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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024155458
(43)【公開日】2024-10-31
(54)【発明の名称】ウェアラブルセンサ
(51)【国際特許分類】
A61B 5/1455 20060101AFI20241024BHJP
A61B 5/00 20060101ALI20241024BHJP
【ＦＩ】
A61B5/1455
A61B5/00 B
【審査請求】有
【請求項の数】13
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023070193
(22)【出願日】2023-04-21
(71)【出願人】
【識別番号】520487808
【氏名又は名称】シャープディスプレイテクノロジー株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000914
【氏名又は名称】弁理士法人ＷｉｓｅＰｌｕｓ
(72)【発明者】
【氏名】原 猛
(72)【発明者】
【氏名】植本 寿雄
(72)【発明者】
【氏名】千田 満
(72)【発明者】
【氏名】影山 翠
(72)【発明者】
【氏名】瀧田 力也
(72)【発明者】
【氏名】曲 陽
【テーマコード（参考）】
4C038
4C117
【Ｆターム（参考）】
4C038KL05
4C038KL07
4C038KX02
4C038KX04
4C038KY03
4C038KY10
4C038KY11
4C117XB01
4C117XC11
4C117XE33
(57)【要約】
【課題】受光感度が高められたウェアラブルセンサを提供する。
【解決手段】
被験者が装着するウェアラブルセンサであって、支持基板と、上記支持基板上に配置された複数のセンサ素子と、を有し、上記複数のセンサ素子は、それぞれ、有機発光ダイオード又は無機発光ダイオードである発光部と、上記発光部から出射されて被験者の生体内で反射した光の光量を測定する反射光受光部と、を有し、好ましくは、平面視において、上記反射光受光部の少なくとも一部は、上記発光部と重畳しない、ウェアラブルセンサ。
【選択図】図１
【解決手段】
被験者が装着するウェアラブルセンサであって、支持基板と、上記支持基板上に配置された複数のセンサ素子と、を有し、上記複数のセンサ素子は、それぞれ、有機発光ダイオード又は無機発光ダイオードである発光部と、上記発光部から出射されて被験者の生体内で反射した光の光量を測定する反射光受光部と、を有し、好ましくは、平面視において、上記反射光受光部の少なくとも一部は、上記発光部と重畳しない、ウェアラブルセンサ。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
被験者が装着するウェアラブルセンサであって、
支持基板と、前記支持基板上に配置された複数のセンサ素子と、を有し、
前記複数のセンサ素子は、それぞれ、
有機発光ダイオード又は無機発光ダイオードである発光部と、
前記発光部から出射されて被験者の生体内で反射した光の光量を測定する反射光受光部と、を有することを特徴とするウェアラブルセンサ。
支持基板と、前記支持基板上に配置された複数のセンサ素子と、を有し、
前記複数のセンサ素子は、それぞれ、
有機発光ダイオード又は無機発光ダイオードである発光部と、
前記発光部から出射されて被験者の生体内で反射した光の光量を測定する反射光受光部と、を有することを特徴とするウェアラブルセンサ。
【請求項2】
平面視において、前記反射光受光部の少なくとも一部は、前記発光部と重畳しないことを特徴とする請求項１に記載のウェアラブルセンサ。
【請求項3】
前記反射光受光部は、前記支持基板側から順に、反射光受光用のスイッチング素子と、反射光受光用のセンサ部と、を有し、
前記反射光受光用のセンサ部は、前記支持基板側から順に、反射光受光用の下部電極と、反射光受光用の光電変換層と、反射光受光用の上部電極と、を有する、ことを特徴とする請求項１に記載のウェアラブルセンサ。
前記反射光受光用のセンサ部は、前記支持基板側から順に、反射光受光用の下部電極と、反射光受光用の光電変換層と、反射光受光用の上部電極と、を有する、ことを特徴とする請求項１に記載のウェアラブルセンサ。
【請求項4】
前記反射光受光用のスイッチング素子は、アモルファスシリコン、低温ポリシリコン、及び、インジウムガリウム亜鉛酸化物の少なくとも一つを含有する反射光受光用の半導体層を備える、ことを特徴とする請求項３に記載のウェアラブルセンサ。
【請求項5】
前記反射光受光用のスイッチング素子は、ダブルゲート構造を有する、ことを特徴とする請求項３に記載のウェアラブルセンサ。
【請求項6】
更に、前記発光部から出射されて被験者の生体内を通過していない光の光量を測定する発光光受光部を備えることを特徴とする請求項１に記載のウェアラブルセンサ。
【請求項7】
前記発光光受光部は、前記支持基板側から順に、発光光受光用のスイッチング素子と、発光光受光用のセンサ部と、を有し、
前記発光光受光用のセンサ部は、前記支持基板側から順に、発光光受光用の下部電極と、発光光受光用の光電変換層と、発光光受光用の上部電極と、を有する、ことを特徴とする請求項６に記載のウェアラブルセンサ。
前記発光光受光用のセンサ部は、前記支持基板側から順に、発光光受光用の下部電極と、発光光受光用の光電変換層と、発光光受光用の上部電極と、を有する、ことを特徴とする請求項６に記載のウェアラブルセンサ。
【請求項8】
前記発光光受光用のスイッチング素子は、アモルファスシリコン、低温ポリシリコン、及び、インジウムガリウム亜鉛酸化物の少なくとも一つを含有する発光光受光用の半導体層を備える、ことを特徴とする請求項７に記載のウェアラブルセンサ。
【請求項9】
前記発光光受光用のスイッチング素子は、ダブルゲート構造を有する、ことを特徴とする請求項７に記載のウェアラブルセンサ。
【請求項10】
前記発光部は、前記支持基板側から順に、反射電極及び発光層を備え、
前記発光光受光部は、発光光受光用の光電変換層を備え、
前記ウェアラブルセンサは、前記支持基板側から順に、前記発光光受光用の光電変換層、前記反射電極及び前記発光層を備え、
平面視において、前記発光層の少なくとも一部は、前記反射電極を介さずに前記発光光受光用の光電変換層と重畳することを特徴とする請求項６に記載のウェアラブルセンサ。
前記発光光受光部は、発光光受光用の光電変換層を備え、
前記ウェアラブルセンサは、前記支持基板側から順に、前記発光光受光用の光電変換層、前記反射電極及び前記発光層を備え、
平面視において、前記発光層の少なくとも一部は、前記反射電極を介さずに前記発光光受光用の光電変換層と重畳することを特徴とする請求項６に記載のウェアラブルセンサ。
【請求項11】
前記発光部は、前記支持基板側から順に、反射電極及び発光層を備え、
前記発光光受光部は、発光光受光用の光電変換層を備え、
前記ウェアラブルセンサは、前記支持基板側から順に、前記発光光受光用の光電変換層、前記反射電極及び前記発光層を備え、
平面視において、前記反射電極は、前記発光光受光用の光電変換層と重畳する領域の少なくとも一部に開口部が設けられていることを特徴とする請求項６に記載のウェアラブルセンサ。
前記発光光受光部は、発光光受光用の光電変換層を備え、
前記ウェアラブルセンサは、前記支持基板側から順に、前記発光光受光用の光電変換層、前記反射電極及び前記発光層を備え、
平面視において、前記反射電極は、前記発光光受光用の光電変換層と重畳する領域の少なくとも一部に開口部が設けられていることを特徴とする請求項６に記載のウェアラブルセンサ。
【請求項12】
前記発光部は、前記支持基板側から順に、反射電極と発光層とを備え、
平面視において、前記発光層の少なくとも一部は、前記反射電極と重畳することを特徴とする請求項１に記載のウェアラブルセンサ。
平面視において、前記発光層の少なくとも一部は、前記反射電極と重畳することを特徴とする請求項１に記載のウェアラブルセンサ。
【請求項13】
前記支持基板は、フレキシブル基板であることを特徴とする請求項１～１２のいずれかに記載のウェアラブルセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
以下の開示は、ウェアラブルセンサに関する。
【背景技術】
【0002】
健康志向の高まりにより、生活習慣の改善、病気の早期発見、体調管理などの観点から、自己の体調に関する情報を簡便に測定できるウェアラブルセンサが注目されている。
【0003】
例えば、特許文献１には、被験者の身体に取り外し可能に取り付け可能であるように適合された監視装置であって、前記装置は、測定ユニットであって、少なくとも２つの発光源と、前記少なくとも２つの発光源から放出された光ビームを検出するための少なくとも１つのセンサと、を備えた測定ユニットと、前記測定ユニットに結合された制御装置であって、前記被験者の生理学的徴候を測定および分析するように構成された制御装置と、を備えた監視装置が開示されている。
【0004】
また、特許文献２には、所定の波長の光を発する光源と、前記光源から射出された光を直線偏光に変換する偏光子と、前記直線偏光の偏光方向を変調する変調器と、生体である被測定物の外周に沿って一部が開環した多角形の各辺に配置され、前記変調器で変調された光を前記被測定物側に全反射し、前記被測定物の外周に沿って前記被測定物の内部を透過させる複数のミラーと、前記被測定物からの透過光の偏光方向に基づいて、前記透過光から前記被測定物中にて散乱された散乱光を分離する検光子と、前記検光子で散乱光が分離された前記透過光を検出する検出器と、を備える測定装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特表２０１９－５０６２０５号公報
【特許文献2】特許第６６４２４２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
図９は、特許文献１の測定ユニットを示す断面模式図である。図１０は、生体内での光の反射について説明する断面模式図である。図９及び図１０中の破線矢印の方向は、光ビームの方向を示す。例えば、図９に示される特許文献１の測定ユニット３００Ｒは、被験者の皮膚３０に隣接して載置される。光ビームが皮膚３０に浸透して血管３１からセンサ３１０Ｒに向けて反射されるように、発光源３２０Ｒから光ビームが皮膚３０内に放出される。放出されたビームと受光された（反射された）ビームとの間のデータの差は、血管３１内の血液による放射線吸収に関するインディケーションを提供し、血管３１内の血液の特徴および血液測定値を非侵襲的な手順で示す。また、測定ユニット３００Ｒは、超音波信号の送受信が可能な超音波ユニット３４０Ｒを備える。
【0007】
図９に示される特許文献１の測定ユニットのように、レーザー光や発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）を利用した生体センサはこれまでにも実用化されている。しかしながら、発光ダイオードは１つあたり数ｍｍ程度の大きさがあるため、従来の生体センサでは発光ダイオードを配置するためのスペースを確保することが課題となっていた。そのため、従来の生体センサでは、多くの発光光源及び受光部を配置することは難しく、従来の生体センサが備える光源及び受光部は数個レベルであり、充分な受光感度を得ることが困難であった。また、図１０に示すように、生体内の反射光は散乱するため、微弱な光しか受光できず、充分な受光感度が得られなかった。
【0008】
上記特許文献１及び２には、受光感度が高められたウェアラブルセンサは開示されていない。
【0009】
本発明は上記現状に鑑みてなされたものであり、受光感度が高められたウェアラブルセンサを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【0010】
（１）本発明の一実施形態は、被験者が装着するウェアラブルセンサであって、支持基板と、上記支持基板上に配置された複数のセンサ素子と、を有し、上記複数のセンサ素子は、それぞれ、有機発光ダイオード又は無機発光ダイオードである発光部と、上記発光部から出射されて被験者の生体内で反射した光の光量を測定する反射光受光部と、を有するウェアラブルセンサ。
【0011】
（２）また、本発明のある実施形態は、上記（１）の構成に加え、平面視において、上記反射光受光部の少なくとも一部は、上記発光部と重畳しない、ウェアラブルセンサ。
【0012】
（３）また、本発明のある実施形態は、上記（１）又は上記（２）の構成に加え、上記反射光受光部は、上記支持基板側から順に、反射光受光用のスイッチング素子と、反射光受光用のセンサ部と、を有し、上記反射光受光用のセンサ部は、上記支持基板側から順に、反射光受光用の下部電極と、反射光受光用の光電変換層と、反射光受光用の上部電極と、を有する、ウェアラブルセンサ。
【0013】
（４）また、本発明のある実施形態は、上記（３）の構成に加え、上記反射光受光用のスイッチング素子は、アモルファスシリコン、低温ポリシリコン、及び、インジウムガリウム亜鉛酸化物の少なくとも一つを含有する反射光受光用の半導体層を備える、ウェアラブルセンサ。
【0014】
（５）また、本発明のある実施形態は、上記（３）又は上記（４）の構成に加え、上記反射光受光用のスイッチング素子は、ダブルゲート構造を有する、ウェアラブルセンサ。
【0015】
（６）また、本発明のある実施形態は、上記（１）、上記（２）、上記（３）、上記（４）又は上記（５）の構成に加え、更に、上記発光部から出射されて被験者の生体内を通過していない光の光量を測定する発光光受光部を備える、ウェアラブルセンサ。
【0016】
（７）また、本発明のある実施形態は、上記（６）の構成に加え、上記発光光受光部は、上記支持基板側から順に、発光光受光用のスイッチング素子と、発光光受光用のセンサ部と、を有し、上記発光光受光用のセンサ部は、上記支持基板側から順に、発光光受光用の下部電極と、発光光受光用の光電変換層と、発光光受光用の上部電極と、を有する、ウェアラブルセンサ。
【0017】
（８）また、本発明のある実施形態は、上記（７）の構成に加え、上記発光光受光用のスイッチング素子は、アモルファスシリコン、低温ポリシリコン、及び、インジウムガリウム亜鉛酸化物の少なくとも一つを含有する発光光受光用の半導体層を備える、ウェアラブルセンサ。
【0018】
（９）また、本発明のある実施形態は、上記（７）又は上記（８）の構成に加え、上記発光光受光用のスイッチング素子は、ダブルゲート構造を有する、ウェアラブルセンサ。
【0019】
（１０）また、本発明のある実施形態は、上記（６）、上記（７）、上記（８）又は上記（９）の構成に加え、上記発光部は、上記支持基板側から順に、反射電極及び発光層を備え、上記発光光受光部は、発光光受光用の光電変換層を備え、上記ウェアラブルセンサは、上記支持基板側から順に、上記発光光受光用の光電変換層、上記反射電極及び上記発光層を備え、平面視において、上記発光層の少なくとも一部は、上記反射電極を介さずに上記発光光受光用の光電変換層と重畳する、ウェアラブルセンサ。
【0020】
（１１）また、本発明のある実施形態は、上記（６）、上記（７）、上記（８）、上記（９）又は上記（１０）の構成に加え、上記発光部は、上記支持基板側から順に、反射電極及び発光層を備え、上記発光光受光部は、発光光受光用の光電変換層を備え、上記ウェアラブルセンサは、上記支持基板側から順に、上記発光光受光用の光電変換層、上記反射電極及び上記発光層を備え、平面視において、上記反射電極は、上記発光光受光用の光電変換層と重畳する領域の少なくとも一部に開口部が設けられている、ウェアラブルセンサ。
【0021】
（１２）また、本発明のある実施形態は、上記（１）、上記（２）、上記（３）、上記（４）、上記（５）、上記（６）、上記（７）、上記（８）、上記（９）、上記（１０）又は上記（１１）の構成に加え、上記発光部は、上記支持基板側から順に、反射電極と発光層とを備え、平面視において、上記発光層の少なくとも一部は、上記反射電極と重畳する、ウェアラブルセンサ。
【0022】
（１３）また、本発明のある実施形態は、上記（１）、上記（２）、上記（３）、上記（４）、上記（５）、上記（６）、上記（７）、上記（８）、上記（９）、上記（１０）、上記（１１）又は上記（１２）の構成に加え、上記支持基板は、フレキシブル基板である、ウェアラブルセンサ。
【発明の効果】
【0023】
本発明によれば、受光感度が高められたウェアラブルセンサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0024】
【図1】実施形態１のウェアラブルセンサの斜視模式図である。
【図2】実施形態１のウェアラブルセンサの機能の一例を説明する模式図である。
【図3】実施形態１のウェアラブルセンサの断面模式図である。
【図4】実施形態１のウェアラブルセンサが備える第１の受光部の回路図の一例である。
【図5】実施形態２のウェアラブルセンサの斜視模式図である。
【図6】実施形態２のウェアラブルセンサの機能の一例を説明する模式図である。
【図7】実施形態２のウェアラブルセンサの断面模式図である。
【図8】実施形態２のウェアラブルセンサが備える第２の受光部の回路図の一例である。
【図9】特許文献１の測定ユニットを示す断面模式図である。
【図10】生体内での光の反射について説明する断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【0025】
以下、本発明の実施形態について説明する。本発明は、以下の実施形態に記載された内容に限定されるものではなく、本発明の構成を充足する範囲内で、適宜設計変更を行うことが可能である。なお、以下の説明において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して適宜用い、その繰り返しの説明は適宜省略する。本発明の各態様は、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜組み合わされてもよい。
【0026】
（実施形態１）
図１は、実施形態１のウェアラブルセンサの斜視模式図である。本実施形態のウェアラブルセンサ１は、被験者が装着するウェアラブルセンサであって、支持基板１０と、支持基板１０上に配置された複数のセンサ素子２０を有する。複数のセンサ素子２０は、それぞれ、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ：Ｏｒｇａｎｉｃ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄ）又は無機発光ダイオード（無機ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄ））である発光部２１と、発光部２１から出射されて被験者の生体内で反射した光の光量を測定する反射光受光部２２と、を有する。このような態様とすることにより、各発光部２１の配置スペースを抑えることが可能となり、ウェアラブルセンサ１内により多くのセンサ素子２０をアレイ状に配置することが可能となる。その結果、受光感度を高めることができる。また、支持基板１０をフレキシブル基板（フレキシブル基材ともいう）とすることにより、ウェアラブル性を高めることができる。
図１は、実施形態１のウェアラブルセンサの斜視模式図である。本実施形態のウェアラブルセンサ１は、被験者が装着するウェアラブルセンサであって、支持基板１０と、支持基板１０上に配置された複数のセンサ素子２０を有する。複数のセンサ素子２０は、それぞれ、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ：Ｏｒｇａｎｉｃ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄ）又は無機発光ダイオード（無機ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄ））である発光部２１と、発光部２１から出射されて被験者の生体内で反射した光の光量を測定する反射光受光部２２と、を有する。このような態様とすることにより、各発光部２１の配置スペースを抑えることが可能となり、ウェアラブルセンサ１内により多くのセンサ素子２０をアレイ状に配置することが可能となる。その結果、受光感度を高めることができる。また、支持基板１０をフレキシブル基板（フレキシブル基材ともいう）とすることにより、ウェアラブル性を高めることができる。
【0027】
本実施形態のウェアラブルセンサ１は、より具体的には、発光部２１に対応するＯＬＥＤディスプレイを応用した発光素子と、反射光受光部２２に対応するＸ線センサを応用した半導体センサと、をアレイ状に配置することにより生体センサを実現し、上記課題を解決する。高精細発光素子及び受光素子をある程度の面積を持ったアレイ状に配置することで、生体内で反射した光（生体内で散乱した光も含む）を効率よく受光することができる。また個体によって異なる血管配置の違いによる影響も受け難いため、生体センサとしての精度と感度を向上させることができる。また、発光素子と半導体センサとをフレキシブル基材上に形成することで、ウェアラブル性が高められたデバイスを実現することができる。
【0028】
以上のように、本実施形態のウェアラブルセンサ１では、ＯＬＥＤディスプレイ技術とＸ線センサ技術を応用して、ある程度の面積に、高精細に発光源と検出センサをアレイ状に配置することで、生体内で反射した光を効率よく受光できるため感度を向上させることができる。また、センサ素子２０をフレキシブル基板上に形成することで、ウェアラブル性の良いデバイスを実現することができる。
【0029】
上記特許文献１には、人体に設置可能な生体センサが開示されている。上記特許文献１に開示された生体センサは、少なくとも２つの発光源と、少なくとも１つの検出センサを有しており、人体の生理学的徴候を測定及び分析することができる。発光波長は４００～２５００ｎｍの間の特定の波長である。データ分析により、糖尿病、脱水症、服薬の状況をモニタリングすることができる。
【0030】
上記特許文献１の生体センサには、図９に示すように、数個程度の発光源と検出センサしか設置できないため、生体内で反射した光を効率よく受光できず感度が悪い。また、リジッドなデバイスであるため、ウェアラブル性が悪い。
【0031】
上記特許文献２には、所定の波長の光を発する光源と、その光を直線偏光に変換する偏光子と、この光を被測定物中で反射させるミラーと、検出部と、を有するセンサが開示されている。特許文献２のセンサでは、反射を繰り返すことで、生体センシングの高精度化を図っている。特許文献２では、反射を何度も繰り返すための強い光源とミラーが必要であるが、光源やミラーを複数個の設置することは不可能であるため、散乱光を効率よく受光することができない。また、何度も反射させるため、散乱光自体も多くなる。更に、リジッドなデバイスであるため、ウェアラブル性が悪い。
【0032】
以下、本実施形態のウェアラブルセンサ１の詳細を説明する。
【0033】
図２は、実施形態１のウェアラブルセンサの機能の一例を説明する模式図である。図３は、実施形態１のウェアラブルセンサの断面模式図である。図２及び図３に示す実線矢印は発光部からの出射光を表し、破線矢印は、生体内で反射した光を表す。図２及び図３に示すように、本実施形態のウェアラブルセンサ１は、例えば、人や動物の皮膚３０の上から装着され、被験者の生体内の状態を測定するウェアラブルセンサである。
【0034】
ウェアラブルセンサ１は、複数のセンサ素子２０を有する。複数のセンサ素子（画素ともいう）２０は、それぞれ、ＯＬＥＤ又は無機ＬＥＤである発光部２１と、発光部２１から出射されて被験者の生体内で反射した光の光量を測定する反射光受光部２２と、を有する。センサ素子２０は、支持基板１０上にアレイ状に配置されてもよい。
【0035】
支持基板１０は、センサ素子２０を支持する基板であれば特に限定されない。支持基板１０としては、例えば、フレキシブル基板、ガラス基板等が挙げられる。支持基板１０は、フレキシブル基板であることが好ましい。このような態様とすることにより、ウェアラブルセンサ１の柔軟性が高まり、ウェアラブル性を向上させることができる。フレキシブル基板は、合成樹脂材料（例えばポリイミド系樹脂等）からなり、絶縁性及び可撓性を有するフィルム状の基材である。
【0036】
支持基板１０は、被験者と接する側に配置されても、被験者と接する側とは反対側に配置されてもよい。支持基板１０が被験者と接する側に配置される場合、支持基板１０は、光透過性を有することが好ましい。支持基板１０が被験者と接する側に配置される場合、支持基板１０の透過率は、例えば、８０％以上、１００％以下であり、９０％以上、１００％以下であることが好ましく、９５％以上、１００％以下であることがより好ましい。透過率は、ＪＩＳ－Ｋ－７３７５に準拠した測定方法で、測定することができる。
【0037】
センサ素子２０は、例えば、一方向（例えば「行方向」）及び当該一方向に対する交差方向（例えば「列方向」）にマトリクス状に配置される。ウェアラブルセンサ１は、センサ素子２０を複数個有する。このような態様とすることにより、受光感度を高めることができる。
【0038】
発光部２１は、ＯＬＥＤ又は無機ＬＥＤである。発光部２１は、例えば、ＯＬＥＤディスプレイを応用した発光素子であってもよい。発光部２１は、発光を制御する機能を有する発光用のスイッチング素子を備えていてもよい。
【0039】
発光部２１は、生体センシングに適した波長の光を出射することが好ましい。例えば、近赤外光は生体内に深く侵入することができるため、得られる生体情報を増加させることができる。発光部２１は、例えば、波長７００ｎｍ以上、２５００ｎｍ以下の光を出射することが好ましく、波長７００ｎｍ以上、１７００ｎｍ以下の光を出射することがより好ましく、波長１０００ｎｍ以上、１７００ｎｍ以下の光を出射することが更に好ましい。なお、発光部２１は、可視光（例えば、波長３８０ｎｍ以上、７００ｎｍ未満の光）を出射してもよい。このような態様とすることにより、可視光でセンシング可能な生体情報を取得することができる。
【0040】
発光部２１は、複数種類の波長の光を出射することが好ましい。このような態様とすることにより、得られる生体情報を増加することができる。また、発光部２１は、出射する光の光量を変化させることが好ましい。このような態様とすることにより、光量を変えてセンシングすることが可能となり、得られる生体情報を増加させることができる。
【0041】
図３に示すように、ウェアラブルセンサ１は、支持基板１０上に、互いに平行に延設された複数の発光用のゲート線２１Ｇと、複数の発光用のゲート線２１Ｇと交差する方向に互いに平行に延設された複数の発光用のソース線２１Ｓと、を備え、複数の発光用のゲート線２１Ｇ及び複数の発光用のソース線２１Ｓは、各センサ素子２０を区画するように全体として格子状に形成されている。複数の発光用のゲート線２１Ｇ及び複数の発光用のソース線２１Ｓの交点には、発光用のスイッチング素子２１１が設けられている。
【0042】
各発光部２１は、支持基板１０側から順に、発光用のスイッチング素子２１１と、反射電極２１２と、発光層２１３と、を備える。より具体的には、支持基板１０側から順に、発光用のスイッチング素子２１１と、第１の絶縁膜２４１と、第２の絶縁膜２４２と、第３の絶縁膜２４３と、第４の絶縁膜２４４と、反射電極２１２と、発光層２１３と、を備える。発光用のスイッチング素子２１１は、支持基板１０側から順に、発光用のゲート電極２１１Ｇと、ゲート絶縁膜２４０と、発光用の半導体層２１１Ｃと、発光用のドレイン電極２１１Ｄ及び発光用のソース電極２１１Ｓとを有する。
【0043】
ゲート絶縁膜２４０、第１の絶縁膜２４１、第２の絶縁膜２４２、第３の絶縁膜２４３、第４の絶縁膜２４４、及び、後述する第５の絶縁膜２４５は、無機絶縁膜、有機絶縁膜、又は、上記有機絶縁膜と無機絶縁膜との積層体である。
【0044】
無機絶縁膜としては、例えば、窒化珪素（ＳｉＮｘ）、酸化珪素（ＳｉＯ２）等の無機膜（比誘電率ε＝５～７）や、それらの積層膜を用いることができる。無機絶縁膜の膜厚は、例えば、１５００Å以上、３５００Å以下である。有機絶縁膜としては、例えば、感光性アクリル樹脂等の比誘電率の小さい有機膜（比誘電率ε＝２～５）や、それらの積層膜を用いることができる。有機絶縁膜の膜厚は特に限定されないが、例えば、２μｍ以上、４μｍ以下である。
【0045】
ゲート絶縁膜２４０、第１の絶縁膜２４１及び第３の絶縁膜２４３は、ＳｉＮ、ＳｉＯ、ＳｉＯＮ等の無機絶縁膜であることが好ましい。第２の絶縁膜２４２、第４の絶縁膜２４４及び第５の絶縁膜は、アクリル樹脂系の有機絶縁膜であることが好ましい。
【0046】
発光用のスイッチング素子２１１は、発光層２１３の発光を制御する機能を有する。発光用のスイッチング素子２１１は、発光用のゲート電極２１１Ｇと、発光用のソース電極２１１Ｓと、発光用のドレイン電極２１１Ｄと、発光用の半導体層２１１Ｃとを備える三端子スイッチである。発光用のスイッチング素子２１１としては、例えば、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）が挙げられる。発光用のスイッチング素子２１１はダブルゲート構造であることが好ましい。
【0047】
本明細書において「ゲート電極」とは、ＴＦＴを構成する３つの電極の１つ（残りはソース電極及びドレイン電極）であり、ゲート電極に印加する電圧によって半導体層のチャネル領域に誘起する電荷量を変調し、ソース・ドレイン間に流れる電流を制御する。「ソース電極」とは、ＴＦＴを構成する３つの電極の１つであり、ＴＦＴの半導体層を流れるキャリアの供給源となる電極である。本明細書において「ドレイン電極」とは、ＴＦＴを構成する３つの電極の１つであり、ＴＦＴの半導体層を流れるキャリアの供給先となる電極である。
【0048】
本明細書において「半導体層」とは、半導体の特性を有する層（例えば、チャネル領域）のみならず、半導体の特性を有する層をチャネル領域よりも比抵抗が小さくなるように低抵抗化処理した層（例えば、ソース領域及びドレイン領域）も包含するものとする。また、半導体層に用いられる材料としては、アモルファスシリコン（ａ－Ｓｉ）、低温ポリシリコン（ＬＴＰＳ：Ｌｏｗ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｐｏｌｙ－Ｓｉｌｉｃｏｎ）、インジウムガリウム亜鉛酸化物（ＩＧＺＯ：Ｉｎｄｉｕｍ Ｇａｌｌｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、ＬＴＰＳ＋ＩＧＺＯ（ＴＯＰＳ）等が挙げられる。
【0049】
発光用のスイッチング素子２１１が備える発光用の半導体層２１１Ｃは、ＬＴＰＳ及びＩＧＺＯの少なくとも一方を含むことが好ましい。すなわち、発光用のスイッチング素子２１１が備える発光用の半導体層２１１Ｃは、ＬＴＰＳ又はＩＧＺＯを含むことが好ましい。このような態様とすることにより、発光層に充分な電荷・電流を印可することができる。発光用のスイッチング素子２１１が備える半導体層２１１Ｃは、移動度の高いＬＴＰＳ、又は、高移動度ＩＧＺＯを含むことがより好ましい。
【0050】
発光用のドレイン電極２１１Ｄは、コンタクトホール２１ＣＨ１を介して反射電極２１２と接続されている。発光用のソース電極２１１Ｓは、コンタクトホール２１ＣＨ２を介して、対応する発光用のソース線に接続されている。
【0051】
反射電極２１２は、反射率の高い金属材料を含む。反射電極２１２は、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、銀又は銀合金を含む。発光層２１３から出射された光は反射電極２１２により反射され、被験者側へ出射される。
【0052】
発光層２１３は、有機発光材料又は無機発光材料を含有する。発光層２１３は、ナノパーティクルを含む発光材料でもよいし、Ｓｉウェハー上に作製したＬＥＤ素子を分断した後ピック＆プレイスすることで発光素子として機能する構造でもよい。
【0053】
発光部２１がＯＬＥＤである場合、発光層２１３は有機発光材料を含有する。有機発光材料を含有する発光層２１３は、有機発光層ともいう。ＯＬＥＤは、蒸着又は塗布により形成することができる。ＯＬＥＤは、必要によって、発光物質のほか、電荷輸送を効率的に行うための追加の有機物を含有することもできる。
【0054】
ＯＬＥＤは、２つの電極の間に少なくとも１層の有機発光層を含む。例えば、ＯＬＥＤは、上記有機発光層と電極との間に電荷注入または輸送層、例えば、電子輸送層、電子注入層、正孔輸送層、正孔注入層、正孔遮断層、電子遮断層などを含むことができる。また、必要によって、２つの電極の間に有機発光層を１層以上含むＯＬＥＤ発光ユニットが２つ以上積層されてもよい。
【0055】
上記ＯＬＥＤ発光ユニットとは、有機発光層を含み、電圧の印加時に発光できる最小単位を意味する。ＯＬＥＤ発光ユニットの間には、中間導電層または電荷発生層が備えられるとよい。中間導電層は、電極材料として使用可能な導電性材料を用いて形成されるとよい。積層された２以上のＯＬＥＤ発光ユニットは、同じ色を発光するように備えられてもよく、互いに異なる色を発光するように備えられてもよい。例えば、積層された構造のＯＬＥＤにおいて、２以上のＯＬＥＤ発光ユニットで互いに異なる色を発光して白色を発光するように備えられるとよい。
【0056】
発光部２１が無機ＬＥＤである場合、発光層２１３は無機発光材料を含有する。無機発光材料を含有する発光層２１３は、無機発光層ともいう。無機ＬＥＤは、蒸着又は塗布により形成することができる他、Ｓｉウェハー上に作製した後、ピック＆プレイスで配置して形成することもできる。ピック＆プレイスで形成される無機ＬＥＤは、マイクロＬＥＤともいう。無機ＬＥＤは、必要によって、発光物質のほか、電荷輸送を効率的に行うための追加の無機物を含有することもできる。
【0057】
無機ＬＥＤは、２つの電極の間に少なくとも１層の無機発光層を含む。例えば、無機ＬＥＤは、上記無機発光層と電極との間に電荷注入または輸送層、例えば、電子輸送層、電子注入層、正孔輸送層、正孔注入層、正孔遮断層、電子遮断層などを含むことができる。また、必要によって、２つの電極の間に無機発光層を１層以上含む無機ＬＥＤ発光ユニットが２つ以上積層されてもよい。
【0058】
上記無機ＬＥＤ発光ユニットとは、無機発光層を含み、電圧の印加時に発光できる最小単位を意味する。無機ＬＥＤ発光ユニットの間には、中間導電層または電荷発生層が備えられるとよい。中間導電層は、電極材料として使用可能な導電性材料を用いて形成されるとよい。積層された２以上の無機ＬＥＤ発光ユニットは、同じ色を発光するように備えられてもよく、互いに異なる色を発光するように備えられてもよい。例えば、積層された構造の無機ＬＥＤにおいて、２以上の無機ＬＥＤ発光ユニットで互いに異なる色を発光して白色を発光するように備えられるとよい。
【0059】
無機ＬＥＤのうち、マイクロＬＥＤは、ＬＥＤチップの１辺が１００μｍ以下である。マイクロＬＥＤチップの１辺は、例えば、５μｍ以上、１００μｍ以下であり、厚みは、例えば、３μｍ以上、３０μｍ以下である。マイクロＬＥＤは、ピック＆プレイス方式で基板上に実装される。ピック＆プレイス方式は、切り出されたチップを一つひとつピックアップして、回路基板上の所定の箇所に設置する方法である。このような方法により、効率的に基板を組み立てることができる。
【0060】
発光部２１は、支持基板１０側から順に、反射電極２１２と発光層２１３とを備え、平面視において、発光層２１３の少なくとも一部は、反射電極２１２と重畳する。このような態様とすることにより、発光層２１３から出射された光が反射電極２１２により効果的に反射され、被験者側へ出射される。その結果、受光感度をより高めることができる。
【0061】
反射光受光部２２は、発光部２１から出射されて被験者の生体内で反射した光（生体内で散乱した光を含む）の光量を測定する機能を有する。反射光受光部２２は、反射（散乱）光受光センサともいう。
【0062】
図４は、実施形態１のウェアラブルセンサが備える反射光受光部の回路図の一例である。図３及び図４に示すように、反射光受光部２２は、光を受けて電荷を発生し、発生した電荷を蓄積する反射光受光用のセンサ部２２１と、反射光受光用のセンサ部２２１に蓄積された電荷を読み出すための反射光受光用のスイッチング素子２２２と、を含む。
【0063】
図４に示すように、ウェアラブルセンサ１は、支持基板１０上に、互いに平行に延設された複数の反射光受光用のゲート線２２Ｇと、複数の反射光受光用のゲート線２２Ｇと交差する方向に互いに平行に延設された複数の反射光受光用のソース線２２Ｓと、を備え、複数の反射光受光用のゲート線２２Ｇ及び複数の反射光受光用のソース線２２Ｓは、各センサ素子２０を区画するように全体として格子状に形成されている。複数の反射光受光用のゲート線２２Ｇ及び複数の反射光受光用のソース線２２Ｓの交点には、反射光受光用のスイッチング素子２２２が設けられている。反射光受光用のゲート線２２Ｇは、反射光受光用のスイッチング素子２２２をオン／オフするための配線であり、反射光受光用のソース線２２Ｓは、反射光受光用のセンサ部２２１に蓄積された電荷を読み出すため配線である。
【0064】
図３に示すように、反射光受光部２２は、支持基板１０側から順に、反射光受光用のスイッチング素子２２２と、反射光受光用のセンサ部２２１と、を有する。より具体的には、反射光受光部２２は、支持基板１０側から順に、反射光受光用のスイッチング素子２２２と、第１の絶縁膜２４１と、第２の絶縁膜２４２と、反射光受光用のセンサ部２２１と、第３の絶縁膜２４３と、第４の絶縁膜２４４と、第５の絶縁膜２４５と、を備える。
【0065】
反射光受光用のセンサ部２２１は、支持基板１０側から順に、反射光受光用の下部電極２２１Ａと、反射光受光用の光電変換層２２１Ｂと、反射光受光用の上部電極２２１Ｃと、を有する。反射光受光用のセンサ部２２１は、例えば、アノード電極及びカソード電極（反射光受光用の下部電極２２１Ａ及び反射光受光用の上部電極２２１Ｃ）とその間に挟まれたＰＩＮダイオード（反射光受光用の光電変換層２２１Ｂ）とを有する。ここで、ＰＩＮダイオード（Ｐ－ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ－Ｎ Ｄｉｏｄｅ）は、Ｐ型半導体とＮ型半導体のＰＮ接合部の間に、電気抵抗の大きな真性半導体であるＩ型半導体が挟まれてあるシリコンダイオードである。
【0066】
反射光受光用のスイッチング素子２２２は、支持基板１０側から順に、反射光受光用のゲート電極２２２Ｇと、ゲート絶縁膜２４０と、反射光受光用の半導体層２２２Ｃと、反射光受光用のドレイン電極２２２Ｄ及び反射光受光用のソース電極２２２Ｓとを有する。反射光受光用のスイッチング素子２２２としては、例えば、薄膜トランジスタが挙げられる。反射光受光用のスイッチング素子２２２はダブルゲート構造であることが好ましい。
【0067】
反射光受光用の半導体層２２２Ｃは、例えば、アモルファスシリコン、低温ポリシリコン、及び、インジウムガリウム亜鉛酸化物の少なくとも一つを含有する。反射光受光用の半導体層２２２Ｃは、低温ポリシリコン、及び、インジウムガリウム亜鉛酸化物の少なくとも一方を含むことがより好ましい。すなわち、反射光受光用の半導体層２２２Ｃは、ＬＴＰＳ又はＩＧＺＯを含むことがより好ましい。このような態様とすることにより、センシング特性を向上させることができる。反射光受光用の半導体層２２２Ｃは、オフリークの小さいＩＧＺＯを含むことが更に好ましい。
【0068】
反射光受光用のドレイン電極２２２Ｄは、コンタクトホール２２ＣＨ１を介して反射光受光用の下部電極２２１Ａと接続されている。反射光受光用のソース電極２２２Ｓは、コンタクトホール２２ＣＨ２を介して、反射光受光用のソース線２２Ｓと接続されている。
【0069】
平面視において、反射光受光部２２の少なくとも一部は、発光部２１と重畳しないことが好ましい。このような態様とすることにより、生体内で反射した光を反射光受光部２２により効果的に受光することが可能となり、受光感度を高めることができる。
【0070】
より具体的には、反射光受光部２２が備える反射光受光用の光電変換層２２１Ｂの少なくとも一部は、発光部２１が備える発光層２１３と重畳しないことが好ましい。このような態様とすることにより、生体内で反射した光を反射光受光部２２により効果的に受光することが可能となり、受光感度を高めることができる。
【0071】
更に、反射光受光部２２には、各反射光受光用のソース線２２Ｓと並列に反射光受光用の共通電極配線２２Ａが設けられている。反射光受光用の共通電極配線２２Ａは、一端及び他端が並列に接続されており、一端が所定のバイアス電圧を供給する反射光受光用の電源２２Ｂに接続されている。反射光受光用のセンサ部２２１は反射光受光用の共通電極配線２２Ａに接続されており、反射光受光用の共通電極配線２２Ａを介してバイアス電圧が印加されている。
【0072】
反射光受光用のゲート線２２Ｇには、各反射光受光用のスイッチング素子２２２をスイッチングするための制御信号が流れる。このように制御信号が各反射光受光用のゲート線２２Ｇに流れることによって、各反射光受光用のスイッチング素子２２２が スイッチング（オン／オフ）される。
【0073】
反射光受光用のソース線２２Ｓには、各センサ素子２０の反射光受光用のスイッチング素子２２２がオン状態の場合に、各センサ素子２０に蓄積された電荷に応じた電気信号が流れる。より具体的には、各反射光受光用のソース線２２Ｓには、当該反射光受光用のソース線２２Ｓに接続されたセンサ素子２０の何れかの反射光受光用のスイッチング素子２２２がオンされることにより蓄積された電荷量に応じた電気信号が流れる。
【0074】
各反射光受光用のソース線２２Ｓには、各反射光受光用のソース線２２Ｓに流れ出した電気信号を検出する反射光受光用の信号検出回路２２Ｃが接続されている。また、各反射光受光用のゲート線２２Ｇには、各反射光受光用のゲート線２２Ｇに反射光受光用のスイッチング素子２２２をオン／オフするための制御信号を出力する反射光受光用のスキャン信号制御回路２２Ｄが接続されている。図４では、反射光受光用の信号検出回路２２Ｃ及び反射光受光用のスキャン信号制御回路２２Ｄをそれぞれ１つに簡略化して示しているが、例えば、反射光受光用の信号検出回路２２Ｃ及び反射光受光用のスキャン信号制御回路２２Ｄをそれぞれ複数設けて所定本毎に反射光受光用のソース線２２Ｓ又は反射光受光用のゲート線２２Ｇを接続してもよい。
【0075】
反射光受光用の信号検出回路２２Ｃは、反射光受光用のソース線２２Ｓ毎に、入力される電気信号を増幅する増幅回路を内蔵している。反射光受光用の信号検出回路２２Ｃでは、各反射光受光用のソース線２２Ｓより入力される電気信号を増幅回路により増幅し、ＡＤＣ（アナログ・デジタル変換器）によりデジタル信号へ変換する。
【0076】
この反射光受光用の信号検出回路２２Ｃ及び反射光受光用のスキャン信号制御回路２２Ｄには、反射光受光用の信号検出回路２２Ｃにおいて変換されたデジタル信号に対してノイズ除去などの所定の処理を施すとともに、反射光受光用の信号検出回路２２Ｃに対して信号検出のタイミングを示す制御信号を出力し、反射光受光用のスキャン信号制御回路２２Ｄに対してスキャン信号の出力のタイミングを示す制御信号を出力する反射光受光用の制御部２２Ｅが接続されている。
【0077】
本実施形態の反射光受光用の制御部２２Ｅは、マイクロコンピュータによって構成されており、ＣＰＵ（中央処理装置）、ＲＯＭ及びＲＡＭ、フラッシュメモリ等からなる不揮発性の記憶部を備える。反射光受光用の制御部２２Ｅは、反射光受光用の信号検出回路２２Ｃから入力された、各センサ素子２０の電荷情報を示す電気信号に基づいて、照射された放射線が示す画像を生成する。
【0078】
本実施形態のウェアラブルセンサ１は、例えば、以下の製法により製造することができる。まず、ＩＧＺＯ－ＴＦＴを形成する。ウェアラブルセンサ１には、発光素子制御用のＴＦＴ（発光用のスイッチング素子２１１）、生体内反射光センサ制御用のＴＦＴ（反射光受光用のスイッチング素子２２２）が必要である。制御性向上のためにＴＦＴの数を増やしてもよい。ＩＧＺＯに替えて、ＬＴＳＰ、ａ－Ｓｉを用いてもよい。ＩＧＺＯ－ＴＦＴの場合でもトップゲートやダブルゲートのＴＦＴ構造にしてもよい。
【0079】
次いで、受光センサ（反射光受光部２２）用のアノード電極及びカソード電極（反射光受光用の下部電極２２１Ａ及び反射光受光用の上部電極２２１Ｃ）と、その間に挟まれたＰＩＮダイオード（反射光受光用の光電変換層２２１Ｂ）とを形成する。次いで、発光素子（発光部２１）用の反射電極２１２と発光層２１３を形成する。
【0080】
ウェアラブルセンサ１は、各エレメント（各センサ素子２０）にＯＬＥＤディスプレイを応用した発光素子（発光部２１）と、Ｘセンサを応用した受光素子（反射光受光部２２）と、を有する。複数のセンサ素子２０は、ある程度の面積を持って高精細にアレイ状に配置される。全てのセンサ素子２０のセンシング量を合算することで、生体内で散乱した光を効率よくセンシングできる。
【0081】
（実施形態２）
本実施形態では、本実施形態に特有の特徴について主に説明し、上記実施形態１と重複する内容については説明を省略する。本実施形態は、ウェアラブルセンサ１が、反射光受光部２２に加えて発光光受光部を備えることを除いて、実施形態１と実質的に同じである。
本実施形態では、本実施形態に特有の特徴について主に説明し、上記実施形態１と重複する内容については説明を省略する。本実施形態は、ウェアラブルセンサ１が、反射光受光部２２に加えて発光光受光部を備えることを除いて、実施形態１と実質的に同じである。
【0082】
図５は、実施形態２のウェアラブルセンサの斜視模式図である。図６は、実施形態２のウェアラブルセンサの機能の一例を説明する模式図である。図７は、実施形態２のウェアラブルセンサの断面模式図である。図８は、実施形態２のウェアラブルセンサが備える発光光受光部の回路図の一例である。図６及び図７に示す実線矢印は発光部からの出射光を表し、破線矢印は、生体内を通過した光を表す。
【0083】
図５～図８に示すように、本実施形態のウェアラブルセンサ１は、更に、発光部２１から出射されて被験者の生体内を通過していない光の光量を測定する発光光受光部２３を備える。ここで、生体センサを実現するには、発光素子（発光部２１）から出射される光の光量と、生体内で反射した光の光量の差分の変化量を検知することが重要である。そのため、本実施形態のウェアラブルセンサ１は、センサ素子２０毎に、生体内で反射した光を受光するためのセンサ（反射光受光部２２）に加えて、発光素子（発光部２１）の光量測定用のセンサ（発光光受光部２３）を備える。このような態様とすることにより、生体内の変化をより的確に検知することが可能となる。
【0084】
本実施形態のウェアラブルセンサ１は、より具体的には、発光部２１に対応するＯＬＥＤディスプレイを応用した発光素子と、反射光受光部２２及び発光光受光部２３に対応するＸ線センサを応用した半導体センサと、をアレイ状に配置することにより生体センサを実現し、上記課題を解決する。高精細発光素子及び受光素子をある程度の面積を持ったアレイ状に配置することで、生体内で反射した光を効率よく受光することができる。また個体によって異なる血管配置の違いによる影響も受け難いため、生体センサとしての精度と感度を向上させることができる。また、発光素子と半導体センサとをフレキシブル基材上に形成することで、ウェアラブル性が高められたデバイスを実現することができる。
【0085】
発光光受光部２３は、発光部２１から出射されて被験者の生体内を通過していない光の光量を測定する機能を有する。発光光受光部２３は、発光光受光センサともいう。
【0086】
図７及び図８に示すように、発光光受光部２３は、光を受けて電荷を発生し、発生した電荷を蓄積する発光光受光用のセンサ部２３１と、発光光受光用のセンサ部２３１に蓄積された電荷を読み出すための発光光受光用のスイッチング素子２３２と、を含む。
【0087】
図８に示すように、ウェアラブルセンサ１は、支持基板１０上に、互いに平行に延設された複数の発光光受光用のゲート線２３Ｇと、複数の発光光受光用のゲート線２３Ｇと交差する方向に互いに平行に延設された複数の発光光受光用のソース線２３Ｓと、を備え、複数の発光光受光用のゲート線２３Ｇ及び複数の発光光受光用のソース線２３Ｓは、各センサ素子２０を区画するように全体として格子状に形成されている。複数の発光光受光用のゲート線２３Ｇ及び複数の発光光受光用のソース線２３Ｓの交点には、発光光受光用のスイッチング素子２３２が設けられている。発光光受光用のゲート線２３Ｇは、発光光受光用のスイッチング素子２３２をオン／オフするための配線であり、発光光受光用のソース線２３Ｓは、発光光受光用のセンサ部２３１に蓄積された電荷を読み出すため配線である。
【0088】
図７に示すように、発光光受光部２３は、支持基板１０側から順に、発光光受光用のスイッチング素子２３２と、発光光受光用のセンサ部２３１と、を有する。より具体的には、発光光受光部２３は、支持基板１０側から順に、発光光受光用のスイッチング素子２３２と、第１の絶縁膜２４１と、第２の絶縁膜２４２と、発光光受光用のセンサ部２３１と、第３の絶縁膜２４３と、第４の絶縁膜２４４と、第５の絶縁膜２４５と、を備える。
【0089】
発光光受光用のセンサ部２３１は、支持基板１０側から順に、発光光受光用の下部電極２３１Ａと、発光光受光用の光電変換層２３１Ｂと、発光光受光用の上部電極２３１Ｃと、を有する。発光光受光用のセンサ部２３１は、例えば、アノード電極及びカソード電極（発光光受光用の下部電極２３１Ａ及び発光光受光用の上部電極２３１Ｃ）とその間に挟まれたＰＩＮダイオード（発光光受光用の光電変換層２３１Ｂ）とを有する。ここで、ＰＩＮダイオード（Ｐ－ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ－Ｎ Ｄｉｏｄｅ）は、Ｐ型半導体とＮ型半導体のＰＮ接合部の間に、電気抵抗の大きな真性半導体であるＩ型半導体が挟まれてあるシリコンダイオードである。
【0090】
発光光受光用のスイッチング素子２３２は、支持基板１０側から順に、発光光受光用のゲート電極２３２Ｇと、ゲート絶縁膜２４０と、発光光受光用の半導体層２３２Ｃと、発光光受光用のドレイン電極２３２Ｄ及び発光光受光用のソース電極２３２Ｓとを有する。発光光受光用のスイッチング素子２３２としては、例えば、薄膜トランジスタが挙げられる。発光光受光用のスイッチング素子２３２はダブルゲート構造であることが好ましい。
【0091】
発光光受光用の半導体層２３２Ｃは、例えば、アモルファスシリコン、低温ポリシリコン、及び、インジウムガリウム亜鉛酸化物の少なくとも一つを含有する。発光光受光用の半導体層２３２Ｃは、低温ポリシリコン、及び、インジウムガリウム亜鉛酸化物の少なくとも一方を含むことがより好ましい。すなわち、発光光受光用の半導体層２３２Ｃは、ＬＴＰＳ又はＩＧＺＯを含むことがより好ましい。このような態様とすることにより、センシング特性を向上させることができる。発光光受光用の半導体層２３２Ｃは、オフリークの小さいＩＧＺＯを含むことが更に好ましい。
【0092】
発光光受光用のドレイン電極２３２Ｄは、コンタクトホール２３ＣＨ１を介して発光光受光用の下部電極２３１Ａと接続されている。発光光受光用のソース電極２３２Ｓは、コンタクトホール２３ＣＨ２を介して、発光光受光用のソース線２３Ｓと接続されている。
【0093】
平面視において、発光光受光部２３の少なくとも一部は、発光部２１と重畳することが好ましい。このような態様とすることにより、発光光受光部２３が、発光部２１から出射される光をより効果的に受光することが可能となり、反射光受光部２２との測定結果を比較することで生体内の変化をより的確に検知することが可能となる。
【0094】
より具体的には、発光光受光部２３が備える発光光受光用の光電変換層２３１Ｂの少なくとも一部は、発光部２１が備える発光層２１３と重畳することが好ましい。このような態様とすることにより、発光光受光部２３が、発光部２１から出射される光をより効果的に受光することが可能となり、生体内の変化をより的確に検知することが可能となる。
【0095】
発光部２１は、支持基板１０側から順に、反射電極２１２及び発光層２１３を備え、発光光受光部２３は、受光素子としての発光光受光用の光電変換層２３１Ｂを備え、ウェアラブルセンサ１は、支持基板１０側から順に、発光光受光用の光電変換層２３１Ｂ、反射電極２１２及び発光層２１３を備え、平面視において、発光層２１３の少なくとも一部は、反射電極２１２を介さずに発光光受光用の光電変換層２３１Ｂと重畳することが好ましい。このような態様とすることにより、発光部２１から出射された光の光量をより正確に測定することができる。
【0096】
平面視において、発光層２１３の面積の１％以上、２０％以下は、反射電極２１２を介さずに発光光受光用の光電変換層２３１Ｂと重畳することが好ましい。
【0097】
発光部２１は、支持基板１０側から順に、反射電極２１２及び発光層２１３を備え、発光光受光部２３は、受光素子としての発光光受光用の光電変換層２３１Ｂを備え、ウェアラブルセンサ１は、支持基板１０側から順に、発光光受光用の光電変換層２３１Ｂ、反射電極２１２及び発光層２１３を備え、反射電極２１２は、平面視において、発光光受光用の光電変換層２３１Ｂと重畳する領域の少なくとも一部に開口部２１２Ｘが設けられていることが好ましい。このような態様とすることにより、発光部２１から出射された光の光量をより正確に測定することができる。
【0098】
更に、発光光受光部２３には、各発光光受光用のソース線２３Ｓと並列に発光光受光用の共通電極配線２３Ａが設けられている。発光光受光用の共通電極配線２３Ａは、一端及び他端が並列に接続されており、一端が所定のバイアス電圧を供給する発光光受光用の電源２３Ｂに接続されている。発光光受光用のセンサ部２３１は発光光受光用の共通電極配線２３Ａに接続されており、発光光受光用の共通電極配線２３Ａを介してバイアス電圧が印加されている。
【0099】
発光光受光用のゲート線２３Ｇには、各発光光受光用のスイッチング素子２３２をスイッチングするための制御信号が流れる。このように制御信号が各発光光受光用のゲート線２３Ｇに流れることによって、各発光光受光用のスイッチング素子２３２が スイッチング（オン／オフ）される。
【0100】
発光光受光用のソース線２３Ｓには、各センサ素子２０の発光光受光用のスイッチング素子２３２がオン状態の場合に、各センサ素子２０に蓄積された電荷に応じた電気信号が流れる。より具体的には、各発光光受光用のソース線２３Ｓには、当該発光光受光用のソース線２３Ｓに接続されたセンサ素子２０の何れかの発光光受光用のスイッチング素子２３２がオンされることにより蓄積された電荷量に応じた電気信号が流れる。
【0101】
各発光光受光用のソース線２３Ｓには、各発光光受光用のソース線２３Ｓに流れ出した電気信号を検出する発光光受光用の信号検出回路２３Ｃが接続されている。また、各発光光受光用のゲート線２３Ｇには、各発光光受光用のゲート線２３Ｇに発光光受光用のスイッチング素子２３２をオン／オフするための制御信号を出力する発光光受光用のスキャン信号制御回路２３Ｄが接続されている。図４では、発光光受光用の信号検出回路２３Ｃ及び発光光受光用のスキャン信号制御回路２３Ｄをそれぞれ１つに簡略化して示しているが、例えば、発光光受光用の信号検出回路２３Ｃ及び発光光受光用のスキャン信号制御回路２３Ｄをそれぞれ複数設けて所定本毎に発光光受光用のソース線２３Ｓ又は発光光受光用のゲート線２３Ｇを接続してもよい。
【0102】
発光光受光用の信号検出回路２３Ｃは、発光光受光用のソース線２３Ｓ毎に、入力される電気信号を増幅する増幅回路を内蔵している。発光光受光用の信号検出回路２３Ｃでは、各発光光受光用のソース線２３Ｓより入力される電気信号を増幅回路により増幅し、ＡＤＣ（アナログ・デジタル変換器）によりデジタル信号へ変換する。
【0103】
この発光光受光用の信号検出回路２３Ｃ及び発光光受光用のスキャン信号制御回路２３Ｄには、発光光受光用の信号検出回路２３Ｃにおいて変換されたデジタル信号に対してノイズ除去などの所定の処理を施すとともに、発光光受光用の信号検出回路２３Ｃに対して信号検出のタイミングを示す制御信号を出力し、発光光受光用のスキャン信号制御回路２３Ｄに対してスキャン信号の出力のタイミングを示す制御信号を出力する発光光受光用の制御部２３Ｅが接続されている。
【0104】
本実施形態の発光光受光用の制御部２３Ｅは、マイクロコンピュータによって構成されており、ＣＰＵ（中央処理装置）、ＲＯＭ及びＲＡＭ、フラッシュメモリ等からなる不揮発性の記憶部を備える。発光光受光用の制御部２３Ｅは、発光光受光用の信号検出回路２３Ｃから入力された、各センサ素子２０の電荷情報を示す電気信号に基づいて、照射された放射線が示す画像を生成する。
【0105】
本実施形態のウェアラブルセンサ１は、例えば、以下の製法により製造することができる。まず、ＩＧＺＯ－ＴＦＴを形成する。ウェアラブルセンサ１には、発光素子制御用のＴＦＴ（発光用のスイッチング素子２１１）、生体内反射光センサ制御用のＴＦＴ（反射光受光用のスイッチング素子２２２）及び、発光光受光センサ制御用のＴＦＴ（発光光受光用のスイッチング素子２３２）の最低３つのＴＦＴが必要である。制御性向上のためにＴＦＴの数を増やしてもよい。ＩＧＺＯに替えて、ＬＴＳＰ、ａ－Ｓｉを用いてもよい。ＩＧＺＯ－ＴＦＴの場合でもトップゲートやダブルゲートのＴＦＴ構造にしてもよい。
【0106】
次いで、受光センサ（反射光受光部２２及び発光光受光部）用のアノード電極及びカソード電極（反射光受光用の下部電極２２１Ａ及び反射光受光用の上部電極２２１Ｃ、並びに、発光光受光用の下部電極２３１Ａ及び発光光受光用の上部電極２３１Ｃ）と、その間に挟まれたＰＩＮダイオード（反射光受光用の光電変換層２２１Ｂ、及び、発光光受光用の光電変換層２３１Ｂ）とを形成する。次いで、発光素子（発光部２１）用の反射電極２１２と発光層２１３を形成する。この時、発光層２１３の直下に光が抜けるように、反射電極２１２に開口部２１２Ｘを設けておく。この部分の発光量を確保するために、開口部２１２Ｘに透明電極を形成しておいてもよい。
【0107】
ウェアラブルセンサ１は、各エレメント（各センサ素子２０）にＯＬＥＤディスプレイを応用した発光素子（発光部２１）と、Ｘセンサを応用した受光素子（反射光受光部２２及び発光光受光部２３）と、を有する。複数のセンサ素子２０は、ある程度の面積を持って高精細にアレイ状に配置される。全てのセンサ素子２０のセンシング量を合算することで、生体内で散乱した光を効率よくセンシングできる。
【0108】
ウェアラブルセンサ１は、各エレメント（各センサ素子２０）にＯＬＥＤディスプレイを応用した発光素子（発光部２１）と、Ｘセンサを応用した受光素子（反射光受光部２２及び発光光受光部２３）と、を有する。複数のセンサ素子２０は、ある程度の面積を持って高精細にアレイ状に配置される。全てのセンサ素子２０のセンシング量を合算することで、生体内で散乱した光を効率よくセンシングできる。
【0109】
本実施形態のウェアラブルセンサ１は、各発光素子（発光部２１）の光量を測定するためのセンサ（反射光受光部２２）と、生体内の反射光を測定するためのセンサ（発光光受光部２３）の２種類のセンサを有する。２種類のセンサの差分の変化量をモニタリングすることで、生体内の変化を検知することができる。また、全てのセンサ素子２０のセンシング量の合算することで、生体内で散乱した光を効率よくセンシングできる。更に、本手法を用いることで、ＯＬＥＤディスプレイで必要であった各発光素子の発光量の制御（ムラ抑制）は不要であるため、ＴＦＴ素子数を減らすことができ、ムラ抑制処理も不要となる。また、ＯＬＥＤ発光素子が劣化しても、受光感度の低下を抑えることができる。
【0110】
以下に、実施例及び比較例を挙げて本発明の効果を説明するが、本発明はこれらの例によって限定されるものではない。
【0111】
（実施例１）
本例のウェアラブルセンサ１は、上記実施形態１のウェアラブルセンサ１に対応する。本例のウェアラブルセンサ１は、被験者が装着するウェアラブルセンサであって、支持基板１０と、支持基板１０上に配置された複数のセンサ素子２０と、を有し、複数のセンサ素子２０は、それぞれ、ＯＬＥＤ又は無機ＬＥＤである発光部２１と、発光部２１から出射されて被験者の生体内で反射した光の光量を測定する反射光受光部２２と、を有する。本例のウェアラブルセンサ１は、受光感度を高めることができる。
本例のウェアラブルセンサ１は、上記実施形態１のウェアラブルセンサ１に対応する。本例のウェアラブルセンサ１は、被験者が装着するウェアラブルセンサであって、支持基板１０と、支持基板１０上に配置された複数のセンサ素子２０と、を有し、複数のセンサ素子２０は、それぞれ、ＯＬＥＤ又は無機ＬＥＤである発光部２１と、発光部２１から出射されて被験者の生体内で反射した光の光量を測定する反射光受光部２２と、を有する。本例のウェアラブルセンサ１は、受光感度を高めることができる。
【0112】
（実施例２）
本例のウェアラブルセンサ１は、上記実施形態２のウェアラブルセンサ１に対応する。本例のウェアラブルセンサ１は、実施形態１の構成に加えて、更に、発光部２１から出射されて被験者の生体内を通過していない光の光量を測定する発光光受光部２３を備える。本例のウェアラブルセンサ１は、受光感度を高めることができるとともに、生体内の変化をより的確に検知することが可能である。
本例のウェアラブルセンサ１は、上記実施形態２のウェアラブルセンサ１に対応する。本例のウェアラブルセンサ１は、実施形態１の構成に加えて、更に、発光部２１から出射されて被験者の生体内を通過していない光の光量を測定する発光光受光部２３を備える。本例のウェアラブルセンサ１は、受光感度を高めることができるとともに、生体内の変化をより的確に検知することが可能である。
【0113】
以上に示した本発明の各態様は、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜組み合わされてもよい。
【符号の説明】
【0114】
１：ウェアラブルセンサ
１０：支持基板
２０：センサ素子（画素）
２１：発光部
２１Ｇ、２２Ｇ、２３Ｇ：ゲート線
２１Ｓ、２２Ｓ、２３Ｓ：ソース線
２２：反射光受光部
２２Ａ、２３Ａ：共通電極配線
２２Ｂ、２３Ｂ：電源
２２Ｃ、２３Ｃ：信号検出回路
２２Ｄ、２３Ｄ：スキャン信号制御回路
２２Ｅ、２３Ｅ：制御部
２３：発光光受光部
３０：皮膚
３１：血管
２１１、２２２、２３２：スイッチング素子
２１１Ｃ、２２２Ｃ、２３２Ｃ：半導体層
２１１Ｄ、２２２Ｄ、２３２Ｄ：ドレイン電極
２１１Ｇ、２２２Ｇ、２３２Ｇ：ゲート電極
２１１Ｓ、２２２Ｓ、２３２Ｓ：ソース電極
２１２：反射電極
２１２Ｘ：開口部
２１３：発光層
２２１、２３１：センサ部
２２１Ａ、２３１Ａ：下部電極
２２１Ｂ、２３１Ｂ：光電変換層
２２１Ｃ、２３１Ｃ：上部電極
２４０：ゲート絶縁膜
２４１、２４２、２４３、２４４、２４５：絶縁膜
３１０Ｒ：センサ
３２０Ｒ：発光源
３００Ｒ：測定ユニット
３４０Ｒ：超音波ユニット
１０：支持基板
２０：センサ素子（画素）
２１：発光部
２１Ｇ、２２Ｇ、２３Ｇ：ゲート線
２１Ｓ、２２Ｓ、２３Ｓ：ソース線
２２：反射光受光部
２２Ａ、２３Ａ：共通電極配線
２２Ｂ、２３Ｂ：電源
２２Ｃ、２３Ｃ：信号検出回路
２２Ｄ、２３Ｄ：スキャン信号制御回路
２２Ｅ、２３Ｅ：制御部
２３：発光光受光部
３０：皮膚
３１：血管
２１１、２２２、２３２：スイッチング素子
２１１Ｃ、２２２Ｃ、２３２Ｃ：半導体層
２１１Ｄ、２２２Ｄ、２３２Ｄ：ドレイン電極
２１１Ｇ、２２２Ｇ、２３２Ｇ：ゲート電極
２１１Ｓ、２２２Ｓ、２３２Ｓ：ソース電極
２１２：反射電極
２１２Ｘ：開口部
２１３：発光層
２２１、２３１：センサ部
２２１Ａ、２３１Ａ：下部電極
２２１Ｂ、２３１Ｂ：光電変換層
２２１Ｃ、２３１Ｃ：上部電極
２４０：ゲート絶縁膜
２４１、２４２、２４３、２４４、２４５：絶縁膜
３１０Ｒ：センサ
３２０Ｒ：発光源
３００Ｒ：測定ユニット
３４０Ｒ：超音波ユニット
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】