电极层316均被介质层318覆盖，并且，介质层318内部还包括插塞317，插塞317用于电连接外围走线314和第二电极层316。其中，介质层318的材质可以为氮化硅或氧化硅，介质层318的厚度可以为0.1μm至2.0μm之间，介质层318可以通过PECVD的方式制作而成。

本实施例中，功能器件(所述功能器件包括感光器件与感光器件配合的半导体器件，所述半导体器件可以晶体管)通过可以采用非晶硅薄膜晶体管(amorphous SiliconThin Film Transistor，a-Si TFT)工艺、低温多晶硅薄膜晶体管(Low Temperature PolySilicon Thin Film Transistor，LTPS TFT)工艺或氧化物半导体薄膜晶体管(OxideSemiconductor Thin Film Transistor，OTFT)工艺等半导体工艺技术制作在保护基板30内表面。

本实施例所提供的脉搏波传感器具体工作时，光源34发出的光线中，有部分被第一电极层315遮挡，从而防止直接照射到所述PIN光电二极管，光源34发出的另一部分光线则通过所述透光区域穿过整个所述光学传感器，并到达与保护基板30上表面接触的人体相应部位，这些光线在人体中的血液发生反射等作用，从而反射回来。一开始，各所述PIN光电二极管处于反向偏置状态，所述PIN光电二极管具有最小的暗态电流。当从人体反射回来的反射光线穿过保护基板30和第二电极层316后，被所述PIN光电二极管吸收，从而产生相应的光电子信号，所述光电子信号正比于反射光线强度，从而使所述PIN光电二极管通过相应的电流信号，即所述感光单元获得相应的脉搏波信号。

本实施例所提供的脉搏波传感器中，直接在光学传感器下方直接设置光源，并且通过直接利用柔性电路板35和保护基板30直接密封在一起，从而进一步简化了结构，减小脉搏波传感器厚度，降低脉搏波传感器成本。

本发明另一实施例提供另一种脉搏波传感器，请参考图9至图14。

图9是本实施例所提供的脉搏波传感器的俯视结构示意图，图10为图9所示结构沿DD’点划线剖切得到的剖面结构示意图。

请参考图9和图10，所述脉搏波传感器包括光学传感器(未标注)，所述光学传感器包括保护基板40，所述光学传感器还包括制作在保护基板40内表面的多个感光单元(未标注)。保护基板40上表面用于接触人体的感测部位，即保护基板40上表面用于与人体的感测部位直接接触。所述感测部位可以为手指指纹部位或者手臂血管集中部位等，从而保证所述脉搏波传感器能够对相应的脉搏波进行感测。由于保护基板40上表面用于接触人体的感测部位，因此，图9所示在俯视图中，保护基板40位于整个所述脉搏波传感器的最上层，所述脉搏波传感器的其它结构位于保护基板40的下方(可结合参考图10)，因此，图9中，其它结构被保护基板40覆盖，这些被覆盖结构的边框以虚线表示，如图9所示。

本实施例中，保护基板40的下方制作有多个感光单元(未标注)，全部所述感光单元所在的区域为感光器件区41。本实施例后续内容对所述感光单元的结构进行进一步的说明。需要说明的是，其它实施例中，所述感光单元的个数可以根据需要进行设置，本发明对此不作限定。

请继续参考图9和图10，所述脉搏波传感器还包括导光板42、密封部件43、光源44(请参考图10)、印刷电路板45(请参考图10)、传感器芯片46(请参考图10)、金属导线47和胶层48(请参考图10)。其中，如图10所示，光源44内嵌在导光板42中。所述光学传感器位于导光板42上方，即所述光学传感器位于所述光源44上方。所述金属导线47一端绑定在保护基板40内表面的外围连接区400(如图9中虚线框所示)，并且所述金属导线47一部分弯折至电连接印刷电路板45，金属导线47和印刷电路板45可以通过打线键合(wire bonding)的方式实现电连接，金属导线47和印刷电路板45也可以通过打线键合实现电连接，这两个打线的区域可以通过同一个胶层48保护起来。密封部件43在保护盖板40与印刷电路板45之间密封成一个容置空间(未标注)，光源44、所述感光单元和导光板42位于所述容置空间内。光源44、所述感光单元和导光板42位于所述容置空间内。在图9看到，俯视方向上，所述光源44和导光板42均被密封部件43包围，因而，整个感光器件区41也被密封部件43包围。并且在图10所示剖面上，感光器件区41位于导光板42上表面，即感光器件区41位于导光板42和保护基板40之间(感光器件区41位于保护基板40内表面)，从而保证感光器件区41内的全部所述感光单元都能够接收到从人体感测部位反射回来的相应反射光线。所述传感器芯片46固定在印刷电路板45表面，具体固定在印刷电路板45的下表面。

本实施例中，保护基板40可以由透光材料制作而成，具体材料可以为玻璃、石英、蓝宝石或者塑料等。

本实施例中，密封部件43可以为非完全吸光的热敏胶、压敏胶、光敏胶或橡胶(所述橡胶为具有粘性的橡胶)，从而使所述容置空间与外界隔绝，防止水气和静电影响光源44、导光板42和相应的感光单元等结构。

本实施例中，印刷电路板45电连接至系统板(未示出)，所述系统板可以是所述脉搏波传感器本身的主系统板，也可以是具有此脉搏波传感器的电子产品的主系统板。印刷电路板45电连接引脚或引线，并通过这些引脚或引线电连接系统板，从而通过所述系统板实现数字信号的传输和对所述脉搏波传感器的供电。

本实施例中，印刷电路板45上的传感器芯片46用于将感光器件区41的各感光单元电信号读出，可以采用表面贴装技术(Surface Mount Technology，SMT)将传感器芯片46固定在印刷电路板45上。

本实施例中，金属导线47的材料可以为Al、Cu或者Au等。金属导线47的线径可以为5μm至100μm。

本实施例中，虽然光源44内嵌在导光板42中，但同时光源44的底部还同时焊接在印刷电路板45上，以通过印刷电路板45对光源44进行供电和控制。本实施例的光源44具体可以为LED灯，其它实施例中，光源44也可以采用其它结构。

本实施例中，胶层48的材料可以为热敏胶、压敏胶、光敏胶或者其它材料的绝缘胶，胶层48对金属导线47起到保护作用。

需要说明的是，其它实施例中，当整个光学传感器的面积较小时，例如当所述光学传感器的面积小于2mm×2mm时，也可以不需要设置导光板42，而是直接将相应的光源44置于所述光学传感器的正下方。此时由于所述光学传感器面积较小，因此不需要导光板42也能满足光均匀性的要求。或者，可以将相应的光源44置于所述光学传感器的下方，同时用透光的胶体材料填充光源44和所述光学传感器之间，以便实现光的扩散和有效传输。

需要说明的是，其它实施例中，印刷电路板45可以为柔性印刷电路板，此时，柔性印刷电路板上表面或下表面可以连接加强基板(未示出)，以增加柔性印刷电路板的机械强度，进而使所述容置空间保持稳定。当所述加强基板连接在柔性印刷电路板下表面时，可以在加强基板中设置通孔或者凹槽，所述通孔或者凹槽用于容纳传感器芯片46。

请结合参考图11和图12，图11为光学传感器的电性原理图，图12为图11原理图对应器件结构的俯视图。图11和图12中，为了方便显示，将保护基板40的下表面朝上设置，以更好地显示其中的感光单元。

本实施例中，所述感光单元可以呈规整的行列排布，如图11所示。每个感光单元均具有透光区域(未标注)和非透光区域(未标注)。具体的，本实施例所述感光单元包括光电薄膜晶体管411，光电薄膜晶体管411位于所述非透光区域。并且，所述感光单元还可以包括半导体功能器件和导线(所述导线包括引线和引线)，所述功能器件可以为作为开关器件的场效应晶体管等。

请继续参考图11，本实施例中，各感光单元可以由引线412、引线413和引线414电连接到外围连接区400，从而实现与金属导线47的电连接。感光器件区41中，除了光电薄膜晶体管411这些需要用于接收人体反射光线的部分外，其它部分均可以采用透光材质制作，从而保证透光区域的面积较大，进而保证所述光源44发出的大多数光线能够从所述透光区域透过所述光学传感器。即本实施例使得所述感光单元中，除了光电薄膜晶体管411、相应的功能器件和导线所在区域以外，其它区域均属于所述透光区域。引线412用于将各光电薄膜晶体管411的漏极(或源极)4112电连接至外围连接区400，引线413用于将各光电薄膜晶体管411的源极(或漏极)4113电连接至外围连接区400。引线414用于将各光电薄膜晶体管411的栅极层4111电连接至外围连接区400。

其它实施例中，所述透光区域面积增大能够使感光单元更容易接收到相应的反射光线，因此，也可以采用透明导电材料制作各所述导线(各所述导线包括引线412、引线413和引线414等)，从而进一步增大所述透光区域的面积。

请参考图13，图13为图12所示结构沿EE’点划线剖切得到的一种剖面结构示意图，所述剖面结构显示了光电薄膜晶体管411的具体结构。所述光电薄膜晶体管包括从下到上层叠的漏极4112、介质层410c和栅极层4111，其中，漏极4112和源极4113位于同一层。并且，漏极4112和源极4113之间具有作为沟道层4114的感光半导体层。因此，介质层410c位于沟道层4114与栅极层4111之间，而栅极层4111直接位于保护基板40内表面。此外，感光器件区41中，还包括遮光层4115、引线412、引线413、引线414、介质层410b和介质层410a。遮光层4115位于沟道层4114下方，沟道层4114与遮光层4115之间为介质层410b。介质层410b同时覆盖漏极4112和源极4113。在整个感光器件区41中，可以将引线412与栅极层4111设置在同一层中，并利用制作栅极层4111的工艺同时制作引线412，以节省工艺，节约成本。同样的，可以将引线413与漏极4112和源极4113设置在同一层中，并利用制作漏极4112和源极4113的工艺同时制作引线413，以节省工艺，节约成本。同样的，可以将引线414与遮光层4115设置在同一层中，并利用制作遮光层4115的工艺同时制作引线413，以节省工艺，节约成本。介质层410a位于图13所示的最底层，以覆盖引线414和遮光层4115，并对上述各层起到保护作用。

在制作过程中，上述各层的形成过程可以为：先在保护基板40内表面形成栅极层4111，在形成栅极层4111过程中，可以同时形成引线412；然后，形成介质层410c覆盖栅极层4111，介质层410c同时覆盖引线412；之后，形成作为沟道层4114的感光半导体层，并在沟道层4114两端分别形成漏极4112和源极4113，在形成漏极4112和源极4113时，还可以同时形成引线413；此后，形成介质层410b覆盖沟道层4114、漏极4112、源极4113和引线413；尔后，在介质层410b上形成遮光层4115，在形成遮光层4115时，还可以同时形成引线414；最后，形成介质层410a覆盖遮光层4115和引线414。

本实施例中，沟道层4114采用感光的半导体材料制作而成，从而保证整个薄膜晶体管成为光电薄膜晶体管。

本实施例中，遮光层4115的材料可以为非透光导电材料。并且，在保护基板40厚度方向上，遮光层4115完全遮挡位于遮光层4115上方的沟道层4114(即感光半导体层)。

上述可知，本实施例中，所述光电薄膜晶体管的沟道层4114位于栅极层4111下方，沟道层4114下方还具有遮光层4115，并且所述非透光区域包括遮光层4115所在区域，即上述非透光区域的其中一部分由遮光层4115所在区域构成。也就是说，本实施例中，位于光电薄膜晶体管411下方的结构为遮光层4115。遮光层4115的材料为非透光导电材料，从而保证所述非透光区域包括遮光层4115所在区域。遮光层4115的材料具体可以为Mo或Al等金属层，厚度可以在0.05μm至1μm之间，从而达到所需的遮光效果。同时，遮光层4115可以通过PVD的方式制作而成。

本实施例中，特别注意到，背光源44置于光学传感器下方，所以，遮光层4115的面积要大于沟道层4114的面积，如图13所示，从而防止光源44的出射光直接照到光电薄膜晶体管411。

本实施例中，沟道层4114可以为(感光的)硅掺杂(Si)半导体层，厚度可以为0.05μm至2μm之间。其它实施例中沟道层4114的材料也可以为其它感光半导体材料层。沟道层4114可以通过PECVD的方式制作而成。

本实施例中，漏极4112和源极4113的材料可以为金属材料，此时引线413的材料同样可以为金属材料，具体的，所述金属材料可以为Mo或Al等金属，并且漏极4112、源极4113和引线413可以通过PVD等方式制作而成，它们的厚度可以在0.05μm至1μm之间。

本实施例中，栅极层4111的材料为透明导电材料，从而保证光源44被相应感测部位反射回来的光线能够到达沟道层4114。具体的，栅极层4111的材料可以为ITO等。

本实施例中，引线412、引线413和引线414的厚度可以为0.05μm至2μm之间，可以通过PVD的方式制作而成。

本实施例中，光电薄膜晶体管411的各导电结构之间均具有介质层(介质层410a、介质层410b和介质层410c)，各介质层作为绝缘介质将各导电结构绝缘隔开。并且，所述介质层内部还可以包括其它导电结构。介质层的材质可以为氮化硅或氧化硅，介质层的厚度可以为0.1μm至2.0μm之间，介质层可以通过PECVD的方式制作而成。

本实施例中，功能器件(所述功能器件包括感光器件与感光器件配合的半导体器件，所述半导体器件可以晶体管)通过可以采用非晶硅薄膜晶体管工艺、低温多晶硅薄膜晶体管工艺或氧化物半导体薄膜晶体管工艺等半导体工艺技术制作在保护基板40内表面。

本实施例所提供的脉搏波传感器具体工作时，光源44发出的光线中，有部分被遮光层4115遮挡，从而防止直接照射到所述光电薄膜晶体管，光源44发出的另一部分光线则通过所述透光区域穿过整个所述光学传感器，并到达与保护基板40上表面接触的人体相应部位，这些光线在人体血液发生反射等作用，从而反射回来。具体工作时，一开始，各所述光电薄膜晶体管处于关闭状态(栅极层给低电平)所述光电薄膜晶体管具有最小的暗态电流。当从人体反射回来的反射光线穿过保护基板40、栅极层4111和介质层410c之后，被所述光电薄膜晶体管的沟道层4114吸收，从而产生相应的光电子信号，所述光电子信号正比于反射光线强度，从而使所述光电薄膜晶体管通过相应的电流信号，即所述感光单元获得相应的脉搏波信号。

需要特别说明的是，在本实施例的另外一个具体剖面结构示意图如图14所示，即图14为图12所示结构沿EE’点划线剖切得到的另一种剖面结构示意图，所述剖面结构显示了光电薄膜晶体管411的另一种具体结构，为了显示区别，图14中的标记后增加符号“’”，以作区别。所述光电薄膜晶体管包括从下到上层叠的栅极层4111’、介质层410b’和漏极4112’，其中，漏极4112’和源极4113’位于同一层。并且，漏极4112’和源极4113’之间具有作为沟道层4114’的感光半导体层。因此，介质层410b’位于沟道层4114’与栅极层4111’之间，且漏极4112’和源极4113’直接位于保护基板40’内表面。此外，感光器件区41’中，还包括引线412’、引线413’、引线414’和介质层410a’。同时，在整个感光器件区41’中，可以将引线412’和引线413’与漏极4112’和源极4113’设置在同一层中，并利用制作漏极4112’和源极4113’的工艺同时制作引线412’和引线413’，以节省工艺，节约成本。同样的，可以将引线414’与栅极层4111’设置在同一层中，并利用制作栅极层4111’的工艺同时制作引线414’，以节省工艺，节约成本。介质层410a’位于图14所示的最底层，以覆盖引线414’和栅极层4111’，并对上述各层起到保护作用。

上述图14所示结构在制作过程中，上述各层的形成过程可以为：先在保护基板40内表面形成漏极4112’和源极4113’，在形成漏极4112’和源极4113’过程中，可以同时形成引线412’和引线413’；然后，在漏极4112’和源极4113’之间形成作为沟道层4114’的感光半导体层，并在沟道层4114’两端有一部分覆盖漏极4112’和源极4113’的一部分；此后，形成介质层410b’覆盖沟道层4114’、漏极4112’、源极4113’、引线412’和引线413’；之后，在介质层410b’上形成栅极层4111’，在形成栅极层4111’时，还可以同时形成引线414’；最后，形成介质层410a’覆盖栅极层4111’和引线414’。

在图14所示结构中，与图13所示结构不同的，所述光电薄膜晶体管的沟道层4114’位于栅极层4111’上方，栅极层4111’的材料可以为非透光导电材料。所述述非透光区域的其中一部分由栅极层4111’所在区域构成。在保护基板40’厚度方向上，栅极层4111’完全遮挡位于栅极层4111’上方的沟道层4114’(即感光半导体层)。也就是说，本实施例中，位于光电薄膜晶体管411的栅极层4111’同时作为遮光层，即所述非透光区域包括栅极层4111’所在区域，从而保证感光半导体材料制作的沟道层4114’受到光源44(直接发出的)出射光的照射。栅极层4111’的材料具体可以为Mo或Al等金属层，厚度可以在0.05μm至1μm之间，从而达到所需的遮光效果。同时，栅极层4111’可以通过PVD的方式制作而成。

图14所示结构中，其它结构的材料和性质可以参考图13所示结构，对应结构的材料和性质。并且，图14所示结构的工作原理，也可以参考图13所示结构的工作原理。

本实施例所提供的脉搏波传感器中，直接在光学传感器下方直接设置光源44，并且通过直接利用金属导线47、印刷电路板45和保护基板40直接密封在一起，从而进一步简化了结构，减小脉搏波传感器厚度，降低脉搏波传感器成本。

本发明实施例还提供了一种可穿戴电子设备，所述可穿戴电子设备包括上述各实施例所提供的脉搏波传感器，具体的，所述可穿戴电子设备可以为电子手环、电子臂环或者电子手表等。由于所述可穿戴电子设备具有上述各实施例所提供的脉搏波传感器，因此，所述可穿戴电子不仅可以实现24小时实施监控人体的心率和血压等健康信息，可以预先感知很多人体本身无感觉的疾病信号，对人体健康具有很大的实际意义，而且，所述脉搏波传感器结构简单，成本低，从而使整个可穿戴电子设备能够满足轻巧化设计，并且成本低。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (15)

1.一种脉搏波传感器，其特征在于，包括：

光源；

光学传感器，所述光学传感器位于所述光源上方，所述光学传感器具有保护基板，所述保护基板上表面用于接触人体的感测部位，所述保护基板下表面具有多个感光单元，所述感光单元具有透光区域和非透光区域，所述光源发出的光线能够从所述透光区域透过所述光学传感器；

还包括柔性电路板、导光板和密封部件，所述柔性电路板绑定在所述保护基板内表面的外围连接区；所述光源内嵌在所述导光板中，所述光学传感器位于所述导光板上方；所述密封部件将弯折至所述导光板下方的所述柔性电路板与所述保护基板之间密封成一个容置空间，所述光源、所述感光单元和所述导光板位于所述容置空间内；同时所述光源的底部焊接在所述柔性电路板上，通过所述柔性电路板对所述光源进行供电和控制。

2.如权利要求1所述的脉搏波传感器，其特征在于，所述感光单元包括光电二极管，所述光电二极管位于所述非透光区域。

3.如权利要求2所述的脉搏波传感器，其特征在于，还包括位于所述光电二极管下方的第一电极层和位于所述光电二极管上方的第二电极层；所述第一电极层的材料为非透光导电材料，所述第二电极层的材料为透光导电材料；所述非透光区域包括所述第一电极层所在区域。

4.如权利要求1所述的脉搏波传感器，其特征在于，所述感光单元包括光电薄膜晶体管。

5.如权利要求4所述的脉搏波传感器，其特征在于，所述光电薄膜晶体管的沟道层位于栅极层上方；所述栅极层的材料为非透光导电材料；所述非透光区域包括所述栅极层所在区域。

6.如权利要求4所述的脉搏波传感器，其特征在于，所述光电薄膜晶体管的沟道层位于栅极层下方，所述沟道层下方还具有遮光层，所述非透光区域包括所述遮光层所在区域。

7.如权利要求1所述的脉搏波传感器，其特征在于，还包括加强基板，所述加强基板与弯折至所述导光板下方的所述柔性电路板固定在一起。

8.如权利要求1所述的脉搏波传感器，其特征在于，还包括传感器芯片，所述传感器芯片固定在所述柔性电路板表面。

9.一种脉搏波传感器，其特征在于，包括：

光源；

光学传感器，所述光学传感器位于所述光源上方，所述光学传感器具有保护基板，所述保护基板上表面用于接触人体的感测部位，所述保护基板下表面具有多个感光单元，所述感光单元具有透光区域和非透光区域，所述光源发出的光线能够从所述透光区域透过所述光学传感器；

还包括导光板、密封部件、印刷电路板和传感器芯片，所述光源内嵌在所述导光板中，所述光学传感器位于所述导光板上方，所述印刷电路板位于导光板下方，所述密封部件在所述保护基板与所述印刷电路板之间密封成一个容置空间，所述光源、所述感光单元和所述导光板位于所述容置空间内；所述印刷电路板与所述保护基板内表面的外围连接区通过引线键合电连接在一起，所述外围连接区上具有胶层，所述胶层包覆所述引线键合采用的引线；所述传感器芯片固定在所述印刷电路板表面；同时所述光源的底部焊接在所述印刷电路板上，通过所述印刷电路板对所述光源进行供电和控制。

10.如权利要求9所述的脉搏波传感器，其特征在于，所述感光单元包括光电二极管，所述光电二极管位于所述非透光区域。

11.如权利要求10所述的脉搏波传感器，其特征在于，还包括位于所述光电二极管下方的第一电极层和位于所述光电二极管上方的第二电极层；所述第一电极层的材料为非透光导电材料，所述第二电极层的材料为透光导电材料；所述非透光区域包括所述第一电极层所在区域。

12.如权利要求9所述的脉搏波传感器，其特征在于，所述感光单元包括光电薄膜晶体管。

13.如权利要求12所述的脉搏波传感器，其特征在于，所述光电薄膜晶体管的沟道层位于栅极层上方；所述栅极层的材料为非透光导电材料；所述非透光区域包括所述栅极层所在区域。

14.如权利要求12所述的脉搏波传感器，其特征在于，所述光电薄膜晶体管的沟道层位于栅极层下方，所述沟道层下方还具有遮光层，所述非透光区域包括所述遮光层所在区域。

15.一种可穿戴电子设备，其特征在于，包括如权利要求1至14任意一项所述的脉搏波传感器。