KR20210119612A - 웨어러블 표시 장치 - Google Patents

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이경준
윤상현
최한욱
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삼성디스플레이 주식회사
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Abstract

본 발명의 웨어러블(wearable) 표시 장치는, 기판, 기판 상에 배치되는 제1 센싱부, 및 제1 센싱부 상에 배치되며, 전면으로 제1 광을 방출하여 영상을 표시하고, 기판을 향하는 배면으로 제2 광을 방출하는 발광 소자를 포함하는 디스플레이부를 포함한다. 제1 센싱부는 사용자의 신체에서 반사된 제2 광을 이용하여, 사용자의 신체에서 발생되는 생체 신호를 측정한다.

Description

웨어러블 표시 장치{WEARABLE DISPLAY DEVICE}
본 발명은 웨어러블 표시 장치에 관한 것이다.
최근 웨어러블 장치는 다양한 형태로 제작되고 있다. 특히, 의류형 웨어러블 장치로써, 사용자가 착용하여 사용자의 생체 신호를 측정하고 이를 통해 건강 상태를 점검할 수 있는 웨어러블 장치에 대한 관심이 높아지고 있는 상황이다.
본 발명의 일 목적은 디스플레이부에 포함되는 발광 소자에서 방출되는 광을 이용하여 사용자의 생체 신호를 측정하고, 측정된 생체 신호에 따른 건강 상태를 디스플레이부를 통해 실시간으로 모니터링할 수 있는 웨어러블 표시 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 실시예들에 의한 웨어러블 표시 장치는, 기판, 상기 기판 상에 배치되는 제1 센싱부, 및 상기 제1 센싱부 상에 배치되며, 전면으로 제1 광을 방출하여 영상을 표시하고, 상기 기판을 향하는 배면으로 제2 광을 방출하는 발광 소자를 포함하는 디스플레이부를 포함할 수 있다. 상기 제1 센싱부는 상기 사용자의 신체에서 반사된 상기 제2 광을 이용하여, 상기 사용자의 신체에서 발생되는 생체 신호를 측정할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 웨어러블 표시 장치는, 상기 기판 상에 배치되며, 상기 제1 센싱부 및 상기 디스플레이부를 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다. 상기 제1 센싱부는, 상기 사용자의 신체에서 반사된 상기 제2 광을 받아들여 전기 신호로 변환시키는 수광 소자를 포함할 수 있다. 상기 제어부는, 상기 수광 소자와 전기적으로 연결되며, 상기 전기 신호에 기초하여 상기 생체 신호를 측정하는 측정 회로를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 수광 소자는 상기 발광 소자와 평면 상에서 비중첩하여 배치될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 센싱부는, 상기 기판을 노출시키는 적어도 하나의 개구를 포함하는 차광 패턴을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 적어도 하나의 개구는 상기 발광 소자와 평면 상에서 중첩할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 차광 패턴은 상기 수광 소자의 상면을 커버할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 발광 소자는 상기 제2 광으로서 적색광 또는 녹색광을 방출할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 센싱부는, 상기 측정 회로와 전기적으로 연결되며, 서로 이격하여 배치되는 제1 센싱 전극 및 제2 센싱 전극을 더 포함할 수 있다. 상기 측정 회로는 상기 제1 센싱 전극과 상기 제2 센싱 전극 사이의 정전 용량의 변화량에 기초하여 상기 생체 신호를 측정할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 센싱 전극 및 상기 제2 센싱 전극은 상기 발광 소자와 평면 상에서 비중첩하여 배치될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 센싱부는, 제1 부분이 상기 기판 상에 배치되며, 제2 부분이 상기 기판 하부로 벤딩되는 베이스층, 및 상기 베이스층의 상기 제2 부분에 배치되며, 상기 측정 회로와 전기적으로 연결되는 제1 센싱 전극 및 제2 센싱 전극을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 센싱 전극 및 상기 제2 센싱 전극은 상기 베이스층으로부터 노출될 수 있다. 상기 측정 회로는, 제1 센싱 전극을 통해 상기 사용자의 신체에 전류를 인가하고, 상기 제2 센싱 전극을 통해 상기 사용자의 신체 접촉 부위의 전압을 검출하며, 검출된 상기 전압에 기초하여 상기 사용자의 생체 신호를 측정할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 측정 회로는 측정된 상기 생체 신호에 기초하여 센싱 데이터를 생성할 수 있다. 상기 제어부는, 상기 센싱 데이터에 기초하여 상기 디스플레이부가 상기 사용자의 생체 정보를 포함하는 영상을 표시하도록 제어하는 프로세서를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제어부는, 상기 프로세서의 제어에 따라 상기 디스플레이부를 구동하는 디스플레이 구동 회로, 및 상기 측정 회로의 상기 생체 신호 측정에 필요한 전원을 상기 측정 회로에 제공하고, 상기 디스플레이 구동 회로의 상기 디스플레이부 구동에 필요한 전원을 상기 디스플레이 구동 회로에 제공하는 배터리부를 더 포함할 수 있다. 상기 배터리부는, 태양광 에너지 충전 방식 또는 진동 에너지 충전 방식으로 충전될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 웨어러블 표시 장치는, 사용자의 신체에 밀착되는 재질로 형성되는 의류부를 더 포함하고, 상기 기판은 상기 의류부의 적어도 일부에 부착될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 웨어러블 표시 장치는, 상기 의류부의 상기 기판이 부착되지 않는 위치에 부착되는 제2 센싱부, 및 상기 측정 회로와 상기 제2 센싱부를 전기적으로 연결하는 연결 부재를 더 포함할 수 있다. 상기 측정 회로는 상기 제2 센싱부를 이용하여 상기 생체 신호를 측정할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 연결 부재는 도전성 섬유 재질로 형성될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 웨어러블 표시 장치는, 상기 의류부의 상기 기판이 부착되지 않는 위치에 부착되는 제2 센싱부, 및 상기 측정 회로와 제2 센싱부 간의 신호 전송을 위한 통신부를 더 포함할 수 있다. 상기 측정 회로는 상기 통신부 및 상기 제2 센싱부를 이용하여 상기 생체 신호를 측정할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 의한 웨어러블 표시 장치는, 디스플레이부에서 방출되는 광을 이용하여 생체 신호를 측정할 수 있는 센싱부를 포함할 수 있다. 이에 따라, 센싱부가 생체 신호 측정을 위한 별도의 광원을 포함하지 않음으로써, 웨어러블 표시 장치가 단순화될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 의한 웨어러블 표시 장치에 따르면, 사용자가 측정된 생체 신호에 따른 건강 상태를 디스플레이부를 통해 실시간으로 모니터링할 수 있다.
다만, 본 발명의 효과는 상술한 효과에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 웨어러블 표시 장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1의 웨어러블 표시 장치에 포함된 생체 신호 센서의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2의 생체 신호 센서의 사용자 생체 신호 센싱 동작의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 4a 및 도 4b는 도 1의 웨어러블 표시 장치에 포함된 생체 신호 센서의 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 5는 도 4a 및 도 4b의 생체 신호 센서의 사용자 생체 신호 센싱 동작의 일 예를 나타내는 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결된다"고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 연결되어 있는 경우도 포함한다.
또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 또한, 본 명세서에 있어서, 어느 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 상(on)에 형성되었다고 할 경우, 상기 형성된 방향은 상부 방향만 한정되지 않으며 측면이나 하부 방향으로 형성된 것을 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "아래에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 웨어러블 표시 장치를 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 웨어러블 표시 장치(1000)는 의류부(100) 및 생체 신호 센서(200)를 포함할 수 있다.
의류부(100)는 사용자의 신체에 밀착되는 재질과 구조로 형성될 수 있다. 이를 위해, 의류부(100)는 탄성이 우수한 재질로 구성될 수 있다. 예를 들어, 의류부(100)는 스판덱스(spandex) 재질, 스판덱스가 혼합된 각종 섬유 재료 등으로 구성될 수 있다. 의류부(100)가 사용자의 신체에 밀착됨에 따라, 생체 신호 센서(200)의 생체 신호 측정 정확도가 향상될 수 있다.
한편, 도 1에서는 의류부(100)가 티셔츠(또는, 상의)인 것으로 도시되었으나, 이는 예시적인 것으로 의류부(100)가 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 의류부(100)는 하의, 신발, 양말, 아대 등 다양한 웨어러블 제품으로 구성될 수 있다.
생체 신호 센서(200)는 의류부(100)의 적어도 일부에 부착될 수 있다. 도 1에서는 생체 신호 센서(200)가 의류부(100)의 팔 부분에 부착된 것으로 도시되었으나, 이는 예시적인 것으로 이에 한정되지 않으며, 의류부(100)의 다른 부분에 부착될 수도 있다. 또한, 생체 신호 센서(200)는 복수 개로 구성되어 의류부(100)에 부착될 수도 있다.
생체 신호 센서(200)는 사용자의 신체에서 발생되는 생체 신호를 측정할 수 있으며, 측정된 생체 신호에 기초하여 사용자의 생체 정보를 포함하는 영상을 표시할 수도 있다. 여기서, 생체 신호 센서(200)는 생체 신호로서 심전도(electrocardiogram; ECG), 호흡(respiration), 활동량(activity), 체온(body temperature) 등을 측정할 수 있다.
생체 신호 센서(200)는 생체 신호를 측정하기 위한 센싱부(도 3의 210)(또는, 제1 센싱부)를 및 사용자의 생체 정보를 포함하는 영상을 표시하기 위한 디스플레이부(도 3의 220)를 포함할 수 있다. 여기서, 디스플레이부(도 3의 220)는 발광 소자(도 3의 LD)를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 생체 신호 센서(200)는 발광 소자(도 3 의 LD)에서 방출되는 광을 이용하여 생체 신호를 측정할 수 있다. 예를 들어, 발광 소자(도 3의 LD)는 양면 발광 소자로 구성되며, 생체 신호 센서(200)는 디스플레이부(도 3의 220)의 배면(즉, 사용자의 신체를 향하는 면)으로 방출되어 사용자의 신체에서 반사되는 광을 이용하여 사용자의 신체에서 발생되는 생체 신호를 측정할 수 있다. 또한, 생체 신호 센서(200)는 디스플레이부(도 3의 200)의 전면(즉, 사용자가 시인하는 면)으로 사용자의 생체 정보를 포함하는 영상을 표시할 수 있다. 이에 따라, 사용자는 측정된 생체 신호에 따른 건강 상태를 실시간으로 모니터링할 수 있다.
한편, 생체 신호 센서(200)가 표시하는 영상이 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 생체 신호 센서(200)는 로고(logo), 특정 문양 등을 디스플레이부(도 3의 200)의 전면에 표시하여 의류부(100)(또는, 웨어러블 표시 장치(1000))의 디자인을 변경할 수도 있다. 생체 신호 센서(200)에 대해서는 도 2 및 도 3을 참조하여 후술하기로 한다.
일 실시예에서, 웨어러블 표시 장치(1000)는 연결 부재들(310, 320a, 320b, 320c) 및 센싱부들(410a, 410b, 410c)(또는, 제2 센싱부)을 더 포함할 수 있다. 여기서, 센싱부들(410a, 410b, 410c)은 생체 신호 센서(200)가 부착되지 않는 위치에서 서로 다른 위치에 형성될 수 있으며, 연결 부재들(310, 320a, 320b, 320c)은 생체 신호 센서(200)(또는, 도 2의 측정 회로(232))와 센싱부들(410a, 410b, 410c)을 전기적으로 연결할 수 있다. 이에 따라, 사용자의 생체 신호 측정의 정확도가 향상될 수 있다.
한편, 연결 부재들(310, 320a, 320b, 320c)은 의류부(100)의 착용감을 위해 도전성 섬유 재질로 구성될 수 있다. 예를 들어, 연결 부재들(310, 320a, 320b, 320c)은 직물 내측에 형성되는 도전성 섬유로 구성되는 신호 전송용 라인과 접지용 라인이 이격하여 배치되는 형태로 구성될 수 있다.
도 1에서는 센싱부들(410a, 410b, 410c)은 3개인 것으로 도시되었으나, 센싱부들(410a, 410b, 410c)의 개수가 이에 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 센싱부들은 4개 이상으로 구성될 수 있다. 이에 따라, 사용자의 생체 신호 측정의 정확도가 향상될 수 있다.
일 실시예에서, 웨어러블 표시 장치(1000)는 연결 부재들(310, 320a, 320b, 320c)을 포함하지 않을 수 있다. 이 경우, 웨어러블 표시 장치(1000)는 생체 신호 센서(200)가 센싱부들(410a, 410b, 410c)로부터 사용자의 생체 신호를 측정할 수 있도록 생체 신호 센서(200) 및 센싱부들(410a, 410b, 410c) 간의 신호 전송을 위한 칩(chip) 형태의 통신부를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 생체 신호 센서(200), 연결 부재들(310, 320a, 320b, 320c), 및 센싱부들(410a, 410b, 410c)은 의류부(100)에 탈부착 가능하도록 구성될 수 있다. 이에 따라, 사용자는, 웨어러블 표시 장치(1000)를 착용하는 경우 생체 신호 센서(200), 연결 부재들(310, 320a, 320b, 320c), 및 센싱부들(410a, 410b, 410c)을 의류부(100)에 부착하여 생체 신호를 측정하고, 웨어러블 표시 장치(1000)를 착용하지 않는 경우 생체 신호 센서(200), 연결 부재들(310, 320a, 320b, 320c), 및 센싱부들(410a, 410b, 410c)를 의류부(100)로부터 탈착하여 의류부(100)를 용이하게 세탁할 수 있다.
도 2는 도 1의 웨어러블 표시 장치에 포함된 생체 신호 센서의 일 예를 나타내는 도면이고, 도 3은 도 2의 생체 신호 센서의 사용자 생체 신호 센싱 동작의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 생체 신호 센서(200)는 영상이 표시되는 표시 영역(DA)을 포함할 수 있다. 표시 영역(DA)에는 영상을 표시하기 위한 화소(PX)들이 위치할 수 있다. 여기서, 화소(PX)는 적색, 녹색, 또는 청색의 빛을 방출할 수 있다. 각 화소(PX)는 발광 소자(LD)를 포함할 수 있으며, 일 예로, 각 화소(PX)는 유기발광소자(organic light emitting diode)를 포함할 수 있다.
생체 신호 센서(200)는 기판(SUB), 센싱부(210)(또는, 제1 센싱부), 디스플레이부(220), 및 제어부(230)를 포함할 수 있다.
기판(SUB)은 사용자의 신체 부위 중 생체 신호 센서(200)가 부착되는 부위의 피부(SK)에 접촉(또는, 밀착)될 수 있다. 여기서, 기판(SUB)은 사용자의 피부(SK)로 접촉(또는, 밀착)이 용이하도록, 벤딩(bending), 폴딩(folding), 롤링(rolling) 등이 가능한 플렉시블(flexible) 기판일 수 있다. 예를 들어, 기판(SUB)은 폴리이미드(polyimide: PI), 폴리아크릴레이트(polyacrylate: PA), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate: PET) 등의 폴리머(polymer)로 이루어질 수 있다.
도 2 및 도 3에 도시되지는 않았으나, 센싱부(210)와 제어부(230) 간의 신호 전송 및 디스플레이부(220)와 제어부(230) 간의 신호 전송을 위해, 기판(SUB)은 연성 인쇄 회로 보드(flexible printed circuit board, FPCB)를 포함할 수 있다.
한편, 도 1을 참조하여 설명한 바와 같이, 생체 신호 센서(200)는 의류부(100)에 탈부착될 수 있다. 이를 위해, 생체 신호 센서(200)는 기판(SUB)의 일면(예를 들어, 사용자의 피부(SK)에 접촉되는 면)에 배치되는 접착 부재(AM)를 더 포함할 수 있다.
제어부(230)는 센싱부(210) 및 디스플레이부(220)를 제어할 수 있으며, 디스플레이 구동 회로(231), 측정 회로(232), 프로세서(233), 및 배터리부(234)를 포함할 수 있다. 제어부(230)에 포함되는 디스플레이 구동 회로(231), 측정 회로(232), 프로세서(233), 및 배터리부(234)는 기판(SUB) 상에서 표시 영역(DA)에 비중첩하도록 배치될 수 있다.
프로세서(233)는 생체 신호 센서(200)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(233)는 시스템 온 칩으로 구현될 수 있다.
프로세서(233)는 디스플레이 구동 회로(231)를 제어할 수 있다. 프로세서(233)는 입력 영상 데이터 및 제어 신호를 생성하여, 디스플레이 구동 회로(231)에 제공할 수 있다.
프로세서(233)는 측정 회로(232)를 제어할 수 있다. 프로세서(233)는 측정 회로(232)에 사용자의 생체 신호 측정을 위한 제어 신호를 제공할 수 있다.
또한, 프로세서(233)는 메모리, 통신 장치 등을 포함할 수 있다.
디스플레이 구동 회로(231)는 프로세서(233)의 제어에 따라 디스플레이부(220)를 구동할 수 있다. 디스플레이 구동 회로(231)는 프로세서(233)로부터 제공된 입력 영상 데이터 및 제어 신호에 기초하여 데이터 신호 및 스캔 신호를 생성하고, 데이터 라인들을 통해 화소(PX)들 각각에 데이터 신호를 공급할 수 있으며, 스캔 라인들을 통해 화소(PX)들 각각에 스캔 신호를 공급할 수 있다.
일 실시예에서, 디스플레이 구동 회로(231)는 집적 회로(IC)로 구성되어 COG(chip on glass) 방식, COP(chip on plastic) 방식, 또는 초음파 접합 방식 등으로 기판(SUB) 상에 부착될 수 있다.
측정 회로(232)는 프로세서(233)의 제어에 따라, 사용자의 생체 신호를 측정할 수 있다. 측정 회로(232)는 센싱부(210)에 포함되는 수광 소자(211) 또는 센싱 전극들(212)과 전기적으로 연결되어, 사용자의 생체 신호를 측정할 수 있다. 측정 회로(232)는 측정된 사용자의 생체 신호에 기초하여 센싱 데이터를 생성하고, 프로세서(233)에 제공할 수 있다.
일 실시예에서, 프로세서(233)는 측정 회로(232)로부터 제공되는 센싱 데이터에 기초하여, 디스플레이부(220)가 사용자의 생체 정보를 포함하는 영상을 표시하도록 제어할 수 있다. 이를 위해, 프로세서(233)는 사용자의 생체 정보 영상에 대응하는 입력 영상 데이터를 생성하고, 디스플레이 구동 회로(231)에 제공할 수 있다.
배터리부(234)는 측정 회로(232)의 생체 신호 측정에 필요한 전원을 측정 회로(232)에 제공하고, 디스플레이 구동 회로(231)의 디스플레이부(220) 구동에 필요한 전원을 디스플레이 구동 회로(231)에 제공할 수 있다.
일 실시예에서, 배터리부(234)는 태양광 에너지 충전 방식 또는 진동 에너지 충전 방식으로 충전될 수 있다. 이를 위해, 생체 신호 센서(200)는, 제어부(230) 상에 형성되는 충전 모듈(240)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 충전 모듈(240)은 태양광 충전 모듈 또는 진동 충전 모듈로 구성될 수 있다.
한편, 표시 영역(DA)의 외측에는 화소(PX)들의 구동에 필요한 전원들을 공급하기 위한 전원 라인(PL)이 형성될 수 있으며, 배터리부(234)는 전원 라인(PL)을 통해 화소(PX)들의 구동에 필요한 전원들을 공급할 수 있다. 전원 라인(PL)은 제2 방향(DR2)으로 표시 영역(DA)의 외측에 형성되는 2개의 라인들과 제1 방향으로(DR1)으로 표시 영역(DA)의 외측에 형성되는 1개의 라인이 결합하여 형성될 수 있다.
센싱부(210)는 기판(SUB) 상에 배치되며, 수광 소자(211), 센싱 전극들(212), 차광 패턴(213)을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 수광 소자(211)는 화소(PX)들(또는, 화소(PX)들에 포함되는 발광 소자(LD))과 비중첩하여 배치될 수 있다. 이에 따라, 화소(PX)들이 방출하는 광이 사용자의 피부(SK) 표면까지 이동하는 경로가 형성될 수 있다.
한편, 도 2 및 도 3에서는 수광 소자(211)가 1개인 것으로 도시되어있으나, 이는 예시적인 것으로 수광 소자(211)는 2개 이상으로 구성될 수 있다. 이에 따라, 생체 신호 센서(200)의 생체 신호 측정의 정확도가 향상될 수 있다.
일 실시예에서, 제1 센싱 전극(212a) 및 제2 센싱 전극(212b)은 제1 방향(DR1)을 따라 화소(PX)들(또는, 화소(PX)들에 포함되는 발광 소자(LD))과 비중첩하여 배치될 수 있다. 이에 따라, 화소(PX)들이 방출하는 광(또는, 제2 광(L2a))이 사용자의 피부(SK) 표면까지 이동하는 경로가 형성될 수 있다.
제1 센싱 전극(212a) 및 제2 센싱 전극(212b)은 기판(SUB)에 의해 사용자의 피부(SK)와 이격되어 배치(또는, 비접촉)될 수 있다. 서로 이격하여 배치되는 제1 센싱 전극(212a) 및 제2 센싱 전극(212b)은 정전 용량을 형성할 수 있으며, 제1 센싱 전극(212a) 및 제2 센싱 전극(212b) 간에 형성되는 정전 용량은 사용자의 생체 신호의 영향에 의해 변화할 수 있다. 여기서, 센싱 전극들(212)은 정전 용량을 형성하기 위해 최소 2개 이상으로 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 생체 신호 센서(200)(또는, 측정 회로(232))는 제1 센싱 전극(212a)과 제2 센싱 전극(212b) 사이의 정전 용량의 변화량에 기초하여 생체 신호를 측정할 수 있다.
예를 들어, 생체 신호 센서(200)가 사용자의 신체(또는, 피부(SK))에 접촉되는 경우, 접촉 부위에서 제1 센싱 전극(212a)과 제2 센싱 전극(212b) 사이의 정전 용량 값이 사용자의 생체 신호의 영향을 받아 미세하게 변화할 수 있다. 측정 회로(232)는 정전 용량 값의 변화량을 측정하고, 측정된 정전 용량 값의 변화량을 증폭기(amplifier; AMP)를 통해 증폭시키고, 생체 신호와 관련이 없는 정보를 필터링하여 생체 신호를 측정할 수 있다. 상술한 바와 같이, 측정 회로(232)는 측정된 생체 신호에 기초하여 센싱 데이터를 생성하고, 센싱 데이터를 프로세서(233)에 제공할 수 있다. 프로세서(233)는 측정 회로(232)로부터 제공되는 센싱 데이터에 기초하여, 디스플레이부(220)가 사용자의 생체 정보를 포함하는 영상을 표시하도록 제어할 수 있다.
한편, 도 2 및 도 3에서는 센싱 전극들(212)이 2개인 것으로 도시되어있으나, 이는 예시적인 것으로, 센싱 전극들(212)은 3개 이상으로 구성될 수 있다. 이에 따라, 생체 신호 센서(200)의 생체 신호 측정의 정확도가 향상될 수 있다.
차광 패턴(213)은 기판(SUB) 상에 배치될 수 있으며, 발광 소자(LD)로부터 방출되는 광을 차단하는 블랙 매트릭스(black matrix; BM) 역할을 할 수 있다. 차광 패턴(213)은 빛을 차단할 수 있는 블랙 염료나 안료를 포함하는 블랙 유기 고분자 물질이나, 크롬, 크롬 산화물 등의 금속(금속 산화물) 등을 포함하여 이루어질 수 있다.
일 실시예에서, 차광 패턴(213)은 기판을 노출시키는 적어도 하나의 개구를 포함할 수 있다. 차광 패턴(213)은 개구를 포함함으로써, 화소(PX)들로부터 방출되는 광(또는, 제2 광(L2a))이 개구를 통해 사용자의 피부(SK) 표면까지 이동하는 경로 및 사용자의 피부(SK)로부터 반사된 광(또는, 제2 광(L2b))이 수광 소자(211)로 이동하는 경로가 형성될 수 있다.
일 실시예에서, 차광 패턴(213)은 수광 소자(211)의 상면(예를 들어, 디스플레이부(220)를 향하는 면)을 커버할 수 있다. 이에 따라, 화소(PX)들로부터 방출되는 광(또는, 제2 광(L2a))이 사용자의 피부(SK) 표면을 거치지 않고 직접 수광 소자(211)로 이동하는 경로가 차단될 수 있다.
디스플레이부(220)는 센싱부(210) 상에 배치되며, 화소 회로층(221), 제1 전극층(222), 발광 소자층(223), 및 제2 전극층(224)을 포함할 수 있다.
화소 회로층(221)은 센싱부(210) 상에 배치될 수 있다. 화소 회로층(221)에는 화소(PX)들 각각의 트랜지스터뿐만 아니라, 스캔 라인, 데이터 라인 등이 배치될 수 있다. 트랜지스터 각각은 게이트 전극, 반도체층, 소스 전극, 및 드레인 전극을 포함할 수 있다.
화소 회로층(221) 상에는 제1 전극층(222), 발광 소자층(223), 및 제2 전극층(224)이 제3 방향(DR3)을 따라 순차적으로 적층될 수 있다. 발광 소자층(223)은 광을 발광하는 화소(PX)들과 화소(PX)들을 정의하는 화소 정의막을 포함할 수 있다. 발광 소자층(223)의 화소(PX)들은 표시 영역(DA)에 배치될 수 있다.
발광 소자층(223)은 유기 물질을 포함하는 유기 발광층일 수 있다. 이 경우, 발광 소자층(223)은 정공 수송층(hole transporting layer), 유기 발광층(organic light emitting layer), 및 전자 수송층(electron transporting layer)을 포함할 수 있다.
발광 소자층(223)은 무기 발광 소자를 포함할 수 있다. 이 경우, 제1 전극층(222)과 제2 전극층(224)은 동일 층에 배치되고, 무기 발광 소자는 제1 전극층(222)의 제1 전극과 제2 전극층(224)의 제2 전극에 전기적으로 연결될 수 있다.
일 실시예에서, 발광 소자층(223)은 양면으로 발광하는 발광 소자(LD)를 포함할 수 있다. 발광 소자(LD)는, 전면(예를 들어, 사용자에게 시인되는 면)으로 제1 광(L1)을 방출하고, 배면(예를 들어, 센싱부(213) 또는 사용자의 피부(SK)를 향하는 면)으로 제2 광(L2a)을 방출할 수 있다.
디스플레이부(220)는 발광 소자(LD)로부터 방출되는 제1 광(L1)을 이용하여 전면에서 영상을 표시할 수 있다. 예를 들어, 디스플레이부(220)는 제1 광(L1)을 이용하여 사용자의 생체 정보를 포함하는 영상을 표시할 수 있다. 이에 따라, 사용자는 측정된 생체 신호에 따른 건강 상태를 디스플레이부를 통해 실시간으로 모니터링할 수 있다.
일 실시예에서, 생체 신호 센서(200)(또는, 센싱부(210))는 발광 소자(LD)로부터 배면(예를 들어, 센싱부(213) 또는 사용자의 피부(SK)를 향하는 면)으로 방출되어, 사용자의 신체(예를 들어, 사용자의 혈관(BV))로부터 반사된 제2 광(L2b)을 이용하여, 사용자의 신체에서 발생되는 생체 신호를 측정할 수 있다.
일 실시예에서, 수광 소자(211)는 발광 소자(LD)로부터 배면으로 방출되어, 사용자의 신체(예를 들어, 사용자의 혈관(BV))로부터 반사된 제2 광(L2b)을 받아 들여 전기 신호(예를 들어, 전류 등)로 변환시킬 수 있다.
수광 소자(211)는 사용자의 혈관(BV)의 혈류량에 따른 반사광의 세기(reflected light intensity)의 변화량을 측정할 수 있다. 예를 들어, 심장 수축에 의한 혈류량이 증가하는 수축기 피크에서는 혈압은 높아지나 빛(또는, 제2 광(L2a))은 혈액에 의해 많이 흡수되어 반사광 세기는 약하게 나타나고 이완기에는 반사광의 세기는 강하게 나타난다. 수광 소자(211)는 이와 같은 반사광의 세기 변화량을 측정하고, 이를 전기 신호로 변환시킬 수 있다. 수광 소자(211)는 일 예로, 포토 다이오드(Photodiode; PD)로 구성될 수 있다. 수광 소자(211)는 변환된 전기 신호를 측정 회로(232)로 제공할 수 있다.
일 실시예에서, 생체 신호 센서(200)는 사용자의 생체 신호를 측정하기 위해, 제2 광(L2a)으로서, 광흡수도를 고려한 맥파나 신호량 크기 보정을 위한 중성 광원으로서 530nm 파장대의 녹색광 또는 혈압 측정을 위한 맥파 획득에 사용될 수 있는 660nm 파장대의 적색광을 이용할 수 있다. 즉, 사용자의 생체 신호 측정을 위해, 발광 소자(LD)는 제2 광(L2a)으로서 적색광 또는 녹색광을 방출할 수 있다.
측정 회로(232)는 수광 소자(211)로부터 제공되는 전기 신호에 기초하여 생체 신호를 측정할 수 있다. 예를 들어, 측정 회로(232)는 신호 처리를 위해, 트랜스임피던스증폭기(trans-impedance amplifier; TIA), 프로그래머블 게인 증폭기(programmable gain amplifier; PGA), 아날로그 디지털 변환기(analog-to-digital convertor; ADC)를 포함할 수 있다. 여기서, 트랜스임피던스증폭기는 전기 신호(예를 들어, 전류)를 출력 전압으로 변환하고, 프로그래머블 게인 증폭기는 출력 전압의 이득 값을 증폭시키며, 아날로그 디지털 변환기는 아날로그 형태의 출력 전압 값을 디지털 형태의 값으로 변환시켜 생체 신호를 생성할 수 있다.
상술한 바와 같이, 측정 회로(232)는 측정된 생체 신호에 기초하여 센싱 데이터를 생성하고, 센싱 데이터를 프로세서(233)에 제공할 수 있다. 프로세서(233)는 측정 회로(232)로부터 제공되는 센싱 데이터에 기초하여, 디스플레이부(220)가 사용자의 생체 정보를 포함하는 영상을 표시하도록 제어할 수 있다.
생체 신호 센서(200)는 디스플레이부(220) 상에 배치되는 윈도우층(WDL)을 더 포함할 수 있다. 윈도우층(WDL)은 센싱부(210) 및 디스플레이부(220) 상에 배치되어, 외부의 스크래치 등으로부터 센싱부(210)와 디스플레이부(220)를 보호할 수 있다. 윈도우층(WDL)의 전면(또는, 상면)은 사용자의 입력 수단(손가락)이 접하는 면일 수 있다.
일 실시예에서, 생체 신호 센서(200)는 디스플레이부(220)와 윈도우층(WDL) 사이에 배치되는 편광층을 더 포함할 수 있다. 이 때, 윈도우층(WDL)은 접착층에 의해 디스플레이부(220) 및 편광층 상에 부착될 수 있다. 여기서, 접착층으로써 OCA(optical clear adhesive) 또는 OCR(optical clear resin)이 사용될 수 있다.
한편, 제1 광(L1) 및 제2 광(L2a, L2b)의 광 이동 경로 형성을 위해, 기판(SUB)과 윈도우층(WDL)은 투명하게 형성될 수 있다.
도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 의한 웨어러블 표시 장치(1000)(또는, 생체 신호 센서(200))는, 디스플레이부(220)의 발광 소자(LD)로부터 방출되는 제2 광(L2a)을 이용하여 생체 신호를 측정할 수 있는 센싱부(210)를 포함할 수 있다. 이에 따라, 센싱부(210)가 생체 신호 측정을 위한 별도의 광원을 포함하지 않음으로써, 웨어러블 표시 장치(1000)가 단순화될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 의한 웨어러블 표시 장치(1000)는 사용자의 생체 정보를 포함하는 영상을 표시하는 디스플레이부(220)를 포함할 수 있다. 이에 따라, 사용자가 측정된 생체 신호에 따른 건강 상태를 디스플레이부(220)를 통해 실시간으로 모니터링할 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 도 1의 웨어러블 표시 장치에 포함된 생체 신호 센서의 다른 예를 나타내는 도면이고, 도 5는 도 4a 및 도 4b의 생체 신호 센서의 사용자 생체 신호 센싱 동작의 일 예를 나타내는 도면이다. 한편, 생체 신호 센서(200')가 베이스층(214)을 더 포함하는 구성 및 센싱 전극들(212')이 베이스층(214) 상에 형성되는 구성을 제외하고, 도 4a 내지 도 5에서의 생체 신호 센서(200')는 도 2 및 도 3의 생체 신호 센서(200)와 실질적으로 동일하거나 유사하므로, 중복되는 설명은 반복하지 않기로 한다.
도 4a 내지 도 5를 참조하면, 센싱부(210)는 베이스층(214)을 더 포함할 수 있다.
베이스층(214)은 측정 회로(232)와 전기적으로 연결되는 제1 센싱 전극(212a') 및 제2 센싱 전극(212b')을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 베이스층(214)의 제1 부분(예를 들어, 베이스층(214)의 일단)은 기판(SUB) 상에 배치될 수 있다. 또한, 베이스층(214)은 기판(SUB) 하부면(예를 들어, 기판(SUB)이 사용자의 신체를 향하는 면)으로 벤딩되어 베이스층(214)의 제2 부분(예를 들어, 베이스층(214)의 타단)과 센싱 전극들(212')은 기판 하부면 상에 배치될 수 있다. 이를 위해 베이스층(214)은 연성 인쇄 회로 보드(FPCB)로 구성될 수 있다.
제1 센싱 전극(212a') 및 제2 센싱 전극(212b')은 베이스층(214)이 벤딩된 상태에서, 베이스층(214)으로부터 노출될 수 있다. 이에 따라, 제1 센싱 전극(212a') 및 제2 센싱 전극(212b')은 사용자의 신체(예를 들어, 사용자의 피부(SK))에 접촉될 수 있다.
일 실시예에서, 측정 회로(232)는 제1 센싱 전극(212a') 및 제2 센싱 전극(212b')을 이용하여 사용자의 생체 신호를 측정할 수 있다. 예를 들어, 측정 회로(232)는 센싱 전극들(212') 중 하나(또는, 전류 전극)(예를 들어, 제1 센싱 전극(212a') 또는 제2 센싱 전극(212b'))을 통해 사용자의 신체에 전류를 인가할 수 있다. 또한, 측정 회로(232)는 센싱 전극들(212') 중 다른 하나(또는, 전압 전극)(예를 들어, 제2 센싱 전극(212b') 또는 제1 센싱 전극(212a'))를 통해 사용자의 신체 접촉 부위의 전압을 검출할 수 있다. 측정 회로(232)는 전류 전극을 통해 인가된 전류량과 전압 전극을 통해 측정된 전압을 이용하여 사용자에 대응하는 임피던스 값을 계산할 수 있다. 측정 회로(232)는 임피던스 값에 기초하여 센싱 데이터를 생성할 수 있다.
이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하고 설명하는 것이다. 또한, 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내고 설명하는 것에 불과하며, 전술한 바와 같이 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있으며, 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위 내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 따라서, 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한, 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
100: 의류부 200, 200': 생체 신호 센서
210, 210': 센싱부 211: 수광 소자
212, 212': 센싱 전극들 213: 차광 패턴
214: 베이스층 220: 디스플레이부
221: 화소 회로층 222: 제1 전극층
223: 발광 소자층 224: 제2 전극층
230: 제어부 231: 디스플레이 구동 회로
232: 측정 회로 233: 프로세서
234: 배터리부 240: 충전 모듈
310: 연결 부재 320a, 320b, 320c: 연결 부재들
410a, 410b, 410c: 센싱부들 1000: 웨어러블 표시 장치
AM: 접착 부재 DA: 표시 영역
LD: 발광 소자 PL: 전원 라인
SUB: 기판 WDL: 윈도우층

Claims (17)

  1. 기판;
    상기 기판 상에 배치되는 제1 센싱부; 및
    상기 제1 센싱부 상에 배치되며, 전면으로 제1 광을 방출하여 영상을 표시하고, 상기 기판을 향하는 배면으로 제2 광을 방출하는 발광 소자를 포함하는 디스플레이부를 포함하며,
    상기 제1 센싱부는 사용자의 신체에서 반사된 상기 제2 광을 이용하여, 상기 사용자의 신체에서 발생되는 생체 신호를 측정하는, 웨어러블(wearable) 표시 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 기판 상에 배치되며, 상기 제1 센싱부 및 상기 디스플레이부를 제어하는 제어부를 더 포함하고,
    상기 제1 센싱부는,
    상기 사용자의 신체에서 반사된 상기 제2 광을 받아들여 전기 신호로 변환시키는 수광 소자를 포함하며,
    상기 제어부는,
    상기 수광 소자와 전기적으로 연결되며, 상기 전기 신호에 기초하여 상기 생체 신호를 측정하는 측정 회로를 포함하는, 웨어러블 표시 장치.
  3. 제2 항에 있어서, 상기 수광 소자는 상기 발광 소자와 평면 상에서 비중첩하여 배치되는, 웨어러블 표시 장치.
  4. 제2 항에 있어서, 상기 제1 센싱부는,
    상기 기판을 노출시키는 적어도 하나의 개구를 포함하는 차광 패턴을 더 포함하는, 웨어러블 표시 장치.
  5. 제4 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 개구는 상기 발광 소자와 평면 상에서 중첩하는, 웨어러블 표시 장치.
  6. 제4 항에 있어서, 상기 차광 패턴은 상기 수광 소자의 상면을 커버하는, 웨어러블 표시 장치.
  7. 제1 항에 있어서, 상기 발광 소자는 상기 제2 광으로서 적색광 또는 녹색광을 방출하는, 웨어러블 표시 장치.
  8. 제2 항에 있어서, 상기 제1 센싱부는,
    상기 측정 회로와 전기적으로 연결되며, 서로 이격하여 배치되는 제1 센싱 전극 및 제2 센싱 전극을 더 포함하고,
    상기 측정 회로는 상기 제1 센싱 전극과 상기 제2 센싱 전극 사이의 정전 용량의 변화량에 기초하여 상기 생체 신호를 측정하는, 웨어러블 표시 장치.
  9. 제8 항에 있어서, 상기 제1 센싱 전극 및 상기 제2 센싱 전극은 상기 발광 소자와 평면 상에서 비중첩하여 배치되는, 웨어러블 표시 장치.
  10. 제2 항에 있어서, 상기 제1 센싱부는,
    제1 부분이 상기 기판 상에 배치되며, 제2 부분이 상기 기판 하부로 벤딩되는 베이스층; 및
    상기 베이스층의 상기 제2 부분에 배치되며, 상기 측정 회로와 전기적으로 연결되는 제1 센싱 전극 및 제2 센싱 전극을 포함하는, 웨어러블 표시 장치.
  11. 제10 항에 있어서, 상기 제1 센싱 전극 및 상기 제2 센싱 전극은 상기 베이스층으로부터 노출되며,
    상기 측정 회로는, 제1 센싱 전극을 통해 상기 사용자의 신체에 전류를 인가하고, 상기 제2 센싱 전극을 통해 상기 사용자의 신체 접촉 부위의 전압을 검출하며, 검출된 상기 전압에 기초하여 상기 사용자의 생체 신호를 측정하는, 웨어러블 표시 장치.
  12. 제2 항에 있어서, 상기 측정 회로는 측정된 상기 생체 신호에 기초하여 센싱 데이터를 생성하며,
    상기 제어부는,
    상기 센싱 데이터에 기초하여 상기 디스플레이부가 상기 사용자의 생체 정보를 포함하는 영상을 표시하도록 제어하는 프로세서를 더 포함하는, 웨어러블 표시 장치.
  13. 제12 항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 프로세서의 제어에 따라 상기 디스플레이부를 구동하는 디스플레이 구동 회로; 및
    상기 측정 회로의 상기 생체 신호의 측정에 필요한 전원을 상기 측정 회로에 제공하고, 상기 디스플레이 구동 회로의 상기 디스플레이부의 구동에 필요한 전원을 상기 디스플레이 구동 회로에 제공하는 배터리부를 더 포함하며,
    상기 배터리부는, 태양광 에너지 충전 방식 또는 진동 에너지 충전 방식으로 충전되는, 웨어러블 표시 장치.
  14. 제2 항에 있어서, 사용자의 신체에 밀착되는 재질로 형성되는 의류부를 더 포함하며,
    상기 기판은 상기 의류부의 적어도 일부에 부착되는, 웨어러블 표시 장치.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 의류부의 상기 기판이 부착되지 않는 위치에 부착되는 제2 센싱부; 및
    상기 측정 회로와 상기 제2 센싱부를 전기적으로 연결하는 연결 부재를 더 포함하며,
    상기 측정 회로는 상기 제2 센싱부를 이용하여 상기 생체 신호를 측정하는, 웨어러블 표시 장치.
  16. 제15 항에 있어서, 상기 연결 부재는 도전성 섬유 재질로 형성되는, 웨어러블 표시 장치.
  17. 제14 항에 있어서,
    상기 의류부의 상기 기판이 부착되지 않는 위치에 부착되는 제2 센싱부; 및
    상기 측정 회로와 제2 센싱부 간의 신호 전송을 위한 통신부를 더 포함하며,
    상기 측정 회로는 상기 통신부 및 상기 제2 센싱부를 이용하여 상기 생체 신호를 측정하는, 웨어러블 표시 장치.
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