KR20130096676A - 기능화된 삽입물 내의 세그먼트화된 링 층들을 가진 안과용 렌즈 - Google Patents

기능화된 삽입물 내의 세그먼트화된 링 층들을 가진 안과용 렌즈 Download PDF

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랜달 비. 퓨
프레드릭 에이. 플릿시
다니엘 비. 오츠
제임스 다니엘 리알
아담 토너
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존슨 앤드 존슨 비젼 케어, 인코포레이티드
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Abstract

안과용 렌즈를 위한 능동형 렌즈 삽입물이 기술된다. 렌즈는, 전기적 및 논리적 기능성 중 하나 또는 둘 모두를 가진 기재 층들로 조립되는 아치 형상의 링 세그먼트들로서, 환상형 기재 층들 각각의 크기, 형상 및 적층 구조는 안과용 렌즈의 광학 구역 둘레의 두께에 기초하는, 아치 형상의 링 세그먼트들; 및 기재 층들 사이의 전기적 상호접속부들을 포함하며, 능동형 렌즈 삽입물은 성형된 안과용 렌즈의 본체 재료 내에서의 접합을 위해 하나 이상의 재료로 캡슐화된다.

Description

기능화된 삽입물 내의 세그먼트화된 링 층들을 가진 안과용 렌즈{AN OPHTHALMIC LENS WITH SEGMENTED RING LAYERS IN A FUNCTIONALIZED INSERT}
본 발명은 다수의 기능성 층으로부터 형성되는 안과용 장치를 위한 능동형 층 삽입물(active layer insert)에 관한 것이다. 이 층들은 적층될 수 있으며, 또한 일부 예에서는 기능성 층들을 포함하는 링(ring)들 및 링 세그먼트(ring segment)들에 대한 다양한 설계에 관한 것이다.
전통적으로, 콘택트 렌즈(contact lens), 안내 렌즈(intraocular lens) 또는 누점 마개(punctal plug)와 같은 안과용 장치는 교정, 미용 또는 치료 특성을 가진 생체적합성 장치를 포함하였다. 콘택트 렌즈는, 예를 들어 시력 교정 기능성; 미용 향상; 및 치료 효과 중 하나 이상을 제공할 수 있다. 각각의 기능은 렌즈의 물리적 특징에 의해 제공된다. 렌즈 내로 굴절 특성을 통합시키는 설계는 시력 교정 기능을 제공할 수 있다. 렌즈 내로 통합된 안료는 미용 향상을 제공할 수 있다. 렌즈 내로 통합된 활성제는 치료 기능성을 제공할 수 있다. 그러한 물리적 특징은 렌즈가 동력공급된 상태(energized state)로 되지 않고서 달성된다. 누점 마개는 전통적으로 수동형 장치(passive device)였다.
더욱 최근에는, 능동형 구성요소가 콘택트 렌즈 내로 통합될 수 있다는 것이 이론화되었다. 일부 구성요소는 반도체 소자를 포함할 수 있다. 일부 예는 동물 눈 상에 배치되는 콘택트 렌즈 내에 매립된 반도체 소자를 보여주었다. 능동형 구성요소가 어떻게 렌즈 구조 자체 내에서 다수의 방식으로 동력공급되고 활성화될 수 있는지가 또한 기술되었다. 렌즈 구조에 의해 한정되는 공간의 토폴로지(topology) 및 크기는 다양한 기능성의 한정을 위한 새롭고 도전적인 환경을 생성한다. 일반적으로, 그러한 개시 내용은 별개의 장치들을 포함하였다. 그러나, 이용가능한 별개의 장치들에 대한 크기 및 전력 요건이 사람 눈 상에 착용될 장치 내의 포함에 대해 반드시 도움이 되지는 않는다.
본 발명의 제1 태양에 따르면, 안과용 렌즈를 위한 능동형 렌즈 삽입물(active lens insert)이 제공된다. 렌즈는, 전기적 및 논리적 기능성 중 하나 또는 둘 모두를 가진 기재 층(substrate layer)들로 조립되는 아치(arcuate) 형상의 링 세그먼트들로서, 환상형(annular shaped) 기재 층들 각각의 크기, 형상 및 적층 구조는 안과용 렌즈의 광학 구역 둘레의 두께에 기초하는, 아치 형상의 링 세그먼트들; 및 기재 층들 사이의 전기적 상호접속부들을 포함하며, 능동형 렌즈 삽입물은 성형된 안과용 렌즈의 본체 재료(body material) 내에서 접합될 수 있는 하나 이상의 재료로 캡슐화된다.
기재 기능성 층들은 절연 층들에 접착되어 적층된 특징부를 형성할 수 있다.
아치 형상의 링 세그먼트들은 웨이퍼(wafer)로부터 절단될 수 있다.
아치 형상의 링 세그먼트(들) 중 하나 이상은 하나의 또는 둘 모두 테이퍼진(tapered) 단부를 가질 수 있다.
아치형 링 세그먼트들은 호 정합된 섹션(arc matched section)들을 포함할 수 있다.
2개 이상의 아치형 링 세그먼트들이 완전 링(full ring)을 형성할 수 있다.
아치형 링 세그먼트들의 설계는 웨이퍼 최적화를 포함하는 인자들에 기초할 수 있다.
아치형 링 세그먼트들의 설계는 능동형 렌즈 삽입물 내에서의 링의 표면적 최대화에 추가로 기초할 수 있다.
아치형 링 세그먼트들은 호 정합되지 않은 세그먼트들일 수 있다.
아치형 링 세그먼트들은 호 정합된 세그먼트들 및 호 정합되지 않은 세그먼트들 둘 모두를 포함할 수 있다.
기재 기능성 층들은 아치 형상의 링 세그먼트들 및 온전한 완전 링 세그먼트들로부터의 상기 조립된 링 기재 층들 둘 모두를 포함할 수 있다.
온전한 완전 링 기재 층은 안테나(antenna)로서 기능하는 금속성 층을 포함할 수 있다.
환상형 기재 층들 각각의 크기, 형상 및 적층 구조는 안과용 렌즈의 기부 곡선(base curve)에 추가로 기초할 수 있다.
환상형 기재 층들 각각의 크기, 형상 및 적층 구조는 안과용 렌즈의 직경에 의해 추가로 영향을 받을 수 있다.
환상형 기재 층들 각각의 크기, 형상 및 적층 구조는 능동형 렌즈 삽입물의 캡슐화 파라미터(encapsulation parameter)에 의해 추가로 영향을 받을 수 있다.
기재 층들은 규소계 웨이퍼 층들을 포함할 수 있다.
기재 층들은 세라믹계 웨이퍼 층들을 포함할 수 있다.
기재 층들은 캡톤(Kapton)계 웨이퍼 층들을 포함할 수 있다.
본 발명의 제2 태양에 따르면, 안과용 렌즈를 위한 능동형 렌즈 삽입물을 형성하는 방법이 제공되며, 방법은, 아치 형상의 링 세그먼트들을 형성하는 단계; 상기 아치 형상의 링 세그먼트들을 전기적 및 논리적 기능성 중 하나 또는 둘 모두를 가진 링 기재 층들로 조립하는 단계로서, 환상형 기재 층들 각각의 크기, 형상 및 적층 구조는 안과용 렌즈의 광학 구역 둘레의 두께에 기초하는, 상기 조립하는 단계; 기재 층들 사이의 전기적 상호접속부들을 형성하는 단계; 및 성형된 안과용 렌즈의 본체 재료 내에서 접합될 수 있는 하나 이상의 재료로 능동형 렌즈 삽입물을 캡슐화하는 단계를 포함한다.
방법은 기재 기능성 층들을 절연 층들에 접착하여 적층된 특징부를 형성하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
아치 형상의 링 세그먼트들은 웨이퍼로부터 절단될 수 있다.
아치 형상의 링 세그먼트(들) 중 하나 이상은 하나의 또는 둘 모두 테이퍼진 단부를 가질 수 있다.
아치형 링 세그먼트들은 호 정합된 세그먼트들을 포함할 수 있다.
2개 이상의 아치형 링 세그먼트들이 완전 링을 형성할 수 있다.
아치형 링 세그먼트들의 설계는 웨이퍼 최적화를 포함하는 인자들에 기초할 수 있다.
아치형 링 세그먼트들의 설계는 능동형 렌즈 삽입물 내에서의 링의 표면적 최대화에 추가로 기초할 수 있다.
아치형 링 섹션들은 호 정합되지 않은 세그먼트들일 수 있다.
아치형 링 세그먼트들은 호 정합된 섹션들 및 호 정합되지 않은 세그먼트들 둘 모두를 포함할 수 있다.
기재 기능성 층들은 아치 형상의 링 섹션들 및 온전한 완전 링 섹션들로부터의 상기 조립된 링 기재 층들 둘 모두를 포함할 수 있다.
온전한 완전 링 기재 층은 안테나로서 기능하는 금속성 층을 포함할 수 있다.
환상형 기재 층들 각각의 크기, 형상 및 적층 구조는 안과용 렌즈의 기부 곡선에 추가로 기초할 수 있다.
환상형 기재 층들 각각의 크기, 형상 및 적층 구조는 안과용 렌즈의 직경에 추가로 기초할 수 있다.
환상형 기재 층들 각각의 크기, 형상 및 적층 구조는 능동형 렌즈 삽입물의 캡슐화 파라미터에 추가로 기초할 수 있다.
기재 층들은 규소계 웨이퍼 층들을 포함할 수 있다.
기재 층들은 세라믹계 웨이퍼 층들을 포함할 수 있다.
기재 층들은 캡톤계 웨이퍼 층들을 포함할 수 있다.
따라서, 본 발명은 동력공급되고 안과용 장치 내로 통합될 수 있는 능동형 층 삽입물에 관한 것이다. 삽입물은 다수의 층으로 형성될 수 있으며, 다수의 층은 각각의 층에 대해 고유의 기능성을 가질 수 있거나; 대안적으로 혼합된 기능성을 갖지만 다수의 층으로 있을 수 있다. 층들은 제품의 동력화(energization) 또는 제품의 활성화에 전용인 또는 렌즈 본체 내의 기능성 구성요소들의 제어를 위한 층들을 가질 수 있다.
기능화된 층 삽입물은 동력공급된 상태에서 전류를 인출할 수 있는 구성요소에 전력을 공급할 수 있는 층을 포함할 수 있다. 구성요소는 예를 들어 적층된 층 삽입물 내에 위치되거나 달리 그에 접속될 수 있는 가변 광학 렌즈 요소 및 반도체 소자 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 일부 예는 또한 생체적합한 방식으로 안과용 렌즈 내에 포함되는 적층된 기능화된 층들의 강성 또는 성형성 삽입물을 가진 캐스트 성형된 실리콘 하이드로겔 콘택트 렌즈를 포함할 수 있다.
따라서, 적층된 기능화된 층 부분 설계를 포함하는 안과용 렌즈 층 삽입물, 및 기능성 층들을 포함하는 링들 및 링 세그먼트들에 대한 다양한 설계의 개시 내용이 제공된다. 층 삽입물은 온전한 완전 링들, 세그먼트화된 링들 또는 이 둘의 조합인 기재 층들을 포함할 수 있다. 또한, 세그먼트화된 링들은 호-정합된 및 호-정합되지 않는 아치형 세그먼트들을 포함할 수 있다.
삽입물은 다양한 방식으로 다수의 층으로부터 형성되어 제1 금형 부분품 및 제2 금형 부분품 중 하나 또는 둘 모두에 근접하게 배치될 수 있다. 반응성 단량체 혼합물이 제1 금형 부분품과 제2 금형 부분품 사이에 배치된다. 제1 금형 부분품은 제2 금형 부분품에 근접하게 위치되어 렌즈 공동을 형성하고, 이때 동력공급되는 기재 삽입물 및 반응성 단량체 혼합물의 적어도 일부가 렌즈 공동 내에 있게 되며; 반응성 단량체 혼합물은 화학 방사선에 노출되어 안과용 렌즈를 형성한다. 렌즈는 반응성 단량체 혼합물이 노출되는 화학 방사선의 제어를 통해 형성될 수 있다.
<도 1>
도 1은 안과용 렌즈 금형 부분품 내에 통합된, 적층된 기능성 층들로 형성된 삽입물의 3차원 표현을 예시하는 도면.
<도 2>
도 2는 2개의 상이한 형상의 안과용 렌즈들 내에 통합된, 적층된 기능성 층들로 형성된 삽입물들의 2가지 단면 표현을 예시하는 도면.
<도 3>
도 3은 상이한 캡슐화 파라미터를 가진 안과용 렌즈들 내에 통합된, 적층된 기능성 층들로 형성된 삽입물들의 2가지 단면 표현을 예시하는 도면.
<도 4>
도 4는 안과용 렌즈들 내에 통합된, 상이한 층 두께를 가진 적층된 기능성 층들로 형성된 삽입물들의 2가지 단면 표현을 예시하는 도면.
<도 5>
도 5는 상이한 내부 반경과 외부 반경으로 생성된 1/4 호 링 세그먼트, 및 링 세그먼트들의 포갬과 링 세그먼트들로 구성된 완전 링의 배면도를 예시하는 도면.
<도 6>
도 6은 정합하는 내부 반경과 외부 반경으로 생성된 1/4 호 링 세그먼트, 및 링 세그먼트들의 포갬과 링 세그먼트들로 구성된 완전 링의 배면도를 예시하는 도면.
<도 7>
도 7은 내부 반경과 외부 반경의 부분 정합으로 생성된 1/4 호 링 세그먼트, 및 링 세그먼트들의 포갬과 링 세그먼트들로 구성된 완전 링의 배면도를 예시하는 도면.
<도 8>
도 8은 비교 목적을 위해 도 5 내지 도 7로부터의 다양한 링 세그먼트 형상들의 배면도를 예시하는 도면.
본 발명은 다수의 기능화된 층의 적층을 통해 형성되는 기재 삽입물 장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 안과용 렌즈 내로의 통합을 위해, 기능성 층 삽입물 내의 기능화된 층들을 구성하는 데 사용될 수 있는 링들 및 링 세그먼트들을 포함하는 웨이퍼에 대한 다양한 설계에 관한 것이다.
하기의 단락에서, 본 발명의 실시예의 상세한 설명이 주어질 것이다. 바람직한 실시예 및 대안적인 실시예 둘 모두의 설명은 단지 예이며, 당업자에게는 변형, 수정 및 변경이 명백할 수 있을 것으로 이해된다. 따라서, 상기 예는 근본적인 본 발명의 범주를 제한하지 않는다는 것이 이해되어야 한다.
용어
본 발명에 관한 이러한 설명 및 특허청구범위에서, 하기의 정의가 적용될 다양한 용어가 사용될 수 있다:
능동형 렌즈 삽입물: 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 논리 회로에 기초한 제어를 갖는 전자 또는 전기기계 장치를 지칭한다.
호-정합된(또는 호 정합): 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 동일한 외부 반경 및 내부 반경을 포함하여 외부 호의 곡률이 내부 호의 곡률과 정합하는 링 세그먼트의 설계를 지칭한다. 호 정합은 링 세그먼트들을 웨이퍼 상에 효율적으로 포개어 웨이퍼 이용을 최대화하기 위해 사용된다.
다이싱 스트리트 폭(Dicing Street Width): 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 웨이퍼 상의 집적 회로들 사이의 얇은 비-기능성 공간의 폭을 지칭하며, 여기서 톱(saw) 또는 다른 장치 또는 방법이 회로들을 손상시키지 않고서 웨이퍼를 개별 다이로 안전하게 절단할 수 있다.
다이: 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 주어진 기능성 회로가 그 상에 제조되는 반도전성 재료의 블록을 지칭한다. 다이는 웨이퍼 상에 생성되고 웨이퍼로부터 절단된다.
동력공급된: 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 전류를 공급할 수 있거나 내부에 전기 에너지를 저장할 수 있는 상태를 지칭한다.
에너지: 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 일을 하는 물리적 시스템의 능력을 지칭한다. 본 발명에서의 많은 용도는 일을 함에 있어서 전기적 작용을 수행할 수 있는 상기 능력에 관계될 수 있다.
에너지 공급원: 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 에너지를 공급할 수 있거나 생의학 장치를 동력공급된 상태에 둘 수 있는 장치를 지칭한다.
외부 호: 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 외부 반경에 의해 한정되는 원의 원주의 일부분인 링 세그먼트의 외부 또는 볼록한 에지를 지칭한다.
외부 반경: 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 완전 링 또는 링 세그먼트의 외부 에지를 한정하는 원의 반경을 지칭한다. 외부 반경은 외부 호의 곡률을 결정한다.
완전 링: 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 기능화된 층 삽입물 내의 하나의 완전한 링형 층을 지칭한다. 완전 링은 다수의 링 세그먼트로 구성될 수 있거나, 하나의 온전한 링일 수 있다.
기능화된: 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 층 또는 장치가 예를 들어 동력화, 활성화, 또는 제어를 포함하는 기능을 수행할 수 있게 하는 것을 지칭한다.
기능화된 층 삽입물: 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 적층되는 다수의 기능성 층으로부터 형성되는 안과용 장치를 위한 삽입물을 지칭한다. 다수의 층은 각각의 층에 대해 고유의 기능성을 가질 수 있거나; 대안적으로 혼합된 기능성을 갖지만 다수의 층으로 있을 수 있다. 일부 예에서, 층들은 링들로 조립될 수 있다.
온전한 링: 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 단일의 온전한 다이로 제조되는 기능화된 층 삽입물 내의 하나의 완전한 링형 층을 지칭한다.
내부 호: 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 링 세그먼트의 내부 또는 오목한 에지를 지칭한다. 내부 호는 단일 호 세그먼트일 수 있고, 그 곡률은 내부 반경에 의해 결정된다. 내부 호는 상이한 내부 반경에 의해 한정되는 상이한 곡률의 다수의 호 세그먼트로 구성될 수 있다.
내부 반경: 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 완전 링 또는 링 세그먼트의 내부 에지 또는 내부 에지의 일부분을 한정하는 원의 반경을 지칭한다. 내부 반경은 내부 호의 곡률을 결정한다.
렌즈: 눈 내에 또는 눈 상에 존재하는 임의의 안과용 장치를 지칭한다. 이들 장치는 광학 교정을 제공할 수 있거나, 미용용일 수 있다. 예를 들어, 렌즈라는 용어는 콘택트 렌즈, 안내 렌즈, 오버레이 렌즈(overlay lens), 안구 삽입물(ocular insert), 광학 삽입물, 또는 시력이 교정되거나 변경되게 하는, 또는 시력을 방해함이 없이 눈 생리기능이 미용적으로 향상되게 하는(예를 들어, 홍채 색상) 다른 유사한 장치를 지칭할 수 있다. 바람직한 렌즈는 실리콘 하이드로겔 및 플루오로하이드로겔을 포함하지만 이로 제한되지 않는 하이드로겔 또는 실리콘 탄성중합체로부터 제조된 소프트 콘택트 렌즈이다.
금형: 비경화된 제형으로부터 렌즈를 형성하기 위해 사용될 수 있는 강성 또는 반-강성 물체를 지칭한다. 일부 바람직한 금형은 전방 곡선 금형 부분품 및 후방 곡선 금형 부분품을 형성하는 2개의 금형 부분품을 포함한다.
동력: 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 단위 시간당 행한 일 또는 전달된 에너지를 지칭한다.
링 세그먼트: 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 완전 링을 구성하도록 다른 다이와 조합될 수 있는 하나의 다이를 지칭한다. 이러한 설명에 사용되는 바와 같이, 링 세그먼트는 일반적으로 편평하며, 아치 형상으로 형성된다.
적층된: 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 적어도 2개의 구성요소 층을 서로 근접하게 배치하여 층들 중 하나의 일 표면의 적어도 일부분이 제2 층의 제1 표면과 접촉하게 하는 것을 의미한다. 필름이 접착을 위해서든 다른 기능을 위해서든 간에 상기 필름을 통해 서로 접촉하는 2개의 층 사이에 존재할 수 있다.
기재 삽입물: 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 에너지 공급원을 안과용 렌즈 내에서 지지할 수 있는 성형성 또는 강성 기재를 지칭한다. 일부 예에서, 기재 삽입물은 또한 하나 이상의 구성요소를 지지한다.
웨이퍼: 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 집적 회로 및 다른 마이크로장치의 제조에 사용되는, 규소 결정과 같은 반도체 재료의 얇은 슬라이스(slice)를 지칭한다. 웨이퍼는 웨이퍼 내에 그리고 웨이퍼 위에 구성되는 마이크로전자 장치를 위한 기재로서 역할하며, 많은 마이크로제조 공정 단계를 거친다.
장치
이제 도 1을 참조하면, 기능화된 층 삽입물(110)로서 형성된 적층된 층 기재 삽입물을 사용하여 완전하게 형성된 안과용 렌즈의 3차원 표현이 항목 100으로 예시되어 있다. 이 표현은 장치 내측에 존재하는 상이한 층들을 구체화하기 위해 안과용 렌즈를 부분 절결된 상태로 도시한다. 본체 재료(120)가 기재 삽입물의 층들을 캡슐화하는 층의 단면으로 도시되어 있다. 본체 재료(120)는 안과용 렌즈의 전체 원주 내에 완전하게 포함되고 그 둘레로 연장한다. 실제 기능화 층 삽입물(110)은 전형적인 안과용 렌즈의 크기 제한 내에 여전히 속할 수 있는 완전 환상 링 또는 다른 형상을 포함할 수 있다.
층들(130, 131, 132)은 기능화된 층 삽입물(110)에서 발견될 수 있는 다양한 층들 중 3개를 예시한다. 단일 층이 특정 목적에 도움이 되는 구조적, 전기적 또는 물리적 특성을 가진 부분들과 능동형 및 수동형 구성요소들 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
층(130)은 예를 들어 층(130) 내의 배터리, 커패시터 및 수신기 중 하나 이상과 같은 동력화 공급원을 포함할 수 있다. 그러면, 항목 131은, 비제한적인 예시적인 관점에서, 능동형 렌즈 삽입물(140)을 위한 작동 신호를 검출하는 층 내의 마이크로회로를 포함할 수 있다. 외부 공급원으로부터 전력을 수신할 수 있고, 배터리 층(130)을 충전할 수 있으며, 렌즈가 충전 환경에 있지 않을 때 층(130)으로부터의 배터리 전력의 사용을 제어할 수 있는 전력 조정 층(power regulation layer)(132)이 포함될 수 있다. 전력 조정 층(132)은 또한 기능화된 층 삽입물(110)의 중심 환상 절결부 내의 예시적인 능동형 렌즈 삽입물(140)로의 신호를 제어할 수 있다.
일반적으로, 기능화된 층 삽입물(110)은 에너지 공급원을 렌즈를 형성하는 데 사용되는 금형 부분품에 대한 원하는 위치로 배치하는 자동화 장치(automation)를 통해 안과용 렌즈 내에 구현된다.
기능화된 층 삽입물(110) 내에 130, 131 및 132와 같은 층을 형성하는 데 사용될 수 있는 다이의 크기, 형상, 및 적층 구조는 도 2, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 몇몇 인자에 의해 영향을 받는다.
도 2는 기능화된 층 삽입물의 설계에 대한 렌즈 형상의 영향을 예시한다. 안과용 렌즈의 기부 곡선, 직경, 및 두께가 포함되는 기능화된 층 삽입물의 최대 크기 및 형상을 한정한다. 도 2는 일례로서, 상이한 기부 곡선들의 영향을 도시한다. 항목 200A는, 더 편평한 항목 200B로 도시된 안과용 렌즈(205B)보다 큰 곡률을 가진 안과용 렌즈(205A)의 일부분의 단면도를 도시한다. 더 편평한 렌즈(205B)는, 더 큰 기부 곡률을 가진 렌즈(205A) 내에 맞춰지는 기능화된 층 삽입물(201A)의 더 좁은 폭(202A)과 비교할 때, 더 큰 폭(202B)의 기능화된 층 삽입물(201B)을 수용할 수 있다. 더 작은 직경의 렌즈(203A가 렌즈 직경을 나타냄)가 기능화된 층 삽입물의 폭을 제한할 것인 반면에, 더 큰 직경을 가진 렌즈는 더 넓은 기능화된 층 삽입물을 수용할 것임이 명백할 것이다. 유사하게, 더 작은 두께의 렌즈(204A가 렌즈 두께를 나타냄)가 기능화된 층 삽입물 내의 층들의 수 및 기능화된 층 삽입물의 폭을 제한할 것인 반면에, 더 두꺼운 렌즈가 더 많은 층들 및 더 큰 폭의 층들을 지지할 수도 있다.
도 3은 기능화된 층 삽입물의 설계에 대한 캡슐화 파라미터의 영향을 예시한다. 비제한적인 예로서, 다이의 에지와 렌즈의 외부 에지 사이에서 최소 100 마이크로미터 두께를 유지하는 것과 같은 캡슐화 파라미터는 기능화된 층 삽입물의 크기 및 형상, 그리고 그에 따라 개별 층들의 크기 및 형상에 영향을 준다. 항목 300A는 기능화된 층 삽입물(301A) 및 캡슐화 경계부(303A)를 가진 안과용 렌즈(305A)의 일부분의 단면도를 도시한다. 항목 300B에 도시된 안과용 렌즈(305B)는 기능화된 층 삽입물(301B), 및 더 좁은 경계부(303A)와 비교할 때 상대적으로 더 넓은 캡슐화 경계부(303B)를 포함한다. 더 넓은 캡슐화 경계부(303B)는, 폭(302A)을 가진 기능화된 층 삽입물(301A)과 비교할 때, 기능화된 층 삽입물(301B)의 폭(302B)이 더 좁을 것을 필요로 함을 알 수 있다.
기능화된 층 삽입물의 설계에 대한 기능성 층 두께의 영향이 도 4에 도시되어 있다. 항목 400A는 예를 들어 기능성 층들 사이의 절연 층들과 같은 재료를 가진 3개의 층을 포함하는 기능화된 층 삽입물(401A)을 가진 안과용 렌즈(405A)의 일부분의 단면도를 나타낸다. 기능화된 층 삽입물은 3개보다 많거나 적은 층을 포함할 수 있다. 항목 400B에 도시된 안과용 렌즈(405B)는, 더 얇은 기능화된 층 삽입물(401A) 내의 층들(402A)과 비교할 때, 상대적으로 더 두꺼운 층들(402B)을 가진 기능화된 층 삽입물(401B)을 포함한다. 이들 2가지 예에서의 렌즈 곡률은 하부 층들(402A, 402B)의 폭이 동일하게 유지되는 것을 허용한다. 그러나, 401A와 비교할 때 증가된 기능화된 층 삽입물(401B)의 높이는 렌즈 곡률과 조합되어, 상부 층(402A)의 폭이 제한되게 한다는 것을 알 수 있다. 각각의 기능성 층의 두께는 요구되는 렌즈 및 캡슐화 파라미터 내에 맞춰질 기능성 층 폭과 같은 다른 치수에 영향을 준다. 기능화된 층 삽입물 내의 더 두꺼운 층들은 렌즈 기하학적 형상의 한계 내에서 유지되도록 폭과 같은 다른 치수에서 더 제한될 것이다.
링 세그먼트 설계
본 명세서에 도시된 예들에서, 기능화된 층 삽입물 내의 각각의 층은 온전한 링형 다이로 또는 다수의 링 세그먼트로 형성된 링의 형상이다. 링들 또는 링 세그먼트들은 웨이퍼들 상에 제조되며, 웨이퍼들로부터 링들 또는 링 세그먼트들이 후속하여 절단된다. 링 세그먼트들은 도 5 내지 도 8에 예시되는 바와 같이, 완전 링들보다 훨씬 더 효율적인 웨이퍼 재료의 사용을 가능하게 한다. 따라서, 온전한 링을 생성할지 다수의 링 세그먼트로 구성된 링을 생성할지의 결정은 부분적으로 다이 기재 및 제조 공정의 비용에 기초할 수 있다. 온전한 링들 대 다수의 링 세그먼트들 간의 결정에서의 다른 인자들은 기능화된 층 삽입물 내의 특정 층에 대해 수행될 기능 및 하나 이상의 온전한 링이 기능화된 층 삽입물 내에 포함될 때 제공되는 구조적 안정성의 이점을 포함한다. 완전 링을 필요로 할 수 있는 기능의 일례는 다이의 전체 원주 둘레에 위치되는 무선 주파수 안테나(radio frequency antenna)이다. 다른 예는 그 아래의 링 세그먼트들과 그 위의 링 세그먼트들 사이의 신호의 경로를 설정하는 데 사용되는 상호접속 층이며, 여기서 접속부들은 기능화된 층 삽입물의 원주 둘레의 상이한 위치들에 걸쳐 있어야 한다.
다이 비용에 기여하는 인자들은 비제한적인 예로서, 기재 재료 및 단계들의 수의 비용 및 그에 따른 제조 공정과 연관되는 시간 비용을 포함할 수 있다. 상대적으로 최소한의 제조 단계들로, 예를 들어 세라믹 또는 캡톤과 같은 저렴한 기재 상에 생성되는 다이는 완전 링과 같은 덜 효율적인 레이아웃으로 생성될 수 있다. 완전 링은 웨이퍼 재료의 상당한 낭비를 야기하지만, 낮은 비용의 재료 및 제조는 기능화된 층 삽입물 내의 일부 층에 대해 완전 링들의 생성을 실현가능하게 할 수 있다. 대안적으로, 많은 단계 및 세부 사항을 포함하는 상대적으로 더 복잡한 제조 활동으로, 예를 들어 규소와 같은 고가의 기재 상에 생성되는 다이는 단일 웨이퍼로부터 생성되는 링들의 수가 최적화되도록 다수의 링 세그먼트로 설계될 수 있다. 도 5 내지 도 8은 특정 링 세그먼트 설계가 링들의 포갬, 및 그에 따라 최적의 웨이퍼 이용을 위해 웨이퍼 상에 링 세그먼트들을 효율적으로 배열하는 능력을 상당하게 개선한다는 것을 보여줄 것이다.
웨이퍼 상의 다이 또는 링 세그먼트들의 레이아웃을 최적화할 때 다른 인자들이 고려된다. 예를 들어, 다이의 포토 에칭(photo etching)이, 제조 방법의 일부로서 필요한 경우, 웨이퍼 상의 직사각형 블록들 내에서 전형적으로 수행되는 공정이다. 포토 에칭이 요구될 때, 링 세그먼트들의 선형 레이아웃이 방사형 레이아웃보다 효율적이다. 웨이퍼 상의 다이 사이의 비-기능성 공간인 다이싱 스트리트 폭이 최적화 및 레이아웃에 영향을 준다. 다이싱 스트리트 폭은 예를 들어 제조 공정의 마지막에서 웨이퍼로부터 다이를 절단하는 데 사용되는 특정 기술 또는 공구에 의해 결정될 수 있다. 에지 오프셋(edge offset)이 다이 레이아웃에 영향을 주는 다른 파라미터이다. 에지 오프셋은 다이의 에지와 웨이퍼의 외부 에지 사이의 최소 거리이다.
웨이퍼 상의 링 세그먼트들의 레이아웃을 설계할 때, 각각의 개별 링 세그먼트의 형상은 웨이퍼 이용의 최적화에 상당한 영향을 준다. 링 세그먼트 설계는 3가지의 일반적인 카테고리로 그룹화될 수 있다: 호 정합 없음(도 5), 완전 호 정합(도 6), 및 부분 호 정합(도 7). 상이한 링 세그먼트 설계들이 기능화된 층 삽입물의 하나의 층 내에서뿐만 아니라, 기능화된 층 삽입물의 상이한 층들 내에서 조합될 수 있다.
이제 도 5를 참조하면, 상이한 내부 반경과 외부 반경으로 생성된 1/4 링 세그먼트들을 도시하는, 호 정합 없이 설계된 링 세그먼트들의 예가 도시되어 있다. 원(501)에 의해 한정되는 외부 반경은 원(502)에 의해 한정되는 내부 반경보다 크고, 따라서 외부 호(503)는 내부 호(504)보다 작은 곡률을 갖는다. 따라서, 링 세그먼트(505)는 상이한 내부 반경과 외부 반경을 갖는다. 항목 506은 링 세그먼트들(505)이 개별 다이 사이의 상당한 간극을 갖고서 효율적으로 포개지지 않아서, 웨이퍼 상에 다이를 생성할 때 낭비를 야기하는 것을 예시한다. 항목 507은 4개의 링 세그먼트(505)가 원형 내부 에지를 가진 완전 링을 생성하도록 조합될 수 있음을 보여준다.
이제 도 6을 참조하면, 동일한 내부 반경과 외부 반경으로 생성된 1/4 링 세그먼트들을 포함하는 완전 호 정합의 예가 도시되어 있다. 원(601)에 의해 한정되는 외부 반경은 원(602)에 의해 한정되는 내부 반경과 동일하며, 이는 링 세그먼트(605)의 형상을 한정하기 위해 크기가 감소된 것이 아니라 오프셋된 것이다. 따라서, 외부 호(603)와 내부 호(604)는 동일한 곡률을 갖는다. 링 세그먼트들(605)이 정확하게 포개져서, 웨이퍼로부터 개별 다이(605)를 절단하는 데 요구되는 다이싱 스트리트 폭을 단지 작게 남기는 것이 항목 606에 도시되어 있다. 이러한 설계는 웨이퍼 상에 다이를 생성할 때 낭비를 상당하게 최소화한다. 4개의 링 세그먼트(605)로 구성된 완전 링이 항목 607에 도시되어 있다. 완전 호 정합 설계가 단부들 상에서 약간 테이퍼진 다이(605)를 생성하기 때문에, 항목 607의 생성된 링의 내부 에지는 완벽하게 원형이 아니다.
이제 도 7을 참조하면, 3개의 곡률의 조합으로 생성되는 1/4 링 세그먼트들을 갖는 부분 호 정합 설계가 도시되어 있다. 항목 708은 링 세그먼트(705)의 형상을 한정하는 요소들의 확대도를 제공한다. 항목 708에서, 한정하는 형상이 더욱 명확하게 보여질 수 있도록 윤곽선이 링 세그먼트(705)로부터 제거되었다. 외부 호(703)의 곡률은 원(701)의 반경에 의해 결정된다. 내부 호(704)는 2개의 상이한 곡률로 구성된다. 점선으로 표시된 원(702)은 원(701)보다 작은 반경을 가지며, 내부 호(704)의 중심 부분(704A)을 한정한다. 쇄선으로 표시된 원(709)은 원(701)과 동일한 반경을 갖는다. 원(709)은 그것이 링 세그먼트(705)의 단부들을 향해 원(702)과 교차하도록 위치된다. 따라서, 원(709)은 내부 호(704)의 2개의 단부 부분(704B)의 곡률을 한정한다. 내부 호(704)에 대한 이러한 혼합적인 설계는 포갬 및 그에 따른 웨이퍼 상의 다이 레이아웃의 효율을 개선하기 위해 링 세그먼트(705)의 단부들 부근의 부분 호 정합을 포함하면서 다이 상의 이용가능한 유효 면적(active area)을 최대화한다. 항목 706은, 링 세그먼트들(705)의 설계에서 원들(701, 709)의 동일한 반경이 다이의 단부들에서 근접한 포갬 정렬을 제공하는, 링 세그먼트들(705)의 포갬을 도시한다. 항목 707은 4개의 링 세그먼트(705)로 구성된 완전 링을 도시한다. 다이(705)의 설계는 테이퍼진 단부들을 포함하여, 항목 707로 도시된, 완벽하게 원형이 아닌 내부 에지를 가진 링을 형성한다.
이제 도 8을 참조하면, 도 5 내지 도 7에서 기술된 링 세그먼트들의 비교가 도시되어 있다. 항목 801은 호 정합 없이 생성된 링 세그먼트들(505)의 포갬을 도시한다. 유사하게, 항목 802는 완전 호-정합된 링 세그먼트들(605)의 포갬을 도시하며, 항목 803은 부분 호-정합된 링 세그먼트들(705)의 포갬을 도시한다. 항목 802는 완전 호-정합된 링 세그먼트들(605)의 최적의 포갬을 명확하게 도시한다. 또한, 항목 803으로부터, 부분 호-정합된 링 세그먼트들(705)이 호 정합이 없는 링 세그먼트들(505)보다 효율적으로 포개지는 것이 분명하다.
항목 804는 완전하게 호-정합된 링 세그먼트(605)를 호 정합 없이 설계된 링 세그먼트(505)와 비교한다. 605를 505에 덮어씌울 때, 605는 테이퍼진 단부들을 가져서, 완전하게 호-정합된 다이(605) 상의 이용가능한 표면적이 감소하였음을 볼 수 있다. 완전 호 정합이 웨이퍼 상의 링 세그먼트들의 가장 효율적인 레이아웃을 지원하지만, 이는 각각의 링 세그먼트 상의 더 작은 표면적을 대가로 하여 그렇게 된다.
항목 805는 유사하게 부분적으로 호-정합된 링 세그먼트(705)를 호 정합 없이 설계된 링 세그먼트(505)와 비교한다. 705를 505에 덮어씌울 때, 705는 테이퍼진 단부들을 갖지만, 항목 804의 비교에서 보여지는 것보다 작다는 것이 역시 분명하다. 부분적으로 호-정합된 링 세그먼트(705) 상의 이용가능한 표면적은 호 정합이 없는 링 세그먼트(505)와 비교할 때 약간 감소된다.
마지막으로, 항목 806은 완전하게 호-정합된 링 세그먼트(605)를 부분적으로 호-정합된 링 세그먼트(705)와 비교한다. 둘 모두 테이퍼진 단부들을 갖지만, 605를 705에 덮어씌울 때, 부분적으로 호-정합된 링 세그먼트(705)가 약간 더 큰 표면적을 갖는 것으로 도시되어 있다. 부분 호 정합은 웨이퍼 상의 링 세그먼트들의 레이아웃에서 포갬을 개선하기 위해 링 세그먼트의 단부들 부근의 곡률을 조절하면서 링 세그먼트 상의 더 큰 표면적을 보존하는 혼합적인 해결책이다. 부분 호 정합은 비제한적인 예로서, 배터리를 위한 유효 면적이 희생되는 것이 아니라 링 세그먼트 단부들이 약간 좁아져서, 기능성에 영향을 주지 않고서 제조 효율을 개선하는 배터리 다이를 생성하는 데 사용될 수 있다.
안과용 렌즈 내로의 통합을 위해, 기능성 층 삽입물 내의 기능화된 층들을 구성하는 링들 및 링 세그먼트들에 대한 다양한 설계가 기술되어 있다. 층 삽입물은 온전한 완전 링들, 세그먼트화된 링들 또는 이 둘의 조합인 기재 층들을 포함할 수 있다. 세그먼트화된 링들은 호-정합된 및 호-정합되지 않는 아치형 세그먼트들을 포함할 수 있다.
결론
상기 개시 내용 및 이하의 특허청구범위는 안과용 렌즈 내로의 통합을 위해, 기능성 층 삽입물 내의 기능화된 층들을 구성하는 링들 및 링 세그먼트들에 대한 다양한 설계를 제공한다.

Claims (19)

  1. 안과용 렌즈를 위한 능동형 렌즈 삽입물(active lens insert)로서,
    전기적 및 논리적 기능성 중 하나 또는 둘 모두를 가진 기재 층(substrate layer)들로 조립되는 아치 형상의 링 세그먼트(arcuate shape ring segment)들로서, 상기 환상형(annular shaped) 기재 층들 각각의 크기, 형상 및 적층 구조는 상기 안과용 렌즈의 광학 구역 둘레의 두께에 기초하는, 상기 아치 형상의 링 세그먼트들; 및
    기재 층들 사이의 전기적 상호접속부들을 포함하며,
    상기 능동형 렌즈 삽입물은 성형된 안과용 렌즈의 본체 재료(body material) 내에서의 접합을 위해 하나 이상의 재료로 캡슐화되는, 능동형 렌즈 삽입물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 기재 기능성 층들은 절연 층들에 접착되어 적층된 특징부를 형성하는, 능동형 렌즈 삽입물.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 아치 형상의 링 세그먼트들은 웨이퍼(wafer)로부터 절단되는, 능동형 렌즈 삽입물.
  4. 제1항, 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 아치 형상의 링 세그먼트(들) 중 하나 이상은 하나의 또는 둘 모두 테이퍼진(tapered) 단부를 갖는, 능동형 렌즈 삽입물.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 아치형 링 세그먼트들은 호 정합된 섹션(arc matched section)들을 포함하는, 능동형 렌즈 삽입물.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 2개 이상의 아치형 링 세그먼트들이 완전 링(full ring)을 형성할 수 있는, 능동형 렌즈 삽입물.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 아치형 링 세그먼트들의 설계는 웨이퍼 최적화를 포함하는 인자들에 기초하는, 능동형 렌즈 삽입물.
  8. 제7항에 있어서, 상기 아치형 링 세그먼트들의 설계는 상기 능동형 렌즈 삽입물 내에서의 상기 링의 표면적 최대화에 추가로 기초하는, 능동형 렌즈 삽입물.
  9. 제1항에 있어서, 상기 아치형 링 세그먼트들은 호 정합되지 않은 세그먼트들인, 능동형 렌즈 삽입물.
  10. 제1항에 있어서, 상기 아치형 링 세그먼트들은 호 정합된 세그먼트들 및 호 정합되지 않은 세그먼트들 둘 모두를 포함하는, 능동형 렌즈 삽입물.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기재 층들은 상기 아치 형상의 링 세그먼트들 및 온전한 완전 링 세그먼트들로부터의 상기 조립된 링 기재 층들 둘 모두를 포함하는, 능동형 렌즈 삽입물.
  12. 제11항에 있어서, 상기 온전한 완전 링 기재 층은 안테나(antenna)로서 기능하는 금속성 층을 포함하는, 능동형 렌즈 삽입물.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 환상형 기재 층들 각각의 상기 크기, 형상 및 적층 구조는 안과용 렌즈의 기부 곡선(base curve)에 추가로 기초하는, 능동형 렌즈 삽입물.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 환상형 기재 층들 각각의 상기 크기, 형상 및 적층 구조는 안과용 렌즈의 직경에 의해 추가로 영향을 받는, 능동형 렌즈 삽입물.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 환상형 기재 층들 각각의 상기 크기, 형상 및 적층 구조는 상기 능동형 렌즈 삽입물의 캡슐화 파라미터(encapsulation parameter)에 의해 추가로 영향을 받는, 능동형 렌즈 삽입물.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기재 층들은 규소계 웨이퍼 층들을 포함하는, 능동형 렌즈 삽입물.
  17. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기재 층들은 세라믹계 웨이퍼 층들을 포함하는, 능동형 렌즈 삽입물.
  18. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기재 층들은 캡톤(Kapton)계 웨이퍼 층들을 포함하는, 능동형 렌즈 삽입물.
  19. 안과용 렌즈를 위한 능동형 렌즈 삽입물을 형성하는 방법으로서,
    아치 형상의 링 세그먼트들을 형성하는 단계;
    상기 아치 형상의 링 세그먼트들을 전기적 및 논리적 기능성 중 하나 또는 둘 모두를 가진 링 기재 층들로 조립하는 단계로서, 상기 환상형 기재 층들 각각의 크기, 형상 및 적층 구조는 상기 안과용 렌즈의 광학 구역 둘레의 두께에 기초하는, 상기 조립하는 단계;
    기재 층들 사이의 전기적 상호접속부들을 형성하는 단계; 및
    성형된 안과용 렌즈의 본체 재료 내에서의 접합을 위해 하나 이상의 재료로 상기 능동형 렌즈 삽입물을 캡슐화하는 단계를 포함하는, 방법.
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