KR20190114386A - 생체 정보 감지 센서 - Google Patents

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KR20190114386A
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유승협
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Abstract

본 발명의 실시 예에 따른 생체 정보 감지 센서는 유연기판, 유연기판에 배치되는 발광부 및 유연기판에 배치되고 발광부를 감싸는 도넛 형상의 수광부를 포함한다.

Description

생체 정보 감지 센서{Sensor For detecting Bio-Information}
본 발명은 생체 정보 감지 센서에 관한 것으로, 구체적으로 심박 및 혈액 중의 산소 포화도를 측정할 수 있는 생체 정보 감지 센서에 관한 것이다.
일반적으로 의료기관이나 일반 가정에서는 심박수나 호흡 또는 기타 다른 생체활동 등을 파악하기 위한 생체 정보 감지 센서들이 사용되고 있다.
예를 들면, 헤모글로빈의 광 흡수를 이용하여 혈액 중의 산포 포화도를 측정할 수 있는 심박 및 산소 포화도 센서가 있다. 광학소자를 이용한 심박 및 산소 포화도 센서는 비침습적으로 비교적 간단하게 생체 정보를 감지할 수 있다.
종래의 광학소자를 이용한 심박 및 산소 포화도 센서는 방식상 투과방식과 반사방식으로 나눌 수 있다.
투과방식은 발광다이오드(Light emitting diode, LED)와 포토다이오드(Photo diode, PD) 사이에 생체매질(손가락, 귓불 등)을 두고, 발광다이오드에서 조사된 광이 생체매질을 지나고, 포토다이오드가 생체매질을 지나온 광을 수신하여 생체 정보를 얻는 방식이다.
반사방식은 발광다이오드와 포토다이오드를 동일 평면상에 배치시키고, 발광다이오드가 생체매질에 광을 조사하고, 포토다이오드가 생체매질을 거쳐 반사된 광을 수신하여 생체 정보를 얻는 방식이다.
생체매질을 통과하는 광은 생체매질 내부의 산란효과로 인해 조사된 광의 입사각보다 넓게 분포하는 경향이 있고, 발광 파장에 따라 흡수 및 산란의 정도가 달라 광이 밀집하는 광 분포에 차이가 발생하는 경향이 있다.
종래의 투과방식과 반사방식의 심박 및 산소 포화도 센서는 일반적으로 실리콘이나 III-V 화합물 반도체 기반의 광학소자를 배열하여 구성된다. 이러한 기존 무기 반도체 기반의 광학소자는, 기계적인 유연성이나 신축성을 확보하는 것이 어려워 신체의 다양한 부위에 적용하는데 한계가 있다. 또한 효율적인 광 수신이 가능하려면, 발광 및 수광 소자간의 공간 배열이 최적화 되어야 하는데, 기존의 무기반도체 기반 광소자는 직사각 형태 위주로 구현되므로, 고효율 신호 수득을 위한 설계 자유도 면에서 매우 제한적이다. 상시 모니터링을 선호하는 웨어러블 헬스 케어 센서(wearable health care sensor)는, 충분한 신호 확보를 위한 광원의 소비 전력이 작아야 하는데, 기존 기술의 설계 자유도 한계는 전력 소모 저감면에서 큰 문제가 될 수 있다.
대한민국 공개특허 제10-2017-0082255호 (공개일자 2017년 07월 14일)
본 발명의 목적은 효율적인 광 수신이 가능한 생체 정보 감지 센서를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 제작비용을 절감할 수 있고, 초저전력으로 구동할 수 있는 생체 정보 감지 센서를 제공하는 것이다.
다만, 본 발명의 목적은 상기 목적들로 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.
본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시 예에 따른 생체 정보 감지 센서는 유연기판, 유연기판에 배치되는 발광부 및 유연기판에 배치되고 발광부를 감싸는 도넛 형상의 수광부를 포함한다.
일 실시 예에 의하면, 발광부는 다수개이고, 수광부는 다수개의 발광부를 감싼다.
일 실시 예에 의하면, 발광부는 제1 발광부 및 제2 발광부를 포함한다. 수광부는 제1 발광부가 배치되는 제1 홀과 제2 발광부가 배치되는 제2 홀을 포함한다.
일 실시 예에 의하면, 제1 발광부 및 제2 발광부는 수광부와 소정 거리 이격되어 배치된다.
일 실시 예에 의하면, 수광부는 숫자 8자 형상이다.
일 실시 예에 의하면, 제1 발광부에서 방출되는 광의 파장은 제2 발광부에서 방출되는 광의 파장과 다르다.
일 실시 예에 의하면, 제1 발광부 및 제2 발광부는 유기발광다이오드이다.
일 실시 예에 의하면, 제1 발광부는 녹색 유기발광다이오드 또는 적외선 유기발광다이오드이고, 제2 발광부는 적색 유기발광다이오드이다.
일 실시 예에 의하면, 수광부는 유기포토다이오드이다.
일 실시 예에 의하면, 수광부는 제1 홀을 갖는 제1 수광부와 제2 홀을 갖는 제2 수광부를 포함하고, 제1 수광부의 상면의 면적은 제2 수광부의 상면의 면적과 다르다.
일 실시 예에 의하면, 제1 홀의 개구의 형상 및 제2 홀의 개구의 형상은 원, 타원 또는 다각형 중 어느 하나이다.
일 실시 예에 의하면, 본 발명의 실시 예에 따른 생체 정보 감지 센서는 유연기판 상에 배치되는 수지층(resin layer) 및 수지층 상에 배치되는 커버기판을 더 포함하고, 수지층은 발광부 및 수광부를 덮고, 유연기판 및 커버기판은 수분 또는 산소가 투과되는 것을 방지하는 보호층을 포함한다.
일 실시 예에 의하면, 수지층은 자외선 경화 수지층이다.
본 발명의 실시 예에 따른 생체 정보 감지 센서는 효율적인 광 수신이 가능한 형태를 구현할 수 있다.
또한, 매우 낮은 전력으로 구동할 수 있다.
또한, 생체의 형상에 따라 밀착되어 부착될 수 있어, 안정적인 생체 신호 측정이 용이하고, 다양한 신체부위에 적용할 수 있다.
다만, 본 발명의 효과는 상기 효과들로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 생체 정보 감지 센서를 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1의 생체 정보 감지 센서의 작동원리를 설명하기 위한 개념도이다.
도 3은 도 1의 생체 정보 감지 센서를 나타내는 평면도이다.
도 4는 도 1의 생체 정보 감지 센서에 수지층이 포함된 경우를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 생체 정보 감지 센서를 제조하는 방법을 나타내는 개념도이다.
도 6은 상용센서의 출력신호(PPG)를 나타내는 도면이다.
도 7은 도 1의 생체 정보 감지 센서의 출력신호(PPG)를 나타내는 도면이다.
이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 보다 상세하게 설명한다. 본 발명의 구성요소 중 종래기술에 의하여 통상의 기술자가 명확하게 파악할 수 있고 용이하게 재현할 수 있는 것에 관하여는 본 발명의 요지를 흐리지 않기 위하여 그 구체적인 설명을 생략하도록 한다.
이하에서는, 본 발명에 따른 생체 정보 감지 센서에 대하여 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 생체 정보 감지 센서를 나타내는 도면이고, 도 2는 도 1의 생체 정보 감지 센서의 작동원리를 설명하기 위한 개념도이고, 도 3은 도 1의 생체 정보 감지 센서를 나타내는 평면도이다.
도 1 내지 도 3를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 생체 정보 감지 센서는 유연기판(10)(flexible substrate), 수광부(20) 및 발광부(30, 40)를 포함할 수 있다.
<유연기판(10)>
유연기판(10)은 유연한 특성을 가지며 생체(대상체)(50)의 표면에 부착되고, 생체 정보를 감지하는 각종 구성요소들이 배치될 수 있다.
유연기판(10)은 합성수지일 수 있다. 구체적으로 PET(Polyethylene terephthalate)일 수 있다.
유연기판(10) 상에는 일반적인 기판과 마찬가지로, 회로 설계를 근거로 각종 구성요소(회로부품 등)를 접속하는 전기배선을 배선 도형으로 표현될 수 있으며, 절연물 상에 전기도체를 재현할 수 있다.
또한, 유연기판(10)은 전기부품 등과 같은 구성요소를 탑재하고 이들을 회로적으로 연결하는 배선을 형성할 수 있으며, 구성요소의 전기적 연결기능 외의 구성요소들을 기계적으로 고정시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따라 유연기판(10)은 회로 등과 같은 상술한 전기배선 및 전기부품 등과 같은 구성요소를 포함하지 않고, 하기에서 설명하는 수광부(20) 및 발광부(30, 40)가 배치될 수 있다.
유연기판(10)에는 하기에서 설명하는 수광부(20) 및 발광부(30, 40)가 배치될 수 있다. 이 이외에도 유연기판(10)은 생체 정보를 감지하는데 사용되는 각종 구성요소(부품)들을 실장할 수도 있다.
기판은 생체(대상체)(50)에 부착되어 생체 정보를 감지하므로, 정확한 생체 정보를 감지하기 위해서는 생체(50)에 밀착될 수 있어야 한다. 따라서 본 발명의 실시 예에 따른 유연기판(10)은 부분적으로 곡면을 가진 생체(50)에 대응되어 밀착되도록 부분적으로 곡면을 가지면서 휘어질 수 있다. 즉 유연기판(10)은 부분적으로는 평면을 가지고, 부분적으로는 곡면을 가지면서 휘어질 수 있다.
유연기판(10)은 수분 및/또는 산소 등이 포함된 공기가 투과되는 것을 방지하는 보호층을 포함할 수 있다. 생체(50)에 부착되는 유연기판(10)은 생체에 포함된 수분과 산소 등이 포함된 공기가 본 발명의 생체 정보 감지 센서에 유입되지 않도록 할 수 있다. 유연기판(10)은 수분 및 공기 이외에도 본 발명의 생체 정보 감지 센서의 정확도를 떨어뜨리는 여러 가지 이물질이 센서 내부로 유입되는 것을 방지할 수 있다.
<수광부(20)>
도 1 내지 도 3에 도시된, 본 발명의 실시 예에 따른 생체 정보 감지 센서는 하기에서 설명하는 발광부(30, 40)가 다수개로, 제1 발광부(30) 및 제2 발광부(40)를 포함하는 실시 예이다.
본 발명의 실시 예에 따른 생체 정보 감지 센서의 수광부(20)는 유연기판(10)에 배치될 수 있고, 발광부(30, 40)를 감싸는 도넛 형상일 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 생체 정보 감지 센서는 하나의 발광부(도 1에서 30 또는 40)를 가질 수 있고, 다수개의 발광부(30, 40)를 가질 수도 있다. 발광부가 하나인 경우(도 1에서 30 또는 40)에 수광부(20)는 하나의 발광부(도 1에서 30 또는 40)를 감싸는 도넛 형상일 수 있고, 발광부(30, 40)가 다수개인 경우에 수광부(20)는 다수개의 발광부(30, 40)를 감싸는 도넛 형상일 수 있다. 구체적으로, 발광부(30, 40)가 2개인 경우, 수광부(20)는 숫자 8자 형상일 수 있다.
본 발명에서 말하는 도넛 형상은 일반적인 원형의 도넛 형상뿐 아니라 원형 이외에 다각형을 포함하는 다양한 형상의 도넛 형상을 포함한다.
수광부(20)는 제1 홀(25)과 제2 홀(27)을 포함할 수 있다. 제1 홀(25)에는 하기에서 설명하는 제1 발광부(30)가 배치될 수 있고, 제2 홀(27)에는 하기에서 설명하는 제2 발광부(40)가 배치될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 생체 정보 감지 센서의 수광부(20)는 생체(50)에 조사된 발광부(30, 40)의 광(光) 신호를 수신하고 광전류신호를 생성할 수 있다. 수광부(20)는 광 신호를 수신할 수 있는 다양한 구성요소(부품)가 사용될 수 있다. 구체적으로 수광부(20)는 포토다이오드(photodiode, PD), 광전자 증배관, 광 트랜지스터(phototransistor)일 수 있고, 유기포토다이오드(organic photodiode, OPD)일 수 있다.
일반적으로 포토다이오드(photodiode)는 빛 에너지를 전류 또는 전압으로 변환할 수 있는 광전 변환 소자 또는 광검출기의 일 예이다. 포토다이오드는 P-N 접합(P-N junction) 구조 또는 PIN 구조를 갖는다. 포토다이오드는 광전 효과를 이용하여 자유 전자(free electron)와 정공(hole)을 생성한다.
좀 더 설명하면, 일반적으로 포토다이오드는 광 에너지를 전기 에너지로 변환하여 광 신호로부터 전기적 신호(전류 또는 전압)를 얻는 일종의 광 센서로서, 다이오드의 접합부에 광 검출 기능을 부여하여 이루어진 반도체 소자이다. 이러한 포토다이오드는 기본적으로 광자 흡수에 의해 전자 또는 정공이 생성됨으로써 다이오드의 전도도가 광 신호에 따라 변조된다는 원리를 이용한 것이다. 즉, 포토다이오드의 전류는 본질적으로 캐리어의 광학적 생성률에 따라 변화하며, 이러한 특성은 시간에 따라 변화하는 광 신호를 전기적 신호로 변환시키는 것이다.
상술한 특성을 이용하여 포토다이오드는 광 센서와 같은 광통신 분야 등 다양한 분야에 사용되고 있다.
수광부(20)는 유연기판(10)에 배치될 수 있다. 구체적으로, 유연기판(10)의 일면에는 수광부(20)가 배치되거나 형성될 수 있고, 유연기판(10)의 타면(일면에 반대되는 면)에는 생체(대상체)(50)의 표면이 배치될 수 있다.
수광부(20)는 본 발명의 실시 예에 따른 생체 정보 감지 센서가 포함된 장치로부터 전력공급선(21, 23)을 통해 전력을 공급받고, 생체(50)에 조사된 제1 발광부(30) 및 제2 발광부(40)의 광 신호를 수신할 수 있다. 수신된 광 신호로부터 생체(50)의 심박 및 산소포화도 등과 같은 생체 정보를 얻을 수 있다.
수광부(20)는 제1 홀(25)과 제2 홀(27)을 포함할 수 있다. 제1 홀(25)과 제2 홀(27)의 개구의 형상은 제1 홀(25)과 제2 홀(27)에 각각 배치되는 제1 발광부(30)와 제2 발광부(40)의 위에서 본 형상과 대응되는 형상일 수 있다.
구체적으로, 제1 발광부(30)와 제2 발광부(40)의 위에서 본 형상이 원, 타원 및 다각형인 경우, 제1 홀(25)과 제2 홀(27)의 개구의 형상은 이에 대응되는 원, 타원 또는 다각형 중 어느 하나일 수 있다. 다만, 제1 홀(25)과 제2 홀(27)의 개구의 형상이 제1 발광부(30)와 제2 발광부(40)의 위에서 본 형상과 대응되는 형상에 국한되는 것은 아니며, 생체(50)를 거친 광을 효과적으로 수신할 수 있다면 제1 발광부(30)와 제2 발광부(40)의 위에서 본 형상과 다른 형상을 가질 수 있다.
수광부(20)는 제1 홀(25)을 갖는 제1 수광부(20-1)와 제2 홀(27)을 갖는 제2 수광부(20-2)를 포함할 수 있다.
제1 수광부(20-1)는 제1 홀(25)을 형성할 수 있고, 제2 수광부(20-2)는 제2 홀(27)을 형성할 수 있다.
제1 수광부(20-1)는 제1 홀(25)에 배치된 제1 발광부(30)가 생체(50)에 조사한 광 신호를 수신할 수 있다. 제1 수광부(20-1)는 제1 발광부(30)의 측면을 전체적으로 감싸고 있으므로, 제1 발광부(30)에서 발생된 광 신호는 생체(50)를 거쳐 모든 방향으로 제1 수광부(20-1)에 도달할 수 있다.
제2 수광부(20-2)는 제2 홀(27)에 배치된 제2 발광부(40)가 생체(50)에 조사한 광 신호를 수신할 수 있다. 제2 수광부(20-2)는 제2 발광부(40)의 측면을 전체적으로 감싸고 있으므로, 제2 발광부(40)에서 발생된 광 신호는 생체(50)를 거쳐 모든 방향으로 제2 수광부(20-2)에 도달할 수 있다.
제1 홀(25)을 형성하는 제1 수광부(20-1)의 상면의 면적과 제2 홀(27)을 형성하는 제2 수광부(20-2)의 상면의 면적은 다를 수 있다. 구체적으로, 제2 수광부(20-2)의 상면의 면적은 상기 제1 수광부(20-1)의 상면의 면적보다 넓을 수 있다.
제1 수광부(20-1)와 제2 수광부(20-2) 각각의 상면의 면적은 제1 홀(25)에 배치되는 제1 발광부(30)와 제2 홀(27)에 배치되는 제2 발광부(40)가 생체(50)에 조사하는 광의 파장 및 생체(50)를 통해 전파되는 광의 산란 메커니즘 등에 의해 결정될 수 있다.
제1 수광부(20-1)와 제2 수광부(20-2) 각각의 상면의 면적은 제1 발광부(30)와 제2 발광부(40)에서 발생된 광 신호가 생체(50)를 거쳐 제1 수광부(20-1)와 제2 수광부(20-2) 각각에 도달하는 광 신호의 양이 최대가 되도록 정해질 수 있다.
<발광부(30, 40)>
본 발명의 실시 예에 따른 생체 정보 감지 센서는 발광부(30, 40)를 포함할 수 있다. 발광부(30, 40)는 유연기판에 배치될 수 있고, 도넛 형상의 수광부(20)에 의해 감싸일 수 있다.
발광부(30, 40)는 광을 방출(조사)할 수 있다. 발광부(30, 40)는 광을 방출할 수 있는 다양한 구성요소(부품)가 사용될 수 있다. 구체적으로 발광부(30, 40)는 발광다이오드(light emitting diode, LED), 적외선 발광다이오드(infrared emitting diode), 레이저 다이오드(laser diode)일 수 있고, 유기발광다이오드(organic light emitting diode, OLED)일 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 생체 정보 감지 센서의 발광부(30, 40)는 하나일 수 있고, 다수개일 수 있다. 발광부(30, 40)가 다수개인 경우, 발광부(30, 40)는 제1 발광부(30) 및 제2 발광부(40)를 포함할 수 있다. 제1 발광부(30)에서 방출되는 광의 파장은 제2 발광부(40)에서 방출되는 광의 파장과 다를 수 있다.
이하에서 제1 발광부(30)와 제2 발광부(40)에 대하여 설명하도록 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 생체 정보 감지 센서의 제1 발광부(30)는 유기발광다이오드일 수 있다.
구체적으로, 제1 발광부(30)는 녹색 유기발광다이오드 또는 적외선 유기발광다이오드일 수 있다.
일반적인 유기발광다이오드는 빛을 내는 층이 전류에 반응하여 빛을 발산하는 유기 화합물의 필름으로 이루어진 박막 발광 다이오드이다. 구체적으로, 일반적인 유기발광다이오드는 애노드(anode) 전극과 캐소드(cathode) 전극 사이에 형성된 유기 화합물층(HIL, HTL, EML, ETL, EIL)을 구비한다. 유기 화합물층은 정공주입층(Hole Injection layer, HIL), 정공수송층(Hole transport layer, HTL), 발광층(Emission layer, EML), 전자수송층(Electron transport layer, ETL) 및 전자주입층(Electron Injection layer, EIL)을 포함한다.
애노드 전극과 캐소드 전극에 구동전압이 인가되면 정공수송층(HTL)을 통과한 정공과 전자수송층(ETL)을 통과한 전자가 발광층(EML)으로 이동되어 여기자를 형성하고, 그 결과 발광층(EML)이 가시광을 발생하게 된다.
녹색 유기발광다이오드는 녹색 발광물질을 포함하는 발광층(EML)을 포함하며, 녹색 발광물질은 당업계에 공지되어 있다. 또한, 적외선 유기발광다이오드는 적외선 발광물질을 포함하는 발광층(EML)을 포함하며, 적외선 발광물질은 당업계에 공지되어 있다.
제1 발광부(30)는 수광부(20)의 제1 홀(25)에 배치될 수 있다. 제1 발광부(30)는 제1 홀(25)에 수광부(20)와 소정 거리 이격되어 배치될 수 있다.
제1 발광부(30)는 수광부(20)의 제1 홀(25) 및 유연기판(10)에 배치될 수 있다. 제1 홀(25)에 배치된 제1 발광부(30)는 수광부(20)와 소정 거리 이격되어 배치될 수 있고, 제1 홀(25)의 개구의 형상이 원인 경우 제1 발광부(30)가 제1 홀(25)의 중앙에 배치됨으로써 상기 소정 거리는 일정할 수 있다.
제1 발광부(30)는 수광부(20)의 제1 홀(25)의 개구의 형상이 어떤 형상이든 상관없이, 제1 홀(25)의 중앙에 배치될 수 있다. 다만, 수광부(20)가 생체(50)에 조사된 제1 발광부(30)의 광을 효과적으로 수신하기 위해, 제1 발광부(30)는 제1 홀(25)의 중앙에 배치되지 않을 수도 있다.
제1 발광부(30)는 생체(50)에 광 신호를 조사할 수 있다. 제1 발광부(30)는 유연기판(10)에 부착되어 생체(50) 방향으로 광 신호를 조사할 수 있다.
제1 발광부(30)는 본 발명의 실시 예에 따른 생체 정보 감지 센서가 포함된 장치로부터 전력공급선(31, 33)을 통해 전력을 공급받고, 받은 에너지를 특정 파장의 광으로 방출할 수 있다.
제1 발광부(30)가 녹색 유기발광다이오드인 경우에는 녹색광을 발하고, 제1 발광부(30)가 적외선 유기발광다이오드인 경우에는 적외선을 발한다.
제1 발광부(30)의 위에서 본 형상은 원형일 수 있으나, 이에 한정되는 것을 아니며, 타원형 또는 다각형일 수 있다. 제1 발광부(30)의 위에서 본 형상은 특별히 정해지지 않으며, 어떠한 형상이든 본 발명의 생체 정보 감지 센서에 사용될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 생체 정보 감지 센서의 제2 발광부(40)는 유기발광다이오드일 수 있다.
구체적으로, 제2 발광부(40)는 적색 유기발광다이오드일 수 있다.
적색 유기발광다이오드는 적색 발광물질을 포함하는 발광층(EML)을 포함하며, 적색 발광물질은 당업계에 공지되어 있다.
제2 발광부(40)는 수광부(20)의 제2 홀(27)에 배치될 수 있다. 제2 발광부(40)는 제2 홀(27)에 수광부(20)와 소정 거리 이격되어 배치될 수 있다.
제2 발광부(40)는 수광부(20)의 제2 홀(27) 및 유연기판(10)에 배치될 수 있다. 제2 홀(27)에 배치된 제2 발광부(40)는 수광부(20)와 소정 거리 이격되어 배치될 수 있고, 제2 홀(27)의 개구의 형상이 원인 경우 제2 발광부(40)가 제2 홀(27)의 중앙에 배치됨으로써 상기 소정 거리는 일정할 수 있다.
제2 발광부(40)는 수광부(20)의 제2 홀(27)의 개구의 형상이 어떤 형상이든 상관없이, 제2 홀(27)의 중앙에 배치될 수 있다. 다만, 수광부(20)가 생체(50)에 조사된 제2 발광부(40)의 광을 효과적으로 수신하기 위해, 제2 발광부(40)는 제2 홀(27)의 중앙에 배치되지 않을 수도 있다.
제2 발광부(40)는 생체(50)에 광 신호를 조사할 수 있다. 제2 발광부(40)는 유연기판(10)에 부착되어 생체(50) 방향으로 광 신호를 조사할 수 있다.
제2 발광부(40)는 본 발명의 실시 예에 따른 생체 정보 감지 센서가 포함된 장치로부터 전력공급선(41, 43)을 통해 전력을 공급받고, 받은 에너지를 특정 파장의 광으로 방출할 수 있다.
제2 발광부(40)가 적색 유기발광다이오드인 경우에는 적색광을 발한다.
제2 발광부(40)의 위에서 본 형상은 원형일 수 있으나, 이에 한정되는 것을 아니며, 타원형 또는 다각형일 수 있다. 제2 발광부(40)의 위에서 본 형상은 특별히 정해지지 않으며, 어떠한 형상이든 본 발명의 생체 정보 감지 센서에 사용될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 수광부(20) 및 발광부(30, 40)를 보호하기 위해, 수광부(20) 및 발광부(30, 40)를 수지층(60)으로 덮을 수 있다. 이하에서 수지층에 대하여 설명하도록 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 생체 정보 감지 센서는 피부와 같은 생체(대상체)(50)와 기판간의 굴절률 매칭으로 인해 기판에 갇힌 빛이 추출되므로 유기발광다이오드로부터 조사된 광을 효율적으로 활용할 수 있다.
구체적으로, 유연기판(10) 상에 형성된 유기발광다이오드의 경우, 유연기판(10)에 갇혀있는 광이 생체(50)와의 굴절률 매칭으로 인하여 생체(50)로 추출되는 효과가 있다. 다시 말해, 유연기판(10)에 형성된 박막형태의 유기발광다이오드의 특성으로 인해 본 발명의 생체 정보 감지 센서는 생체(50)에 밀접하게 접할 수 있고, 유기발광다이오드가 형성된(또는 배치된) 유연기판(10)과 생체(50)간의 굴절률 매칭으로 해 더 많은 광을 생체(50)에 전달할 수 있다.
도 4는 도 1의 생체 정보 감지 센서에 수지층이 포함된 경우를 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 생체 정보 감지 센서는 유연기판 상에 배치되는 수지층(60)(resin layer)을 더 포함할 수 있다.
수지층(60)은 수광부(20) 및 발광부(30, 40)를 덮을 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따라, 수지층(60)은 자외선 경화 수지층(60)일 수 있다.
수지층(60)은 수광부(20) 및 발광부(30, 40)를 수분 및/또는 산소로부터 일정 정도 보호하고, 수광부(20) 및 발광부(30, 40)를 비롯해 유연기판(10)에 실장되는 각종 구성요소(부품)들이 이탈하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따라, 수지층(60) 상에 하기에서 설명하는 커버기판(15)이 배치되는 경우, 수지층(60)은 유연기판(10)과 커버기판(15)을 접착할 수 있다.
<커버기판(15)>
본 발명의 실시 예에 따른 생체 정보 감지 센서는 커버기판(15)을 더 포함할 수 있다. 커버기판(15)은 수지층 상에 배치될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따라 커버기판(15)은 유연기판(10)과 동일한 재질로 형성될 수 있다. 커버기판(15)은 유연기판(10)과 동일한 합성수지일 수 있다. 구체적으로 PET(Polyethylene terephthalate)일 수 있다. 다만, 본 발명의 실시 예에 따라 커버기판(15)은 유연기판(10)과 동일한 재질로 형성되는 것으로 한정되는 것은 아니며, 다른 재질로 형성될 수 있다.
커버기판(15)은 유연기판(10)과 동일하게 유연한 특성(휘어지는 특성)을 가질 수 있다. 또한, 커버기판(15)은 생체(50)와 직접적으로 접촉하지 않으므로 유연한 특성(휘어지는 특성)이 없을 수도 있다. 또한, 커버기판(15)은 수지층(60)과 접촉하는 일면은 유연한 특성(휘어지는 특성)을 가지고 외부에 노출되는 다른 일면은 본 발명의 생체 정보 감지 센서의 구성요소를 보호하기 위해 유연한 특성(휘어지는 특성)을 가지지 않을 수도 있다.
커버기판(15)에는 일반적인 기판과 마찬가지로, 회로 설계를 근거로 각종 구성요소(회로부품 등)를 접속하는 전기배선을 배선 도형으로 표현될 수 있으며, 절연물 상에 전기도체를 재현할 수 있다.
또한, 커버기판(15)은 전기부품 등과 같은 구성요소를 탑재하고 이들을 회로적으로 연결하는 배선을 형성할 수 있으며, 구성요소의 전기적 연결기능 외의 구성요소들을 기계적으로 고정시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따라 커버기판(15)은 회로 등과 같은 상술한 전기배선 및 전기부품 등과 같은 구성요소를 포함하지 않을 수도 있다.
커버기판(15)은 수분 및/또는 산소 등이 포함된 공기가 투과되는 것을 방지하는 보호층을 포함할 수 있다. 커버기판(15)은 인체 및 대기중의 수분과 산소 등이 포함된 공기가 본 발명의 생체 정보 감지 센서에 유입되지 않도록 할 수 있다. 커버기판(15)은 수분 및 공기 이외에도 본 발명의 생체 정보 감지 센서의 정확도를 떨어뜨리는 여러 가지 이물질이 센서 내부로 유입되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 생체 정보 감지 센서를 제조하는 방법을 간략히 설명하면 다음과 같다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 생체 정보 감지 센서를 제조하는 방법을 나타내는 개념도이다.
도 5에 도시된, 본 발명의 실시 예에 따른 생체 정보 감지 센서를 제조하는 방법은, 발광부(30, 40)가 다수개로 제1 발광부(30) 및 제2 발광부(40)를 가지며, 수광부(20)로 유기포토다이오드, 제1 발광부(30) 및 제2 발광부(40)로 유기발광다이오드가 사용된 실시 예이다.
도 5를 참조하면, 먼저 유연기판(10)에 하부전극을 형성할 수 있다. 하부전극은 수광부(20), 제1 발광부(30) 및 제2 발광부(40) 각각에 전력을 공급하기 위한 도선일 수 있다.
하부전극을 형성한 후, 수광부(20), 제1 발광부(30) 및 제2 발광부(40) 각각을 형성하는 유기물층을 배치할 수 있다. 도 5에는 제2 발광부(40), 수광부(20), 제1 발광부(30) 순서로 도시되어 있지만, 도시된 순서에 한정되는 것은 아니며, 순서와 무관하게 수광부(20), 제1 발광부(30) 및 제2 발광부(40)를 형성하는 유기물층을 배치할 수 있다.
수광부(20), 제1 발광부(30) 및 제2 발광부(40)를 형성한 후, 상부전극을 형성할 수 있다. 상부전극은 수광부(20), 제1 발광부(30) 및 제2 발광부(40) 각각에 전력을 공급하기 위한 도선일 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 생체 정보 감지 센서에서는 하부전극이 (+)전극인 경우, 상부전극은 (-)전극이고, 하부전극이 (-)전극인 경우, 상부전극은 (+)전극이다. 본 발명의 실시 예는 하부전극이 (+)전극이고, 상부전극은 (-)전극이다.
상부전극까지 형성한 후에는, 수지층(60)으로 수광부(20), 제1 발광부(30), 제2 발광부(40), 하부전극, 상부전극 및 유연기판(10)을 덮을 수 있다.
수지층(60)은 스핀 코팅(spin coating) 방법에 의해 본 발명의 실시 예에 따른 생체 정보 감지 센서를 덮을 수 있는 소정의 크기 및 두께로 형성될 수 있고, 유연기판(10)에 수광부(20), 제1 발광부(30), 제2 발광부(40), 하부전극 및 상부전극을 배치시킨 후, 수지층(60)으로 수광부(20), 제1 발광부(30), 제2 발광부(40), 하부전극 및 상부전극을 덮을 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따라, 수지층(60)으로 수광부(20), 제1 발광부(30), 제2 발광부(40), 하부전극, 상부전극 및 유연기판(10) 중 일부만을 덮을 수도 있다. 본 발명의 실시 예에 따라 특히 보호가 필요한 일부 구성요소만을 수지층(60)으로 덮을 수 있다.
도 6은 상용센서의 출력신호(PPG)를 나타내는 도면이고, 도 7은 도 1의 생체 정보 감지 센서의 출력신호(PPG)를 나타내는 도면이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 도 6은 현재 사용되고 있는 상용센서로부터 얻은 출력(PPG)신호이고, 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 생체 정보 감지 센서로부터 얻은 출력(PPG)신호이다. 상용센서는 녹색 발광다이오드(Green LED)와 적색 발광다이오드(Red LED)가 적용된 반사형 센서이고, PPG(photoplethysmography)신호는 심박신호 또는 광용적맥파를 나타낸다.
도 7에 도시된, 본 발명의 실시 예에 따른 생체 정보 감지 센서는 발광부(30, 40)가 다수개로 제1 발광부(30) 및 제2 발광부(40)를 가지며, 수광부(20)로 유기포토다이오드, 제1 발광부(30) 및 제2 발광부(40)로 유기발광다이오드가 사용된 실시 예이다. 구체적으로, 제1 발광부(30)는 녹색 유기발광다이오드(Green OLED), 제2 발광부(40)는 적색 유기발광다이오드(Red OLED)가 사용된 실시 예이다.
유연기판(10)에 배치된 발광부(30, 40)의 광이 유연기판(10)을 통해 생체(50)에 전달되고 혈액의 움직임에 의해 반영된 광의 세기가 유연기판(10)에 배치된 수광부(20)에 전달될 수 있다. 혈관의 움직임에 의해 시간에 따라 수광부(20)에 수신되는 광의 세기의 변화로 인해 수광부(20)에서 출력되는 전류가 변하게 된다.
본 발명의 실시 예에 따른 생체 정보 감지 센서를 통해 제1 발광부(30) 및 제2 발광부(40)로부터 PPG신호를 얻을 수 있고, 이를 이용하여 심박 및 산소포화도 등 생체 정보를 얻을 수 있다.
도 6과 도 7의 PPG신호를 비교하면, 본 발명의 실시 예에 따른 생체 정보 감지 센서는 상용센서와 비슷한 수치의 PPG신호를 나타냄을 알 수 있다. 따라서 도 6과 도 7을 통해, 본 발명의 실시 예에 따른 생체 정보 감지 센서를 이용하여 PPG신호를 얻을 수 있고, 이를 이용하여 심박 및 산소포화도 등 생체 정보를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 생체 정보 감지 센서는 기존의 상용센서에 비해 전력소모를 줄일 수 있다. 아래 표 1은 본 발명의 실시 예에 따른 생체 정보 감지 센서와 상용센서의 전력소모를 나타낸다.
상용센서 생체 정보 감지 센서
녹색(green) 광원 파워 소모(mW) 0.96 0.31
적색(red) 광원 파워 소모(mW) 0.18 0.017
표 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 생체 정보 감지 센서는 발광부(30, 40)가 다수개로 제1 발광부(30) 및 제2 발광부(40)를 가지며, 수광부(20)로 유기포토다이오드, 제1 발광부(30) 및 제2 발광부(40)로 유기발광다이오드가 사용된 실시 예이다. 구체적으로, 제1 발광부(30)는 녹색 유기발광다이오드(Green OLED), 제2 발광부(40)는 적색 유기발광다이오드(Red OLED)가 사용된 실시 예이다.
표 1에 기재된 상용센서는 녹색 발광다이오드(Green LED) 및 적색 발광다이오드(LED LED)가 적용된 SFH7050 (오스람) 산소포화도 센서이다.
표 1에 기재된 데이터는 출력 PPG신호(포토다이오드에서 수신하는 전류) 값이 비슷한 지점을 비교한 것이다. 다시 말해 상용센서의 포토다이오드의 출력전류와 본 발명의 생체 정보 감지 센서의 유기포토다이오드의 출력전류가 비슷한 지점에서의 각 발광소자의 전력소모를 비교한 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 생체 정보 감지 센서는 상용센서에 비해 녹색 광원의 경우 32.3%, 적색 광원의 경우 9.4%의 전력을 덜 소모함을 알 수 있다. 이는 생체 정보 감지 센서가 시계, 스마트폰 등에 내장되어 사용될 경우, 저전력으로 구동할 수 있어 1회 충전 등으로 장시간 사용할 수 있음을 의미한다.
유연기판(10), 수광부(20) 및 발광부(30, 40)를 기반으로 하는 본 발명의 실시 예에 따른 생체 정보 감지 센서는 초 저전력으로 구동이 가능한 반사형 패치타입이다.
본 발명의 실시 예에 따른 생체 정보 감지 센서는 유연기판(10), 수광부(20) 및 발광부(30, 40)의 배치구조 및 형상을 통해 효율적인 광 수신이 가능하고, 유연기판(10), 수광부(20) 및 발광부(30, 40)를 사용함으로써 생체 정보 감지 센서의 형태를 생체에 밀착될 수 있도록 구현할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시 예에 따른 생체 정보 감지 센서는 제작비용을 절감할 수 있으며, 초 저전력으로 구동할 수 있는 장점을 갖고 있다.
상술한 장점을 이용하여, 본 발명의 실시 예에 따른 생체 정보 감지 센서는 의료용으로 사용되는 기존의 집게형 심박 및 산소포화도 센서에 적용할 수 있다. 이 경우 생체(50)와 접촉하는 집게의 한 면에만 본 발명의 실시 예에 따른 생체 정보 감지 센서를 배치함으로써 구현 가능하다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 생체 정보 감지 센서는 웨어러블 디바이스(wearable device)에 적용할 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따른 생체 정보 감지 센서는 소형으로 제작될 수 있고, 초 저전력으로 구동할 수 있으므로, 시계, 스마트폰, 이어폰, 속옷, 안경, 팔찌 등 적용 가능한 웨어러블 디바이스의 형태는 다양하다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 생체 정보 감지 센서는 생체(50) 모니터링을 통해 지속적인 관찰을 요하는 고령 또는 중증환자의 생체 정보를 감시 및 감지하는데 사용될 수 있다. 우수한 초 저전력으로 구동이 가능한 점을 이용하여 일회용 패치타입(patch type)의 헬스 케어(health care) 센서에도 적용될 수 있다.
이상에서 실시 형태들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시 형태에 포함되며, 반드시 하나의 실시 형태에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시 형태에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시 형태들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시 형태들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 이상에서 실시 형태를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시 형태의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 즉, 실시 형태에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 유연기판 15: 커버기판
20: 수광부 20-1: 제1 수광부
20-2: 제2 수광부 25: 제1 홀
27: 제2 홀 30: 제1 발광부
40: 제2 발광부 50: 생체(대상체)
60: 수지층
21, 23: 수광부의 전력공급선
31, 33: 제1 발광부의 전력공급선
41, 43: 제2 발광부의 전력공급선

Claims (13)

  1. 유연기판;
    상기 유연기판에 배치되는 발광부; 및
    상기 유연기판에 배치되고, 상기 발광부를 감싸는 도넛 형상의 수광부;
    를 포함하는, 생체 정보 감지 센서.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 발광부는 다수개이고,
    상기 수광부는 상기 다수개의 발광부를 감싸는, 생체 정보 감지 센서.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 발광부는 제1 발광부 및 제2 발광부를 포함하고,
    상기 수광부는 상기 제1 발광부가 배치되는 제1 홀과 상기 제2 발광부가 배치되는 제2 홀을 포함하는, 생체 정보 감지 센서.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1 발광부 및 상기 제2 발광부는 상기 수광부와 소정 거리 이격되어 배치되는, 생체 정보 감지 센서.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 수광부는 숫자 8자 형상인, 생체 정보 감지 센서.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1 발광부에서 방출되는 광의 파장은, 상기 제2 발광부에서 방출되는 광의 파장과 다른, 생체 정보 감지 센서.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1 발광부 및 상기 제2 발광부는 유기발광다이오드인, 생체 정보 감지 센서.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제1 발광부는 녹색 유기발광다이오드 또는 적외선 유기발광다이오드이고,
    상기 제2 발광부는 적색 유기발광다이오드인, 생체 정보 감지 센서.
  9. 제 3 항에 있어서,
    상기 수광부는 유기포토다이오드인, 생체 정보 감지 센서.
  10. 제 3 항에 있어서,
    상기 수광부는 상기 제1 홀을 갖는 제1 수광부와 상기 제2 홀을 갖는 제2 수광부를 포함하고,
    상기 제 1 수광부의 상면의 면적은 상기 제 2 수광부의 상면의 면적과 다른, 생체 정보 감지 센서.
  11. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1 홀의 개구의 형상 및 상기 제2 홀의 개구의 형상은 원, 타원 또는 다각형 중 어느 하나인, 생체 정보 감지 센서.
  12. 제 1 항 내지 제 11 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유연기판 상에 배치되는 수지층(resin layer) 및 상기 수지층 상에 배치되는 커버기판을 더 포함하고,
    상기 수지층은 상기 발광부 및 상기 수광부를 덮고,
    상기 유연기판 및 상기 커버기판은 수분 또는 산소가 투과되는 것을 방지하는 보호층을 포함하는, 생체 정보 감지 센서.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 수지층은 자외선 경화 수지층인, 생체 정보 감지 센서.

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