201219024 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種視網膜刺激裝置及其製造方 法’特収有關於-種恢復因黃斑症所導致的^明之視 網膜刺激裝置及其製造方法。 【先前技術】 目前，常見的針對視網膜進行刺激的裝 利船，风836所揭露之裝置，係將多個電極單^言^ 於-支樓平面上，在利用接腳（pin)直接將此支樓平面 固定於鞏膜之上。而由於此習知技術由於纽完全貼合 眼球的曲度，造成不均勾刺激臨界值及部份電極需要: 相當^的電流對視網膜進行刺激，無法達到高解析 列’高效率’低功率之要求。 另外，習知的視網膜進行刺激裝置如美國 US7,035,692，也缺乏㈣光元件（CMQS )、軸裳 刺激電極整合的特點，造成刺激視網膜的效果不佳\ _因此，提供一個能夠符合眼球曲度，並又能整合 元件的視網膜刺激裴置，就顯的相當重要了。 σ 201219024 【發明内容】 有鑑於上述習知技藝之問題，本發明之目的就是在 提供-種視_刺激裝置料製造方法， 的曲度並整合各元件於可撓性封裝上，以解決習：= 膜刺激裝置耗能過大以致於損傷其他細胞的問題。 根據本發明之目的，提出—種視網膜刺激裝置， 含複數個晝素單元及一可撓性封裝。可撓性封裝係用以
承載晝素單元及電源模組，。各晝素單元係包含二光感 測器、-訊號處理及電驅動單元及—刺激電極。其中"; 光感測益係感應入射光並產生一感測訊號，冑號處理及 電驅動單元係接收並處理感測訊號而對應產生—電刺激 波形，而刺激電極係接收電刺激波形而 電流，用以刺激一視網膜細胞。 產生刺激 其中，視網膜刺激裝置係設置在一神經節細胞 (ganglion ceii)上，且光感測器與訊號處理及電驅動單 元係與刺激電極設置在一中間層之不同側。 其中，視網膜刺激裝置係設置在一神經節細胞 f ganglion cell)上，且光感測器與訊號處理及電驅動單 元係與刺激電極設置在一中間層之同一侧。 其中，視網膜刺激裝置係設置在一雙極細胞（bipolar cell )與一桿和視錐細胞（rods and cones )之間，且光 感測器與訊號處理及電驅動單元係與刺激電極設置在一 中間層之不同侧。 其中’視網膜刺激裝置係設置在一雙極細胞（bipolar 201219024 cell)與一桿和視錐細胞（r〇ds and cones)之間，且光 感測Is與§fl7虎處理及電驅動早元係與刺激電極設置在·一 中間層之同一側。 其中，視網膜刺激裝置更包含一電源模組連接該晝 素單元，而電源模組係經由無線充電後提供晝素單元電 力。 其中，各晝素單元之間係設有一交換孔（perf〇rati〇n hole )’用以在視網膜刺激裝置的上下兩側流通氣體或組 織液。 其t，各訊號處理及電驅動單元係以一導線彼此電 性連接用以父換各感測訊號以進行背景光強度調整。 其中，各刺激電極係具有一防護環（guardring)設 於各刺激電極下，用以區域性刺激視網膜細胞。 其中，各訊5虎處理及電驅動單元更包含一感測電 路’感測，路係偵測視網膜細胞的型態，且各訊號處理 及電驅動單兀係根據視網膜細胞的型態控制刺激電極刺 激視網膜細胞。 其中’刺激電極係為凸出的傘狀。 凸出部係不 其中，各凸出傘狀的刺激電極之複數個 在同一平面上。 其中’視網膜刺激裝置更包含—遙控裝置，遙控裝 ^無線通訊的方式連接畫素單元，並對 仃延距控制。 201219024 其中，遙控裝置以無線通訊的方式連 ^光通訊、射頻通訊或無線電通訊的方 /、中，可撓性封裝係為一生物相容材料。 其中，生物相容材料係包含聚酰亞胺、 聚二甲基錢院（PDMS)或對二甲苯（pa咖〇。 ，、根據本發明之目的’另提出一種視網膜刺激裝置之 製造方法’其包含提供—基板，並於基板上整合複數個 汛唬處理及電驅動單元、複數個光感測器以及複數個刺 激電極以形成複數個畫素單元。接著於刺激電極上設置 -導電層’並於晝素單元上的其他區域設置一第一障礙 層再於帛障礙層上設置一第一生物相容材料層，並 設置-第-握持基板於第—障礙層上。之後去除基板， 並露出訊號處理及電驅動單元及光感測器，再設置一第 二障礙，於露出的訊號處理及電驅動單元及光感測器 上。接著於各畫素單元間設置複數個交換孔後，設置一 第二生物相容材料層於第二障礙層上，且第一生物相容 材料層與第二生物相容材料層係包覆各晝素單元。之後 便设置一第二握持基板於第二生物相容材料層上，並去 除部分的第一生物相容材料層以露出刺激電極上的導電 層’最後則去除第二握持基板。 其中，本方法更包含於各訊號處理及電驅動單元間 設置一導線以彼此電性連接，用以交換各感測訊號以進 行背景光強度調整。 201219024 其中，本方法更包含設置一電源模組連接晝素單 元，用以充電後提供晝素單元電力。 其中’光感測器係感應入射光並產生一感測訊號， 訊號處理及電驅動單元係接收並處理感測訊號而對應產 生一電刺激波形’而刺激電極係接收電刺激波形而對應 產生一刺激電流，用以刺激一視網膜細胞。 其中，本方法更包含於各刺激電極下設置一防護環 (guard ring )’用以區域性刺激各視網膜細胞。 其中，本方法更包含於各訊號處理及電驅動單元中 设置一感測電路，用以偵測視網膜細胞的型態，且各訊 號處理及電驅動單元係根據視網膜細胞的型態控制刺激 電極刺激視網膜細胞。 其中，刺激電極係為凸出的傘狀。 其中，各凸出傘狀的刺激電極之複數個凸出部係不 在同一平面上。 其中，本方法更包含設置一遙控裝置以無線通訊的 式連接晝素單元’並對晝素單元進行遠距控制。 其中，遙控裝置以無線通訊的方式連接該晝素單元 :::以光通訊、射頻通訊或無線電通訊的方式進行無 & 中第一生物相容材料層及第二生物相容材料 係為一可撓性材料。 付層 其中’可撓性材料係包含聚酰亞胺（p〇lyimide) _ 201219024 曱基矽氧烷（PDMS)或對二曱苯（parylene)。 其中，第一障礙層及第二障礙層係為碳化矽（siC) 或類鑽碳薄膜（DLC Film)。 承上所述，依本發明之視網膜刺激裴置及其製造方 法，其可具有一或多個下述優點： (1) 此視網膜刺激裝置及其製造方法可藉由在可撓式 基板上浮貼眼球，藉此可降低刺激視網膜的電流，避免 Φ 細胞之毀損。 (2) 此視網膜刺激裝置及其製造方法可藉由整合光感 測器、驅動裝置與刺激電極於一個晝素單元，藉二可解 決感測及刺激效果不佳的問題。 【實施方式】 凊參閱第1圖，其係為本發明之視網膜刺激裝置之 製造方法之流程圖。如第1圖所示，本發明之視網膜刺 # 激裝置之製造方法包含下列步驟： (510) 提供一基板，並於基板上整合複數個訊號處 理及電驅動單元、複數個光感測器以及複數個刺激電極 以形成複數個晝素單元； (511) 於刺激電極上設置一導電層，並於畫素單元 上的其他區域设置一第一障礙層，再於第一障礙層上設 置一第一生物相容材料層； (512) 設置一第一握持基板於第一障礙層上； 201219024 (513) 去除基板，並露出訊號處理及電驅動單元及 光感測器； (514) 5又置一第二障礙層於露出的訊號處理及電驅 動單元及光感測器上； (515) 於各晝素單元間設置複數個交換孔； (516) D又置一第二生物相容材料層於第二障礙層 上，且第一生物相容材料層與第二生物相容材料層係包 覆各畫素單元； (517) δ又置一第二握持基板於第二生物相容材料層 上； (s 18 )去除部分的第一生物相容材料層以露出刺激 電極上的導電層；以及 (S19)去除第二握持基板。 請同時參閱第2A〜2E圖，其係為本發明之視網膜 刺激裝置之製造方法之實施示意圖。如圖所示，在步驟 (I10)中，係於基板1〇上整合複數個訊號處理及電驅 動單元201複數個光感測器200以及複數個刺激電極 2〇2以形成複數個晝素單元2〇。本步驟係可在矽晶圓（基 板ίο)上，以標準的或是些微修改的半導體CM〇s製程 製作，或以CMOS影像感測器（CIS)的製程進行:在 —些較佳的實施例中，光感測器係可為但不限於pN Junction或是適度的進行掺雜製程。其中，該些刺激電 極202上係可但不限於進一步覆蓋一鈦鎳合金，且該些 刺激電極202最後是暴露在外的。 - 201219024 在步驟（S11)中，於刺激電極2〇2上 # 2或氧化鐵（Fe〇X)等，用以提供較佳的刺激電 ^ 〃第一生物相容材料層30之間的介面關係。其
^第生物相容材料層3〇及第二生物相容材料層31 係可為但不限於聚酰亞胺（p〇lyimide)、聚二曱基矽氧烷 一(PDMS )或是對二甲苯（州咖⑽）等。另外，晝素單 το 20上的其他區域所設置的第一障礙層32以及第二障 礙層33得、可為但不限於碳化石夕（沉）或類鑽碳薄膜 (DLC Film)等，而刺激電極2〇2的上方則可以半導體 微影蝕刻製程開洞後進行覆蓋導電層2〇3。 於步驟（S12)中所設置的第一握持基板n係用於 在^驟（S13)時’供手持或機台夾持以進行基板1〇的 減薄及去除，該些減薄及去除的製程係可結合研磨製程 及蝕刻製程，但不限於此。其中，基板1〇也可以不進行 去除，而僅僅是減薄到光感測器2〇〇可以感受到光的程 度的厚度即可，這大約是幾十個微米，而在這個厚度下， 整個基板10便是可撓曲的狀態。 在設置第二障礙層33於露出的訊號處理及電驅動 單元201及光感測器202上之後，隨即在各晝素單元2〇 間設置複數個交換孔205，該些交換孔205係用以使人 體中的組織液能夠流通視網膜刺激裝置的兩側，其製作 方法係可以微影蝕刻等製程進行開孔。在第二生物相容 材料層31覆蓋上去之後，也同樣進行開通交換孔2〇5 的製程’如此一來，整個晝素單元2〇便會被包覆在第一 201219024 及第二生物相容材料層之中，僅留下交換孔205暴露在 外以交換組織液。 另外，在步驟（S17)中，於第二生物相容材料層 3,1上所β又置的第一握持基板12係用於在步驟（$ 18 )中 當去除部分的第一生物相容材料層3〇時，供手持貨機台 夾持整個視網臈刺激裝置使用，以露出刺激電極2〇2上 的導電層203，如此才能對視網膜細胞進行刺激。由於 最後的第一生物相容材料層30及第二生物相容材料層 31的總和厚度極低，故整體的視網膜刺激裝置的厚度也 _ 相當的低（約30μιη )，故可以穿透光線。 凊參閱第3 Α圖’其係為本發明之視網膜刺激裝置之 示意圖。如圖所示，本發明之視網膜刺激裝置5包含一晝 素陣列2、一電源模組50及一可撓性封裝51。可撓性封 裝51 ’其厚度較佳但不限於3〇μηι，係用以承載及覆蓋 畫素陣列2及電源模組50，電源模組50則經由無線充 電後提供晝素陣列2電力。晝素陣列2係包含複數個晝 素單元20，其厚度較佳但不限於ι〇μιη，而各晝素單元 _ 20包含一光感測器200、一訊號處理及電驅動單元2〇1 及一刺激電極202。其中，光感測器200係感應入射光 並產生一感測訊號，訊號處理及電驅動單元201係接收 並處理感測訊號而對應產生一電刺激波形，而刺激電極 202係接收電刺激波形而對應產生一刺激電流，用以刺 激一視網膜細胞。 其中，如第3Β圖所示，訊號處理及電驅動單元201 12 201219024 中更可包含一感測電路2010，感測電路2〇1〇較佳可連 結至該刺激電極202或可單獨偵測視網膜細胞的型態， 且各訊號處理及電驅動單元201係根據視網膜細胞的型 態控制刺激電極202刺激視網膜細胞。在較佳的實施例 中，感測電路2010係於一校正模式中感測視網膜細胞的 反應時間，以決定該視網膜細胞是為開細胞（〇Nc：ell) ，是關細胞（0FF Cell)的型態。而訊號處理及電驅動 單元201更根據前述的視網膜細胞的反應時間，來決定 其所對應的特定之刺激電極202對該視網膜細胞的刺激 模式。 另外，如第4A圖及第4B圖所示，各刺激電極下方 周圍更可设置有一防護環（guard ring )2〇2〇，防護環2020 係為一個區域參考電極，用以提供做為電流回流路徑（在 電流驅動模式下）’或做為電場返回路徑（在電壓驅動模 式下）。該些防護環2020係用以提供刺激電流或電場之 通路，使得該些刺激電流不會刺激到離刺激電極較遠的 細胞，進而達到區域性地刺激眼睛細胞，保護其餘細胞 的目的。 請參閱第5A圖及第5B圖，其係為本發明之上視網 膜之視網膜刺激裝置之第一實施例及第二實施例之示意 圖。如圖所示，本實施例係為本發明之視網膜刺激裝置5 之其中一種態樣，稱為上視網膜（epi_retina)之視網膜 刺激裝置，其係以刺激電極202連接視網膜之神經節細 胞ό ( ganglion cell )，且光感測器200及訊號處理及電 驅動單元201與刺激電極202係位於中間層1之相對面 13 201219024 或同-面上’此中間層i較佳可為—氧化層如氧化石夕 (si〇2)等。在第一實施例中’中間層i之一面上依序 設有刺激電極202、導電層203 (較佳為鋁）以及選擇性 地可以設有組織膠204,❿另一面則設有光感測器· 及訊號處理及電驅動單元201 ;而在第二實施例中，中 間層1上則設有光感測器200、訊號處理及電驅動單元 201及刺激電極202 ’刺激電極202上更選擇性的可設有 組織膠204 ’中間層1旁則設置有導電層2〇3(較佳為鋁） 以及交換孔205。如此配置的好處在於，可以從視網膜刺 激裝置5的背側面以較大的面積（全面積）接收光線。光感 測器200可以設置在刺激電極202之下，但是不能覆蓋 過訊號處理及電驅動單元201。 另請參閱第5C圖及第5D圖，其係為本發明之下視 網膜之視網膜刺激裝置之第一實施例及第二實施例之示意 圖。如圖所示，本貫施例係為本發明之視網膜刺激裝置5 之另外種態樣，稱為下視網膜（sub-retina )之視網膜 刺激裝置，其係以刺激電極202連接視網膜之雙極細胞 7 (bipolar cell)。本下視網臈之視網膜刺激裝置之態樣 與上視網膜之態樣的不同處係在於下視網膜之態樣的視 網膜刺激裝置係设置在雙極細胞（bip〇iar ceii ) 7與桿和 視錐細胞（rods and cones) 9之間，其光感測器200及 訊號處理及電驅動單元2〇1與刺激電極202係可位於中 間層1之同側面或不同面上，與上視網膜（epi_retina) 之視網膜刺激裝置相同。另外，防護環係以不阻擋光線 入射光感測器200的方式設置，此交換孔2〇5係用以提 201219024 i、個通道供人體的體液或氣體如氧氣等，^:曰H # 網膜刺激裝置的兩侧之間产㉟4在曰日片或視 网側i間〃,L通，增加人體對本裝置之適 應性。 夕明參考第6圖’其係為本發明之視網膜刺激裝置以 夕片組裝之示意圖。如圖所示，當眼球的曲率太大超過 可撓性封裝的f曲度時’則可以適當劃分多個晝素單元 成為一六角型的視網膜刺激裝置，並將多個六角型的視 網膜刺激裝置組合，以符合眼球的曲度。以多個六角型 的視網膜刺激裝置組合的另一個好處更在於，六角型的 視網膜刺激裝置接合的邊界即產生體液的交換通道，即 交換孔205,有利於體液或氣體如氧氣等的流動與交換。 再凊參考第7圖，其係為本發明之視網膜刺激裝置 之刺激電流對視網膜刺激裝置與視網膜之距離的關係 圖。如圖所示，橫軸係為視網膜刺激裝置與視網膜之距 離，而縱軸則為視網膜刺激裝置之刺激電流。由於本發 明採用可撓式基板，故其可以服貼於眼球表面，進而有 效減少視網膜刺激裝置與視網膜之間的距離。因此，本 發明之視網膜刺激裝置即可以有效的降低刺激電流，進 而保護各細胞。 請參考第8A圖，其係為本發明之上視網膜之視網 膜刺激裝置之第二實施例之第一示意圖。如圖所示，本 發明之上視網膜之視網膜刺激裝置5包含可撓性封裴 51、晝素單元20、中間層1、第一生物相容材料層3〇、 I1早礙層32以及刺激電極202。如圖所示，本實施例之特 15 201219024 點在於，晝素單元20的同平面中並不包含刺激電極 202」而刺激電極2〇2係呈現豐立的傘狀用以刺激各個神 經節細胞6，該些傘狀的刺激電極2〇2包含一凸起部 2021因此，在刺激電極202下所拉的訊號導線便不會 直^神經節細胞6接觸而產生輕合或誤刺激的情況。 =月參考第8B ’其係為本發明之上視網膜之視網膜 刺激裝置之第三實施例之第二示意圖。如圖所示，本實 ==8A圖所揭露的實施例的差異在於，各個刺激 ，極202的凸起部則可在不同的平面上。本實施例因 = = 刺激局部甚至單個神經節細胞6，達到精 確還原所感測到的光訊號而產生正確晝面的效果。 電驅^ :考^ 9A及9B圖，其係為本發明之訊號處理及 第，^^ 景光線亮度調整之示意及電路圖。如 = 係示意畫素陣列中的-部份，包含 各個書二::广21、22、23、24。在本實施例中， 交換t可以進行資料交換的，其資料 乂換的方式係以導線206 4接不 接，如第9Γϋΐώί·_ ^ 町直常早兀進灯連 罝-1 圖所不。以中央的畫素單元20為例，佥音 早凡2〇可以接受其他畫素單元2 為^旦素 資料，並進行如第9B圖的處理而2炎2的感光 膜細胞，而丨咎& h ώ 向輸出電流來刺激視網 〜24的平均值與 二係以：素 度的绸整=提二=號進行流通以進行背景亮 注意的是，：析度以及辨識率，导 U早㈣安排並不限於方形的，也可 201219024 以是六角形或是其他緊密相鄰的晝素單元的圖樣。 。月參考第10 A圖，其係為本發明之上視網膜之視網 膜刺激裝置之第四實施例之示意圖。如圖所示，本發明 之上視網膜之視網膜刺激裝置5包含了畫素單元2〇及刺 激電極202。其中刺激電極202係面對神經節細胞6 (ganglion cell )用以刺激該細胞。在神經節細胞6下尚 有神經網路8( neural networks)以及桿和視錐細胞9( r〇ds and cones)等。其中神經網路8包含了各種細胞如雙極 參細胞等。在正常的人眼結構中，光入射後即一路通過上 述的神經節細胞6、神經網路8以及桿和視錐細胞9並 獲得感應後回傳至神經節細胞6 ;然而，某些視網膜退 化的病患其神經網路8可能已產生衰退，桿和視錐細胞 9可能已經壞死，因此本發明之上視網膜之視網膜刺激 裝置5便是在接收到入射光之後隨即產生刺激訊號刺激 神經節細胞6來產生視覺，而又因為本發明採用非常輕 薄的軟性基板，故可以完整的服貼在神經節細胞6上， • 有效的降低產生刺激訊號所需要的功率，而又因為非常 輕薄的關係，光線是可以穿透視網膜刺激裝置5的，也 因此可以設置在神經節細胞6上，而不用侷限僅只能設 置在桿和視錐細胞9下方。另外，如第10B圖所示，本 發明另外可包含一個遙控裝置52用以接收由人體的大 腦皮質層13所發出的回饋控制訊號，並根據此些回饋遙 控或調整各個晝素單元20，以精確地微調各個刺激電極 202刺激視網膜的功率（即亮度的調整），達到更正確的 顯示效果。另外，遙控裝置52係可以但不限於光通訊、 17 201219024 射頻通訊或無線電通訊的方式與畫素單元20及人體的 大腦皮質層13進行無線連接。 本發明之視網膜刺激裝置藉由可撓式基板配合眼球 的曲度，進而降低刺激視網膜的電流，避免細胞之毁損. 且成功整合光感測器、驅動裝置與刺激電極於一個佥、 單元，解決感測及刺激效果不佳的問題。 一’、 以上所述僅為舉例性’而非為限制性者。 離本發明之精神與範疇，而對其進行之等:任何未脫 更，均應包含於後附之申請專利範圍中。效修改或變 201219024 【圖式簡單說明】 第1圖係為本發明之視網膜刺激裝置之製造方法之流 程圖； 第2A〜2E圖係為本發明之視網膜刺激裝置之製造方法 之實施示意圖； 第3A圖係為本發明之視網膜刺激裝置之示意圖； 第3B圖係為本發明之晝素單元之實施例示意圖； • 第4A圖係為本發明之視網膜刺激裝置之防護環之示意 圖； 第4B圖係為本發明之視網膜刺激裝置之防護環之戴面 示意圖； 第5A圖係為本發明之上視網膜之視網膜刺激裝置之第 一實施例之示意圖； 第5B圖係為本發明之上視網膜之視網膜刺激裝置之第 二實施例之示意圖； 第5C圖係為本發明之下視網膜之視網膜刺激裝置之第 一實施例之示意圖； 第5D圖係為本發明之下視網膜之視網膜刺激裝置之第 二實施例之示意圖； 第6圖係為本發明之視網膜刺激裝置以多片組裝之示 意圖；以及 第7圖係為本發明之視網膜刺激裝置之刺激電流對視 網膜刺激裝置與視網膜之距離的關係圖； 201219024 第8A圖係、為本發明之上視網膜之視網關激裝置之第 二實施例之第一示意圖； 第8B圖係為本發明之上視賴之視網關激裝置之第 二貫施例之第二示意圖，· 第9A圖係為本發明之訊號處理及電驅動單元進行背景 光線党度調整之示意圖； 第9B圖係為本發明之訊號處理及電驅動單元進行背景 光線亮度調整之電路圖； 第9C圖係為本發明之訊號處理及電驅動單元進行背景 減噪之實施例示意圖； 第10A圖係為本發明之上視網膜之視網膜刺激裝置之 第四實施例之示意圖；以及 第10B圖係為本發明之上視網膜之視網膜刺激裝置之 第五實施例之示意圖。
20 201219024 【主要元件符號說明】 1 :中間層； 10 :基板； 11 :第一握持基板； 12 :第二握持基板； 2 :晝素陣列； 20〜24 :晝素單元； 200 :光感測器； • 201 :訊號處理及電驅動單元； 2010 :感測電路； 202 :刺激電極； 2020 :防護環； 2021 :凸起部； 203 :導電層； 204 :組織膠； 205 :交換孔； • 206 :導線； 30 :第一生物相容材料層； 31 :第二生物相容材料層； 32 :第一障礙層； 33 :第二障礙層； 5:視網膜刺激裝置； 50 :電源模組； 51 :可撓性封裝； 52 :遙控裝置； 21 201219024 6 :神經節細胞； 7 :雙極細胞； 8 :神經網路； 9:桿和視錐細胞； 13 :大腦皮質層；以及 S10〜S19 :步驟。
22