KR102339008B1 - 마이크로렌즈를 포함하는 서브형 인공망막 장치 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
망막 서브(sub)에 마련되는 기판; 상기 기판 상에 구비되며, 망막으로 투사되는 외부의 시각 정보에 응답하여 시신경으로 활동 전위를 발생시키는 복수 개의 자극 전극; 상기 기판 상에 상기 자극 전극과 접촉하지 않도록 배치되는 복수 개의 포토다이오드를 포함하는 포토다이오드 어레이; 및 상기 복수 개의 포토다이오드 상부에 각각 배치되는 복수 개의 마이크로렌즈를 포함하는 마이크로렌즈 어레이;를 포함하는 서브형 인공망막 장치로, 상기 서브형 인공망막 장치를 상기 기판에 수직한 방향으로 바라보았을 때, 상기 마이크로렌즈는 이에 대응되는 포토다이오드 전체를 덮으며, 상기 자극 전극은 덮지 않는 것을 특징으로 하는 서브형 인공망막 장치가 개시된다.
본 발명의 일 측면에서 제공되는 서브형 인공망막 장치는 동일한 면적의 포토다이오드를 이용함에도, 집광 효율을 상승시켜, 더 높은 전류를 생성할 수 있다는 효과가 있다.
본 발명의 일 측면에서 제공되는 서브형 인공망막 장치는 동일한 면적의 포토다이오드를 이용함에도, 집광 효율을 상승시켜, 더 높은 전류를 생성할 수 있다는 효과가 있다.
Description
본 발명은 마이크로렌즈를 포함하는 서브형 인공망막 장치 및 그 제조방법에 관한 것이다
망막은 각막과 수정체를 통해 들어온 빛을 전기적인 신호로 변환하여 뇌로 전달하는 중요한 신경조직이다. 망막에는 약 1억개의 시세포가 존재하는데, 고밀도의 세포가 위치해 있는 만큼 단위 면적당 혈액 공급량도 많다. 하지만 혈관 내의 노폐물, 질환, 그리고 유전적인 이유 등으로 다양한 망막 질환이 발생하게 된다.
망막색소변성증 (Retinitis pigmentosa, RP)은 망막에 분포하는 광수용체의 기능장애로 인해 발생되는 진행성 망막변성질환으로, 망막의 광수용체와 망막색소상피에 주로 발생하며 양쪽 눈에 모두 나타난다. 노인황반변성 (Age-related macular degeneration, AMD)은 3대 실명질환 중 하나로, 노령화로 인하여 눈의 시력저하가 발생하고 실명까지 이르게 되는 질병이다.
RP와 AMD 질환의 공통점은 망막의 바깥층인 시세포 층이 손상되어 질환으로 발전한다는 것이다. 그러나 시세포 층만 손상되었기 때문에 시세포 층의 기능을 대체할 방법이 있다면 시력 회복의 가능성이 존재한다. 현재 시세포 층의 기능을 대체할 기술은 전기적 자극을 유도할 소자를 안구에 직접 삽입하는 인공 망막 기술이 유일하다.
인공 망막 기술은 소자가 설치되는 위치에 따라 에피형 (Epi-retina)과 서브형 (sub-retinal)으로 구분된다 (도 1). 에피형은 망막 앞에 소자가 위치하여 신경절 (Ganglion) 세포층을 자극하고, 서브형은 망막 뒤 시세포 층에 소자가 위치하여 양극 (Bipolar) 세포층을 자극한다.
신경절 세포층을 자극하는 에피형은 외부 카메라에서 얻어진 영상 정보를 유도 코일을 통해 무선으로 안구 내의 미세 전극 어레이에 전달하고 망막 신경절세포 (retinal ganglion)을 자극하게 된다. 현재 Second sight사의 Argus II 제품이 있으며 64개의 전극 어레이로 구성되어 각 전극에서 발생하는 전기 자극의 크기를 제어할 수 있다.
서브형의 경우 포토다이오드 및 전기 자극 어레이가 망막 세포층 하부인 광수용 세포층에 위치한다. 포토다이오드 및 전기자극 어레이는 광수용체의 기능을 대체하기 위하여 고안되었으며 양극 세포 (bipolar cell)를 1차적인 전기 자극 대상으로 한다. 현재 프랑스 Pixium Vision사의 Prima 제품은 378 화소의 전극 어레이로 구성되어 있고, 독일 Retina Implant사의 Alpha IMS 제품은 1500개의 포토다이오드 어레이와 이와 매칭되는 전극 어레이로 구성되어 있다.
포토다이오드와 전극 어레이로 구성된 모델의 경우, 포토다이오드가 빛을 흡수하여 전류를 생성하고 생성된 전류는 전극으로 흘러가 망막신경세포를 자극할 수 있도록 설계된다. 자극 어레이는 한 개의 포토다이오드와 한 개의 전극이 한 쌍으로 구성되며, 이는 1 화소(pixel)을 의미한다.
그러나 이 1 화소 안에는 대부분이 전극으로 이루어져 있고 포토다이오드는 좁은 면적을 차지하고 있다. 포토다이오드는 시세포 자극을 위한 핵심 부분을 차지하지만, 포토다이오드가 차지하는 면적이 작기 때문에 시세포 자극을 위한 전류를 생성하기엔 부족하여 외부 전원으로 생성된 전류를 증폭하는 방법을 사용한다.
하지만 포토다이오드의 전류 생성 효율이 높다면 외부 사용 전력을 낮출 수 있고 증폭 및 전극 회로를 단순화할 수 있으며, 소자의 소형화에 큰 영향을 미칠 수 있을 것으로 판단된다.
안구에 삽입되는 인공 망막 제품의 경우 (그림 2), 전력을 공급하는 전력코일, 회로에 연결되는 연결전극, 시세포를 자극하는 자극전극으로 구성된다. 실리콘 칩 표면에는 포토다이오드가 제작되고 자극전극과 연결된다.
실리콘 기반의 칩 표면에 화소들이 위치해 있으나, 한 화소 안에는 자극 및 전류 이동을 위한 전극이 대부분을 차지하게 된다. 한 화소 안에 전극과 포토다이오드의 면적을 계산했을 때, 대략적으로 전극(자극전극+연결전극)이 78% 이상을 차지하며 SiO2로 이루어진 passivation공간은 약 20%, 그리고 포토다이오드는 1~2%의 공간만을 차지한다.
포토다이오드는 빛을 받아 전류를 생성하는 인공 망막의 중추적인 역할을 하는 곳이다. 하지만 포토다이오드의 면적은 전극에 비해 절대적으로 적고 세포 자극을 위한 전류를 생성하기엔 포토다이오드의 면적이 작기 때문에 CMOS 칩으로 수 백 μA 수준으로 전류를 증폭하게 된다. 하지만 이는 외부 전류 사용량을 증가시키고 전류 회로 및 소자의 복잡성을 키우는 결과를 낳는다. 따라서 전류 생성의 효율을 높이고 회로 및 소자의 복잡성을 낮추기 위해서는, 포토다이오드에서 발생하는 전류 생성 효율을 높일 필요가 있다.
이에 포토다이오드의 전류 생성 효율을 높일 수 있는 새로운 형태의 인공망막 장치가 필요하다.
본 발명의 일 측면에서의 목적은 포토다이오드의 전류 생성 효율을 향상시킬 수 있도록 마이크로렌즈를 포함하는 서브형 인공망막 장치를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에서
망막 서브(sub)에 마련되는 기판;
상기 기판 상에 구비되며, 망막으로 투사되는 외부의 시각 정보에 응답하여 시신경으로 활동 전위를 발생시키는 복수 개의 자극 전극;
상기 기판 상에 상기 자극 전극과 접촉하지 않도록 배치되는 복수 개의 포토다이오드를 포함하는 포토다이오드 어레이; 및
상기 복수 개의 포토다이오드 상부에 각각 배치되는 복수 개의 마이크로렌즈를 포함하는 마이크로렌즈 어레이;
를 포함하는 서브형 인공망막 장치로,
상기 서브형 인공망막 장치를 상기 기판에 수직한 방향으로 바라보았을 때, 상기 마이크로렌즈는 이에 대응되는 포토다이오드 전체를 덮으며, 상기 자극 전극은 덮지 않는 것을 특징으로 하는 서브형 인공망막 장치가 제공된다.
또한, 본 발명의 다른 측면에서
상기 서브형 인공망막 장치의 제조방법으로,
기판, 상기 기판 상에 구비되는 자극 전극, 상기 기판 상에 상기 자극 전극과 접촉하지 않도록 배치되는 포토다이오드를 포함하는 소자를 준비하는 단계;
상기 소자 상에 마이크로렌즈 전구체 물질을 증착하는 단계;
마이크로렌즈가 위치할 곳에 포토레지스트를 도포하여 패턴을 형성하는 단계;
상기 포토레지스트를 용융점 이하 온도에서 어닐링하는 단계; 및
에칭을 실시하여 볼록한 형상의 마이크로렌즈를 형성하는 단계;
를 포함하는 서브형 인공망막 장치의 제조방법이 제공된다.
또한, 본 발명의 다른 일 측면에서
상기 서브형 인공망막 장치의 제조방법으로,
기판, 상기 기판 상에 구비되는 자극 전극, 상기 기판 상에 상기 자극 전극과 접촉하지 않도록 배치되는 포토다이오드를 포함하는 소자를 준비하는 단계;
상기 소자 상에 마이크로렌즈 전구체 물질을 증착하는 단계;
마이크로렌즈가 위치할 곳에 구형 비드 형태의 포토레지스트를 배치하는 단계; 및
에칭을 실시하여 볼록한 형상의 마이크로렌즈를 형성하는 단계;
를 포함하는 서브형 인공망막 장치의 제조방법이 제공된다.
나아가, 본 발명의 또 다른 측면에서
상기 서브형 인공망막 장치의 제조방법으로,
기판, 상기 기판 상에 구비되는 자극 전극, 상기 기판 상에 상기 자극 전극과 접촉하지 않도록 배치되는 포토다이오드를 포함하는 소자를 준비하는 단계;
상기 소자 상에 마이크로렌즈 전구체 물질을 증착하는 단계;
마이크로렌즈가 위치할 곳에 포토레지스트를 도포하여 패턴을 형성하는 단계;
에칭을 실시하여 상기 패턴에 따라 마이크로렌즈 전구체 물질의 패턴을 형성하는 단계; 및
상기 마이크로렌즈 전구체 물질을 용융점 이하의 온도에서 어닐링하여 볼록한 형상의 마이크로렌즈를 형성하는 단계;
를 포함하는 서브형 인공망막 장치의 제조방법이 제공된다.
본 발명의 일 측면에서 제공되는 서브형 인공망막 장치는 동일한 면적의 포토다이오드를 이용함에도, 집광 효율을 상승시켜, 더 높은 전류를 생성할 수 있다는 효과가 있다.
도 1은 안구 내의 소자 삽입 위치에 따른 인공망막 장치의 종류를 모식적으로 설명한 것이고,
도 2는 안구에 삽입되는 인공망막 장치의 단면을 모식적으로 나타낸 것이고,
도 3의 A 내지 D는 안구를 통해 들어온 빛이 포토다이오드에 닿는 궤적을 모식적으로 나타낸 것으로, A는 렌즈가 없는 경우, B 내지 D는 마이크로렌즈가 포함된 경우에 대하여 보여주며,
도 3의 E는 본 발명의 일 실시예에 따라 마이크로렌즈가 포함된 인공망막 장치의 평면도를 나타낸 것이고,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 인공망막 장치의 제조방법에 대하여 모식적으로 나타낸 것이고,
도 5는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 인공망막 장치의 제조방법에 대하여 모식적으로 나타낸 것이고,
도 6는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 인공망막 장치의 제조방법에 대하여 모식적으로 나타낸 것이고,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 인공망막 장치의 제조방법에 의하여 제조되는 마이크로렌즈의 이미지를 보여주는 것이고,
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 인공망막 장치의 제조방법에 의하여 제조되는 마이크로렌즈에 있어서, 에칭 조건에 따른 마이크로렌즈의 이미지를 보여주는 것이다.
도 2는 안구에 삽입되는 인공망막 장치의 단면을 모식적으로 나타낸 것이고,
도 3의 A 내지 D는 안구를 통해 들어온 빛이 포토다이오드에 닿는 궤적을 모식적으로 나타낸 것으로, A는 렌즈가 없는 경우, B 내지 D는 마이크로렌즈가 포함된 경우에 대하여 보여주며,
도 3의 E는 본 발명의 일 실시예에 따라 마이크로렌즈가 포함된 인공망막 장치의 평면도를 나타낸 것이고,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 인공망막 장치의 제조방법에 대하여 모식적으로 나타낸 것이고,
도 5는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 인공망막 장치의 제조방법에 대하여 모식적으로 나타낸 것이고,
도 6는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 인공망막 장치의 제조방법에 대하여 모식적으로 나타낸 것이고,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 인공망막 장치의 제조방법에 의하여 제조되는 마이크로렌즈의 이미지를 보여주는 것이고,
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 인공망막 장치의 제조방법에 의하여 제조되는 마이크로렌즈에 있어서, 에칭 조건에 따른 마이크로렌즈의 이미지를 보여주는 것이다.
이하, 첨부된 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 다만, 본 발명이 예시적 실시 예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일 참조부호는 실질적으로 동일한 기능을 수행하는 부재를 나타낸다.
본 발명의 목적 및 효과는 하기의 설명에 의해서 자연스럽게 이해되거나 보다 분명해 질 수 있으며, 하기의 기재만으로 본 발명의 목적 및 효과가 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
본 발명의 일 측면에서
망막 서브(sub)에 마련되는 기판;
상기 기판 상에 구비되며, 망막으로 투사되는 외부의 시각 정보에 응답하여 시신경으로 활동 전위를 발생시키는 복수 개의 자극 전극;
상기 기판 상에 상기 자극 전극과 접촉하지 않도록 배치되는 복수 개의 포토다이오드를 포함하는 포토다이오드 어레이; 및
상기 복수 개의 포토다이오드 상부에 각각 배치되는 복수 개의 마이크로렌즈를 포함하는 마이크로렌즈 어레이;
를 포함하는 서브형 인공망막 장치로,
상기 서브형 인공망막 장치를 상기 기판에 수직한 방향으로 바라보았을 때, 상기 마이크로렌즈는 이에 대응되는 포토다이오드 전체를 덮으며, 상기 자극 전극은 덮지 않는 것을 특징으로 하는 서브형 인공망막 장치가 제공된다.
이하, 본 발명의 일 측면에서 제공되는 서브형 인공망막 장치에 대하여 각 구성별로 상세히 설명한다.
먼저, 본 발명의 일 측면에서 제공되는 서브형 인공망막 장치는 기판을 포함한다.
상기 기판은 망막 서브(sub)에 마련된다.
다음으로, 본 발명의 일 측면에서 제공되는 서브형 인공망막 장치는 복수 개의 자극 전극을 포함한다.
상기 자극 전극은 상기 기판 상에 구비된다.
상기 자극 전극은 망막으로 투사되는 외부의 시각 정보에 응답하여 시신경으로 활동 전위를 발생시킨다.
보다 상세하게는 상기 자극 전극은 후술할 포토다이오드에서 발생된 전류에 응답하여 대응되는 망막신경세포 측으로 활동 전위를 발생시킨다.
다음으로, 본 발명의 일 측면에서 제공되는 서브형 인공망막 장치는 복수 개의 포토다이오드를 포함하는 포토다이오드 어레이를 포함한다.
상기 포토다이오드는 상기 자극 전극과 접촉하지 않도록 배치된다.
다만 상기 포토다이오드는 별도의 구성을 통해 상기 자극 전극과 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 포토다이오드는 망막으로 투사되는 외부의 시각 정보에 응답하여 빛을 수신함으로써 전류를 발생시키게 된다.
상기 포토다이오드는 각각 상기 자극 전극에 대응되며, 하나의 포토다이오드 및 자극 전극이 하나의 픽셀을 이룰 수 있다.
다음으로, 본 발명의 일 측면에서 제공되는 서브형 인공망막 장치는 복수 개의 마이크로렌즈를 포함하는 마이크로렌즈 어레이를 포함한다.
상기 마이크로렌즈는 상기 포토다이오드 상부에 배치된다.
보다 상세하게는 상기 복수 개의 포토다이오드 각각에 대응하여, 각 포토다이오드 상부에 상기 마이크로렌즈가 배치된다.
상기 서브형 인공망막 장치를 상기 기판에 수직한 방향으로 바라보았을 때, 상기 마이크로렌즈는 이에 대응되는 포토다이오드 전체를 덮으며, 상기 자극 전극은 덮지 않게 된다. 도 3의 E는 이와 같은 마이크로렌즈의 배치의 일 예일 수 있다.
이 때, 기판에 수직한 방향으로 바라본다는 것은, 도 3의 E와 같이 상기 서브형 인공망막 장치의 평면도(plane-view)를 의미하는 것일 수 있다.
상기 마이크로렌즈는 중앙부의 두께가 더 두꺼운 볼록한 형상일 수 있다.
상기 포토다이오드 상부에 마이크로렌즈가 위치함으로써, 포토다이오드에 전달되는 빛의 양이 많아짐을 도 3의 A 및 B 내지 D를 비교함으로써 이해할 수 있다.
상기 서브형 인공망막 장치를 상기 기판에 수직한 방향으로 바라보았을 때, 상기 마이크로렌즈의 단면적은 상기 포토다이오드의 단면적의 1.3배 이상일 수 있으며, 바람직하게는 1.5배 이상, 더 바람직하게는 1.8배 이상일 수 있다.
본 발명의 일 측면에서 제공되는 서브형 인공망막 장치는 한 픽셀 안의 자극 전극 부위를 제외한 여분의 공간에 렌즈를 배치할 수 있기에, 포토다이오드와 마이크로렌즈의 단면적이 1:1 비율을 가질 필요가 없다.
따라서, 높은 집광 효율을 얻기 위하여 마이크로렌즈가 자극 전극을 덮지 않는 범위 내에서 최대한 마이크로렌즈의 단면적이 크도록 설계하는 것이 바람직할 수 있다.
도 3에서 B와 C, D를 비교할 경우, 마이크로렌즈의 단면적이 비교적 큰 C 및 D의 경우가, 마이크로렌즈의 단면적이 비교적 작은 B의 경우보다 집광 효율이 높음을 알 수 있다.
상기 마이크로렌즈의 굴절률은 1.33를 초과할 수 있으며, 바람직하게는 1.4 이상, 더 바람직하게는 1.5 이상일 수 있다. 즉, 안구의 굴절률이 약 1.33이므로, 상기 마이크로렌즈의 굴절률 값은 안구의 굴절률보다 큰 값을 갖는 것이 바람직하다.
상기 마이크로렌즈는 규소 화합물 및 생체 적합 폴리머로 이루어지는 군으로부터 1종 이상의 물질을 포함할 수 있다.
상기 규소 화합물은 SiC, SiN 및 SiO2로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 물질을 포함할 수 있으며, 상기 생체 적합 폴리머는 폴리이미드, 페릴렌 C, 실리콘(Silicone), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리에틸렌, 폴리디메틸실록산(PMDS), 폴리프로필렌, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 및 폴리스티렌으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 물질을 포함할 수 있다.
상기 물질들은 생체 적합함과 동시에 패시베이션(passivation) 역할을 수행할 수 있다는 점에서 바람직하다.
SiO2, SiC 및 SiN의 경우, 패시베이션 역할을 수행할 수 있는 대표적인 물질이며, 생체 적합한 물질들이다.
일 실시예에서 SiO2 기반의 렌즈를 만든다면, 안구 내의 굴절율은 1.33인 것에 비하여 SiO2의 굴절율은 1.4 ~ 1.55로 높기 때문에, 빛을 효율적으로 집광할 수 있다.
다만, SiO2의 굴절율은 다소 낮은 편이며, 보다 효율적인 집광을 위해서는 마이크로렌즈의 중앙부 높이가 높아야 하며, 렌즈의 중앙부가 높은 경우, 세포의 자극 전극으로의 접촉을 낮추고 시세포에 대한 전류 자극 세기의 증가를 야기할 수 있다.
이에, 렌즈의 높이가 낮으면서 효율적인 집광을 위해서는 SiO2보다 높은 굴절율을 가진 SiN(굴절율 1.6 ~ 2.3), SiC(약 2.6)을 렌즈로 사용하거나, SiN 및/또는 SiC의 복합 구조가 삽입된 SiO2 렌즈를 사용할 수도 있다.
도 3의 C는 SiO2 기반의 마이크로렌즈 구조를, 도 3의 D는 더 높은 굴절율을 갖는 SiC 또는 SiN이 삽입된 SiO2 렌즈의 구조를 나타낸 것인데, 더 높은 굴절률을 갖는 D의 경우가 집광 효율이 더 우수함을 확인할 수 있다.
폴리이미드, 페릴렌 C, 실리콘, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리에틸렌, 폴리디메틸실록산, 폴리프로필렌, 폴리테트라플루오로에틸렌 및 폴리스티렌 등의 물질 또한 생체 적합 폴리머임과 동시에 패시베이션 역할을 수행할 수 있으며, 폴리이미드는 1.5, 페릴렌 C는 1.64, 실리콘은 1.4 ~ 1.6, 폴리메틸메타크릴레이트는 1.49, 폴리에틸렌은 1.476, 폴리디메틸실록산은 1.4118, 폴리프로필렌은 1.596, 폴리테트라플루오로에틸렌은 1.356, 폴리스티렌은 1.593의 굴절률을 갖기 때문에, 본 발명의 일 측면에서 제공되는 서브형 인공망막 장치의 마이크로렌즈로 사용될 수 있다.
또한, 상기 마이크로렌즈는 상기 생체 적합 폴리머 및 규소 화합물을 모두 포함하는 복합 구조일 수도 있다.
일 실시예에서 상기 마이크로렌즈는 생체 적합 폴리머층 및 규소 화합물층을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에서 제공되는 서브형 인공망막 장치는 포토다이오드의 면적은 일정하면서도 집광 효율이 현저히 높아지기 때문에 높은 전력 생산을 기대할 수 있으며, 동시에 마이크로렌즈를 통하여 패시베이션 기능을 수행할 수 있고, 생체 적합성을 위한 후처리가 별도로 필요하지도 않다는 효과가 있다.
포토다이오드의 면적을 키우거나, 전류를 증폭하는 경우 전극 및 회로 설계 변경이 필수적인 반면, 본 발명은 전극 및 회로 설계 변경 없이 집광 효율을 향상시키며 이에 따라 전력 생산 효율이 높아지기에, 외부 전력 사용량을 낮추고, 증폭 회로를 단순화하여 인공망막 장치의 소형화에 기여할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에서
상기 서브형 인공망막 장치의 제조방법으로,
기판, 상기 기판 상에 구비되는 자극 전극, 상기 기판 상에 상기 자극 전극과 접촉하지 않도록 배치되는 포토다이오드를 포함하는 소자를 준비하는 단계;
상기 소자 상에 마이크로렌즈 전구체 물질을 증착하는 단계;
마이크로렌즈가 위치할 곳에 포토레지스트를 도포하여 패턴을 형성하는 단계;
상기 포토레지스트를 용융점 이하 온도에서 어닐링하는 단계; 및
에칭을 실시하여 볼록한 형상의 마이크로렌즈를 형성하는 단계;
를 포함하는 서브형 인공망막 장치의 제조방법이 제공된다.
이하, 본 발명의 다른 측면에서 제공되는 서브형 인공망막 장치의 제조방법을 각 단계별로 상세히 설명한다.
먼저, 본 발명의 다른 측면에서 제공되는 서브형 인공망막 장치의 제조방법은 기판, 상기 기판 상에 구비되는 자극 전극, 상기 기판 상에 상기 자극 전극과 접촉하지 않도록 배치되는 포토다이오드를 포함하는 소자를 준비하는 단계를 포함한다.
상기 소자의 형태를 도 2를 참고하여 이해할 수 있다.
상기 소자는 CMOS 소자일 수 있다.
다음으로, 본 발명의 다른 측면에서 제공되는 서브형 인공망막 장치의 제조방법은 상기 소자 상에 마이크로렌즈 전구체 물질을 증착하는 단계를 포함한다.
이 때, 상기 전구체 물질은 규소 화합물일 수 있다.
다음으로, 본 발명의 다른 측면에서 제공되는 서브형 인공망막 장치의 제조방법은 마이크로렌즈가 위치할 곳에 포토레지스트를 도포하여 패턴을 형성하는 단계를 포함한다.
상술한 바와 같이 마이크로렌즈는 서브형 인공망막 장치를 두께 방향에서 바라보았을 때, 대응되는 포토다이오드 전체를 덮으며, 자극 전극은 덮지 않도록 배치되어야 하기 때문에, 상기 포토레지스트 역시 포토다이오드 전체를 덮으며, 자극 전극은 덮지 않도록 패턴을 형성하여야 한다.
다음으로, 본 발명의 다른 측면에서 제공되는 서브형 인공망막 장치의 제조방법은 상기 포토레지스트를 용융점 이하 온도에서 어닐링하는 단계를 포함한다.
상기 포토레지스트를 포토레지스트의 용융점 이하의 온도에서 어닐링하는 경우에, 포토레지스트가 볼록 렌즈와 같이 볼록한 형상을 가지게 된다.
다음으로, 본 발명의 다른 측면에서 제공되는 서브형 인공망막 장치의 제조방법은 에칭을 실시하여 볼록한 형상의 마이크로렌즈를 형성하는 단계를 포함한다.
상기 단계를 통하여, 포토레지스트가 도포되지 않은 부분의 마이크로렌즈 전구체 물질은 모두 제거되며, 포토레지스트 하부의 마이크로렌즈 전구체 물질이 어닐링에 의하여 볼록한 형상을 가진 포토레지스트 형상에 따라, 볼록한 렌즈 형상을 가지게 된다.
본 발명의 다른 측면에서 제공되는 서브형 인공망막 장치의 제조방법은 도 4를 참고하여 보다 상세히 이해할 수 있다.
본 발명의 다른 일 측면에서
상기 서브형 인공망막 장치의 제조방법으로,
기판, 상기 기판 상에 구비되는 자극 전극, 상기 기판 상에 상기 자극 전극과 접촉하지 않도록 배치되는 포토다이오드를 포함하는 소자를 준비하는 단계;
상기 소자 상에 마이크로렌즈 전구체 물질을 증착하는 단계;
마이크로렌즈가 위치할 곳에 구형 비드 형태의 포토레지스트를 배치하는 단계; 및
에칭을 실시하여 볼록한 형상의 마이크로렌즈를 형성하는 단계;
를 포함하는 서브형 인공망막 장치의 제조방법이 제공된다.
본 발명의 다른 일 측면에서 제공되는 서브형 인공망막 장치의 제조방법에서 소자를 준비하는 단계, 마이크로렌즈 전구체 물질을 증착하는 단계는 상술한 내용과 동일한 바, 중복하여 설명하지는 않는다.
이 때, 상기 마이크로렌즈 전구체 물질은 규소 화합물일 수 있다.
본 발명의 다른 일 측면에서 제공되는 서브형 인공망막 장치의 제조방법은 마이크로렌즈가 위치할 곳에 구형 비드 형태의 포토레지스트를 배치하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 측면에서 제공되는 서브형 인공망막 장치의 제조방법의 경우, 포토레지스트를 용융점 이하의 온도에서 어닐링함으로써 볼록한 형상을 만드는 반면, 본 발명의 다른 일 측면에서 제공되는 서브형 인공망막 장치는 처음부터 구형 비드 형태의 포토레지시트를 배치함으로써, 추후 에칭 시 포토레지스트 하부의 마이크로렌즈 전구체 물질이 볼록한 렌즈 형상을 가질 수 있게 된다.
본 발명의 다른 일 측면에서 제공되는 서브형 인공망막 장치의 제조방법은 도 7을 참고하여 보다 상세히 이해할 수 있다. 또한, 도 8과 같이 에칭 조건에 따라 다양한 형상의 마이크로렌즈를 얻을 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에서
상기 서브형 인공망막 장치의 제조방법으로,
기판, 상기 기판 상에 구비되는 자극 전극, 상기 기판 상에 상기 자극 전극과 접촉하지 않도록 배치되는 포토다이오드를 포함하는 소자를 준비하는 단계;
상기 소자 상에 마이크로렌즈 전구체 물질을 증착하는 단계;
마이크로렌즈가 위치할 곳에 포토레지스트를 도포하여 패턴을 형성하는 단계;
에칭을 실시하여 상기 패턴에 따라 마이크로렌즈 전구체 물질의 패턴을 형성하는 단계; 및
상기 마이크로렌즈 전구체 물질을 용융점 이하의 온도에서 어닐링하여 볼록한 형상의 마이크로렌즈를 형성하는 단계;
를 포함하는 서브형 인공망막 장치의 제조방법이 제공된다.
본 발명의 또 다른 측면에서 제공되는 서브형 인공망막 장치의 제조방법에서 소자를 준비하는 단계, 마이크로렌즈 전구체 물질을 증착하는 단계 및 포토레지스트를 도포하여 패턴을 형성하는 단계는 상술한 내용과 동일한 바, 중복하여 설명하지는 않는다.
이 때, 상기 마이크로렌즈 전구체 물질은 생체 적합 폴리머일 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에서 제공되는 서브형 인공망막 장치의 제조방법은 에칭을 실시하여 상기 패턴에 따라 마이크로렌즈 전구체 물질의 패턴을 형성하는 단계 및 에칭을 실시하여 상기 패턴에 따라 마이크로렌즈 전구체 물질의 패턴을 형성하는 단계를 포함한다.
상술한 서브형 인공망막 장치의 제조방법과는 다르게, 볼록한 형상의 포토레지스트를 형성하지 않고 에칭을 먼저 실시함으로써, 포토레지스트가 도포되지 않은 부분의 마이크로렌즈 전구체 물질은 모두 제거되며, 포토레지스트 하부의 마이크로렌즈 전구체 물질만이 평평한 형태로 남아있게 된다.
다음으로, 본 발명의 또 다른 측면에서 제공되는 서브형 인공망막 장치의 제조방법은 상기 마이크로렌즈 전구체 물질을 용융점 이하의 온도에서 어닐링하여 볼록한 형상의 마이크로렌즈를 형성하는 단계를 포함한다.
상기 마이크로렌즈 전구체 물질의 용융점 이하의 온도에서 어닐링을 하는 경우, 상기 마이크로렌즈 전구체 물질은 볼록한 형상을 갖게 되어, 마이크로렌즈로 제조된다.
본 발명의 다른 측면에서 제공되는 서브형 인공망막 장치의 제조방법은 도 5를 참고하여 보다 상세히 이해할 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 측면에서 제공되는 서브형 인공망막 장치의 제조방법은 상기 형성된 마이크로렌즈 상에 규소 화합물층을 증착하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이러한 규소 화합물 층은 상기 마이크로렌즈 표면에 따라 곡률을 갖도록 형성될 수 있다.
이에 대하여 도 6을 참고하여 보다 상세히 이해할 수 있다.
본 발명의 일 측면에서 제공되는 서브형 인공망막 장치의 앞서 제시된 다양한 제조방법들을 요약하면, 규소 화합물 기반의 마이크로렌즈를 제조하는 경우에는 포토레지스트의 어닐링 또는 구형 비드 형태의 포토레지스트 사용을 통해 볼록한 형상의 마이크로렌즈를 얻을 수 있으며, 생체 적합 폴리머 기반의 마이크로렌즈를 제조하는 경우에는 생체 적합 폴리머를 어닐링함으로써 볼록한 형상의 마이크로렌즈를 얻을 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 본 발명의 범위는 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
<실시예 1> 규소 화합물 기반의 마이크로렌즈의 제조
일반적으로 CMOS 칩에서 패시베이션 층으로 사용되는 SiO2, SiC, SiN을 도 4와 같이 렌즈 형태로 제조하였다.
먼저, 도 4의 A와 같이 Si 기판에 포토다이오드를 제작한 후, 그 위에 연결전극과 자극전극이 위치한 소자를 준비하였다.
이 후, 도 4의 B와 같이 그 위에 마이크로렌즈 전구체 물질로 SiO2, SiC, SiN를 증착하였으며, 그 후, 마스크 층으로 사용되는 포토레지스트를 마이크로렌즈가 형성될 위치에 도포하여 패턴을 형성하였다(도 4의 C).
이 후, 포토레지스트의 용융점 이하의 온도(100~200℃)에서 어닐링하여 포토레지스트를 반원 형태로 만든 후, 에칭을 실시하였으며(도 4의 D), 그 결과 도 4의 E와 같이 볼록한 형상의 마이크로렌즈가 포토다이오드 상부에 형성되었다.
<실시예 2> 생체 적합 폴리머 기반의 마이크로렌즈의 제조
폴리메틸메타크릴레이트, 폴리에틸렌, 폴리디메틸실록산, 폴리프로필렌, 폴리테트라플루오로에틸렌 및 폴리스티렌 등의 생체 적합 폴리머를 도 5와 같이 렌즈 형태로 제조하였다.
먼저, 도 5의 A와 같이 Si 기판에 포토다이오드를 제작한 후, 그 위에 연결전극과 자극전극이 위치한 소자를 준비하였다.
이 후, 도 5의 B와 같이 그 위에 마이크로렌즈 전구체 물질로 액상 폴리머를 코팅하였으며, 그 후, 마스크 층으로 사용되는 포토레지스트를 마이크로렌즈가 형성될 위치에 도포하여 패턴을 형성하였다(도 5의 C). 이 때, 액상 폴리머의 코팅은 스핀 코팅 또는 증착 등으로 수행될 수 있다.
이 후, 건식 식각을 이용하여 노출된 폴리머 부분을 제거하였으며(도 5의 D), 포토레지스트 마스크를 제거한 후, 폴리머의 용융점 이하 온도에서 어닐링을 실시하여 렌즈 형태를 제작하였다(도 5의 E)
<실시예 3> 생체 적합 폴리머 및 규소 화합물의 복합 마이크로렌즈의 제조
실시예 2에서 제조된 마이크로렌즈 위에 SiO2, SiC, SiN 층을 추가적으로 증착하였다(도 6). 이 때 이와 같은 규소 화합물 층은 마이크로렌즈의 표면에 따라 곡률을 갖도록 형성될 수 있다.
Claims (11)
- 망막 서브(sub)에 마련되는 기판;
상기 기판 상에 구비되며, 망막으로 투사되는 외부의 시각 정보에 응답하여 시신경으로 활동 전위를 발생시키는 복수 개의 자극 전극;
상기 기판 상에 상기 자극 전극과 접촉하지 않도록 배치되되, 대응되는 자극 전극과 전기적으로는 연결되는 포토다이오드를 복수 개 포함하는 포토다이오드 어레이; 및
상기 복수 개의 포토다이오드 상부에 각각 배치되는 복수 개의 마이크로렌즈를 포함하는 마이크로렌즈 어레이;
를 포함하는 서브형 인공망막 장치로,
상기 하나의 자극 전극 및 이에 대응되는 상기 포토다이오드는 하나의 픽셀을 이루며,
상기 서브형 인공망막 장치를 상기 기판에 수직한 방향으로 바라보았을 때, 하나의 픽셀 내에서,
상기 자극 전극 및 상기 포토다이오드는 서로 겹치는 영역이 존재하지 않고,
상기 마이크로렌즈는 이에 대응되는 포토다이오드 전체를 덮으며, 상기 자극 전극은 덮지 않고,
상기 서브형 인공망막 장치를 상기 기판에 수직한 방향으로 바라보았을 때의 상기 마이크로렌즈의 단면적은 상기 포토다이오드의 단면적의 1.5배 이상인 것을 특징으로 하는 서브형 인공망막 장치.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 마이크로렌즈의 굴절률은 1.33 이상인 것을 특징으로 하는 서브형 인공망막 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 마이크로렌즈는 규소 화합물 및 생체 적합 폴리머로 이루어지는 군으로부터 1종 이상의 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 서브형 인공망막 장치.
- 제4항에 있어서,
상기 규소 화합물은 SiC, SiN 및 SiO2로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 물질을 포함하고,
상기 생체 적합 폴리머는 폴리이미드, 페릴렌 C, 실리콘, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리에틸렌, 폴리디메틸실록산, 폴리프로필렌, 폴리테트라플루오로에틸렌 및 폴리스티렌으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 서브형 인공망막 장치.
- 제1항의 서브형 인공망막 장치의 제조방법으로,
기판, 상기 기판 상에 구비되는 자극 전극, 상기 기판 상에 상기 자극 전극과 접촉하지 않도록 배치되는 포토다이오드를 포함하는 소자를 준비하는 단계;
상기 소자 상에 마이크로렌즈 전구체 물질을 증착하는 단계;
마이크로렌즈가 위치할 곳에 포토레지스트를 도포하여 패턴을 형성하는 단계;
상기 포토레지스트를 용융점 이하 온도에서 어닐링하는 단계; 및
에칭을 실시하여 볼록한 형상의 마이크로렌즈를 형성하는 단계;
를 포함하는 서브형 인공망막 장치의 제조방법.
- 제1항의 서브형 인공망막 장치의 제조방법으로,
기판, 상기 기판 상에 구비되는 자극 전극, 상기 기판 상에 상기 자극 전극과 접촉하지 않도록 배치되는 포토다이오드를 포함하는 소자를 준비하는 단계;
상기 소자 상에 마이크로렌즈 전구체 물질을 증착하는 단계;
마이크로렌즈가 위치할 곳에 구형 비드 형태의 포토레지스트를 배치하는 단계; 및
에칭을 실시하여 볼록한 형상의 마이크로렌즈를 형성하는 단계;
를 포함하는 서브형 인공망막 장치의 제조방법.
- 제6항 또는 제7항에 있어서,
상기 마이크로렌즈 전구체 물질은 규소 화합물인 것을 특징으로 하는 서브형 인공망막 장치의 제조방법.
- 제1항의 서브형 인공망막 장치의 제조방법으로,
기판, 상기 기판 상에 구비되는 자극 전극, 상기 기판 상에 상기 자극 전극과 접촉하지 않도록 배치되는 포토다이오드를 포함하는 소자를 준비하는 단계;
상기 소자 상에 마이크로렌즈 전구체 물질을 증착하는 단계;
마이크로렌즈가 위치할 곳에 포토레지스트를 도포하여 패턴을 형성하는 단계;
에칭을 실시하여 상기 패턴에 따라 마이크로렌즈 전구체 물질의 패턴을 형성하는 단계; 및
상기 마이크로렌즈 전구체 물질을 용융점 이하의 온도에서 어닐링하여 볼록한 형상의 마이크로렌즈를 형성하는 단계;
를 포함하는 서브형 인공망막 장치의 제조방법.
- 제9항에 있어서,
상기 마이크로렌즈 전구체 물질은 생체 적합 폴리머인 것을 특징으로 하는 서브형 인공망막 장치의 제조방법.
- 제10항에 있어서,
상기 형성된 마이크로렌즈 상에 규소 화합물층을 증착하는 단계;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 서브형 인공망막 장치의 제조방법.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| G170 | Re-publication after modification of scope of protection [patent] |