ОФТАЛЬМОЛОГИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО С ТОНКОПЛЕНОЧНЫМИ НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИМИ ИНТЕГРАЛЬНЫМИ ЦЕПЯМИ НА ОФТАЛЬМОЛОГИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВАХ Российский патент 2017 года по МПК G02C7/04 A61F2/16 B82B1/00 

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

В настоящем изобретении описаны способы и аппарат, предназначенные для формирования устройства, в котором на компонентах вкладыша офтальмологического устройства сформированы устройства с тонкопленочными нанокристаллическими транзисторами и интегральными цепями. В некоторых вариантах осуществления способы и аппарат для формирования устройств с тонкопленочными нанокристаллическими интегральными цепями в пределах офтальмологических устройств относятся к упомянутому формированию на поверхностях, которые образуются на подложках, имеющих трехмерную форму. В некоторых вариантах осуществления область применения способов и аппарата может включать в себя офтальмологические устройства, в которые встроены элементы питания, вкладыши и устройства с тонкопленочными нанокристаллическими интегральными цепями.

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Офтальмологическое устройство, такое как контактная линза, интраокулярная линза или пробка для слезной точки, традиционно представляет собой биосовместимое устройство с корректирующими, косметическими или терапевтическими свойствами. Например, контактная линза может выполнять одно или более из коррекции зрения, косметической коррекции и применения в терапевтических целях. Каждая функция обеспечивается физической характеристикой линзы. Конфигурация линзы с учетом светопреломляющего свойства позволяет выполнять коррекцию зрения. Внедрение в линзу пигментов позволяет выполнять косметическую коррекцию. Внедрение в линзу активного средства позволяет использовать линзу в терапевтических целях. Такие физические характеристики обеспечиваются без запитывания линзы энергией. Традиционно пробка для слезной точки является пассивным устройством.

В последнее время в контактную линзу включают активные компоненты. Некоторые компоненты могут включать в себя, например, полупроводниковые устройства. Описано несколько примеров контактной линзы со встроенными полупроводниковыми устройствами, помещенной на глаза животного. Также описана возможность запитывания энергией и активации активных компонентов несколькими способами в пределах структуры самой линзы. Топология и размер пространства, доступного в пределах структуры линзы, создает новые сложные условия для реализации различных функциональных возможностей линзы. Во многих вариантах осуществления важно обеспечить надежные, компактные и экономичные средства обеспечения питания компонентов в пределах офтальмологического устройства. В некоторых вариантах осуществления эти элементы питания могут включать в себя аккумуляторы, которые также можно сформировать из «щелочных» химических элементов. К этим элементам питания могут присоединяться другие компоненты, которые используют их электрическую энергию. В некоторых вариантах осуществления эти другие компоненты могут включать в себя транзисторы, которые выступают в качестве цепей. Может быть полезно и возможно включать устройства с тонкопленочными нанокристаллическими интегральными цепями в такие устройства.

ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Соответственно, настоящее изобретение включает в себя активное офтальмологическое устройство, содержащее первый вкладыш-субстрат трехмерной формы, причем первый вкладыш-субстрат содержит первый элемент питания вблизи первой проводящей дорожки, причем близость дает возможность первому элементу питания находиться в электрическом соединении с первым тонкопленочным транзистором, содержащим первый слой тонкопленочного нанокристаллического транзисторного устройства; и гидрогелевый материал, при этом гидрогелевый материал может быть способен окружать или герметизировать первый вкладыш-субстрат.

В некоторых вариантах осуществления первая проводящая дорожка может содержать прозрачный электрод, включающий в себя, например, оксид индия и олова. Первый элемент питания может содержать множество электрохимических элементов, причем электрохимические элементы могут быть соединены по меньшей мере частично последовательно. Первый тонкопленочный транзистор может содержать нанокристаллический слой n-типа, включающий в себя, например, нанокристаллы селенида кадмия (Cd Se). Первый тонкопленочный транзистор может альтернативно содержать нанокристаллический слой p-типа, включающий в себя, например, селенид меди.

Вкладыш-субстрат, герметизированный в офтальмологическое устройство, может дополнительно содержать второй тонкопленочный транзистор, содержащий второй нанокристаллический слой, причем второй тонкопленочный транзистор может находиться в электрическом соединении с первым элементом питания. Аналогично первому тонкопленочному транзистору в некоторых вариантах осуществления второй нанокристаллический слой может представлять собой нанокристаллический слой p-типа, включающий в себя, например, селенид меди.

В некоторых вариантах осуществления офтальмологическое устройство может дополнительно содержать активное оптическое устройство, способное изменять фокусные характеристики офтальмологического устройства, причем активное оптическое устройство может находиться в электрическом соединении с первым элементом питания. Например, активное оптическое устройство может содержать жидкостный менисковый линзовый элемент. В некоторых таких вариантах осуществления вкладыш-субстрат, герметизированный в офтальмологическое устройство, может дополнительно содержать активационный элемент в электрическом соединении с активным оптическим устройством, таким как, например, чувствительный к давлению переключатель.

Настоящее изобретение также включает в себя второй вкладыш-субстрат, содержащий второй элемент питания, вторую проводящую дорожку и третий тонкопленочный транзистор, содержащий органический полупроводниковый слой, причем вторая проводящая дорожка позволяет второму элементу питания находиться в электрическом соединении с третьим пленочным транзистором. Третий пленочный транзистор может содержать нанокристаллический слой n-типа, включающий в себя, например, нанокристаллы селенида кадмия. Второй вкладыш-субстрат может дополнительно содержать четвертый тонкопленочный транзисторный слой, причем четвертый тонкопленочный транзисторный слой содержит органический полупроводниковый слой p-типа, такой как, например, пентацен.

ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На Фиг. 1 представлен пример элемента вкладыша с трехмерными поверхностями, на основании чего устройства с тонкопленочными нанокристаллическими интегральными цепями могут быть определены как соответствующие другим связанным с настоящим описанием примерам изобретения.

На Фиг. 2 представлен пример схемы формирования трехмерных поверхностей, который может соответствовать формированию устройств с тонкопленочными нанокристаллическими интегральными цепями.

На Фиг. 3 представлено встроенное устройство (цепь), присоединенное к элементу вкладыша трехмерной формы с проводящими дорожками в по меньшей мере двух электропроводящих местоположениях.

На Фиг. 4 представлен пример набора этапов схемы процесса формирования комплементарных устройств с тонкопленочными нанокристаллическими интегральными цепями n- и p-типа, которые могут подходить для включения в офтальмологические устройства.

На Фиг. 5 представлен пример функции электронной цепи, в которой используются тонкопленочные нанокристаллические интегральные цепи, которые можно включить в офтальмологическое устройство.

На Фиг. 6 представлен элемент вкладыша, содержащий элементы цепи.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к офтальмологическим устройствам, включая устройства с тонкопленочными нанокристаллическими интегральными цепями. В некоторых вариантах осуществления устройства с тонкопленочными нанокристаллическими интегральными цепями соединены с одним или более вкладышами-субстратами. В некоторых вариантах осуществления структура вкладыша-субстрата может иметь поверхности с трехмерной топологией.

Некоторые варианты осуществления также могут включать в себя тонкопленочные нанокристаллические транзисторы и интегральные цепи, совместимые с гибкими подложками. Некоторые конкретные устройства включают в себя селенид кадмия, а также неорганические лиганды с короткой цепью, такие как тиоцианатные материалы. Нанокристаллы можно организовать в подходящие для использования и проводящие слои.

В следующих разделах приведено подробное описание вариантов осуществления настоящего изобретения. Описания как предпочтительных, так и альтернативных вариантов осуществления представляют собой лишь примеры осуществления, и следует понимать, что специалисту в данной области будут понятны возможности внесения изменений, модификаций и создания альтернатив. Следовательно, следует понимать, что объем настоящего изобретения не ограничен упомянутыми примерами осуществления.

СПИСОК ТЕРМИНОВ

В этом описании и формуле изобретения, которые относятся к настоящему изобретению, могут использоваться различные термины, для которых будут приняты следующие определения.

Анод - при использовании в настоящем документе относится к электроду, через который электрический ток проходит в поляризованное электрическое устройство. Направление электрического тока, как правило, противоположно направлению потока электронов. Иными словами, электроны проходят из анода, например, в электрическую цепь.

Катод - при использовании в настоящем документе относится к электроду, через который электрический ток выходит из поляризованного электрического устройства. Направление электрического тока, как правило, противоположно направлению потока электронов. Следовательно, электроны проходят в поляризованное электрическое устройство и выходят, например, из присоединенной электрической цепи.

Электрод - при использовании в настоящем документе может относиться к активной массе в источнике энергии. Например, он может включать в себя один или оба из анода и катода.

Герметизировать - при использовании в настоящем документе относится к созданию барьера для отделения объекта, такого как, например, вкладыш-субстрат, от смежной с объектом окружающей среды.

Герметизирующий материал - при использовании в настоящем документе относится к образованному слою, который окружает объект, такой как, например, вкладыш-субстрат, и который создает барьер, отделяющий объект от смежной с ним окружающей среды. Например, герметизирующие материалы могут быть образованы из силикон-гидрогелей, таких как этафилкон, галифилкон, нарафилкон и сенофилкон, или другого гидрогелевого материала для контактной линзы. В некоторых вариантах осуществления герметизирующий материал может быть полупроницаемым, чтобы задерживать внутри объекта установленные вещества и предотвращать попадание в объект установленных веществ, таких как, например, вода.

С энергообеспечением - при использовании в настоящем документе относится к состоянию, в котором устройство может обеспечивать себя электрическим током или хранить в себе запас электрической энергии.

Энергия - при использовании в настоящем документе относится к способности физической системы к совершению работы. Во многих случаях в пределах настоящего изобретения может относиться к упомянутой способности к выполнению электрических действий при совершении работы.

Источник энергии - при использовании в настоящем документе относится к устройству или слою, который способен снабжать устройство энергией или переводить логическое или электрическое устройство в состояние с энергообеспечением.

Устройства сбора энергии - при использовании в настоящем документе относится к устройству, способному извлекать энергию из окружающей среды и преобразовывать ее в электрическую энергию.

Функционализированный - при использовании в настоящем документе относится к получению слоя или устройства, способного выполнять функцию, включая, например, подачу питания, активацию или управление.

Элемент вкладыша - при использовании в настоящем документе относится к твердому элементу многоэлементного жесткого вкладыша или вкладыша-субстрата, который можно встроить в жесткий вкладыш или вкладыш-субстрат. В офтальмологическом устройстве элемент вкладыша может содержать и включать в себя область в центре офтальмологического устройства, через которую в глаз пользователя может попадать свет. Эту область можно назвать оптической зоной. В других вариантах осуществления элемент может иметь кольцевую форму и не содержать или не включать в себя некоторые или все области в оптической зоне. В некоторых вариантах осуществления жесткий вкладыш или вкладыш-субстрат может содержать множество элементов вкладыша, причем некоторые элементы вкладыша могут включать в себя оптическую зону, а другие элементы вкладыша могут иметь кольцевую форму или форму частей кольца.

Линзоформирующая смесь, или реакционная смесь, или реакционная смесь мономера (RMM): при использовании в настоящем документе относится к мономерному или преполимерному материалу, который можно полимеризовать и сшить или сшить с образованием офтальмологической линзы. Различные варианты осуществления могут включать в себя линзоформирующие смеси с одной или более добавками, такими как: УФ-блокаторы, оттеночные вещества, фотоинициаторы или катализаторы и другие добавки, которые могут понадобиться в составе офтальмологических линз, таких как контактные или интраокулярные линзы.

Линзоформирующая поверхность - относится к поверхности, которая используется для литья линзы. В некоторых вариантах осуществления любая такая поверхность 103-104 может иметь поверхность оптической чистоты и качества, что означает, что она является достаточно гладкой и образована так, что поверхность линзы, сформированной при полимеризации линзоформирующего материала, находящегося в контакте с поверхностью формы, отличается приемлемым оптическим качеством. В некоторых вариантах осуществления линзоформирующая поверхность 103-104 может дополнительно иметь геометрию, необходимую для придания поверхности линзы желаемых оптических характеристик, включая, без ограничений, коррекцию сферических, асферических и цилиндрических аберраций волнового фронта, коррекцию топографии роговицы и т.п., а также любые их комбинации.

Литий-ионный элемент - относится к электрохимическому элементу, причем ионы лития перемещаются через элемент, генерируя электрическую энергию. Этот электрохимический элемент, как правило, называемый аккумулятором, в своей типичной форме может быть возвращен в состояние с более высоким зарядом или перезаряжен.

Вкладыш подложки - при использовании в настоящем документе относится к формуемой или жесткой подложке, способной поддерживать источник энергии в пределах офтальмологической линзы. В некоторых вариантах осуществления вкладыш подложки также поддерживает один или более компонентов.

Вкладыш-субстрат - при использовании в настоящем документе относится к герметизированному вкладышу, который будет включен в состав офтальмологического устройства с энергообеспечением. Во вкладыш-субстрат можно встроить элементы питания и схему. Вкладыш-субстрат определяет основное назначение офтальмологического устройства с энергообеспечением. Например, в вариантах осуществления, где офтальмологическое устройство с энергообеспечением позволяет пользователю корректировать оптическую силу, вкладыш-субстрат может включать в себя элементы питания, управляющие частью с жидкостным мениском в оптической зоне. Альтернативно вкладыш-субстрат может иметь кольцевую форму, так что оптическая зона не будет содержать материала. В таких вариантах осуществления обусловленная энергопитанием функция линзы может быть не связана с оптическим качеством, а может предусматривать, например, контроль уровня глюкозы или введение лекарственного средства.

Форма для литья - относится к жесткому или полужесткому предмету, который можно использовать для формирования линз из неполимеризованных составов. Некоторые предпочтительные формы для литья включают в себя две части формы для литья, формирующие переднюю изогнутую часть формы для литья и заднюю изогнутую часть формы для литья.

Офтальмологическая линза, или офтальмологическое устройство, или линза - при использовании в настоящем документе относится к любому устройству, расположенному в глазу или на нем. Устройство может обеспечивать оптическую коррекцию, может выполнять косметическую функцию или обеспечивать некоторую функциональность, не связанную с оптическим качеством. Например, «линза» может относиться к контактной линзе, интраокулярной линзе, накладной линзе, глазному вкладышу, оптическому вкладышу или другому аналогичному устройству, которое применяют для коррекции или модификации зрения или для косметической коррекции физиологии глаза (например, изменения цвета радужной оболочки) без снижения зрения. Альтернативно «линза» может относиться к устройству, которое можно поместить на глаз с целью, отличной от коррекции зрения, такой как, например, отслеживание составного вещества слезной жидкости или введение активного средства. В некоторых вариантах осуществления предпочтительные линзы настоящего изобретения могут представлять собой мягкие контактные линзы, полученные из силиконовых эластомеров или гидрогелей, которые могут включать в себя, например, силикон-гидрогели и фторгидрогели.

Оптическая зона - при использовании в настоящем документе относится к тому участку офтальмологической линзы, через который видит пользователь офтальмологической линзы.

Мощность - при использовании в настоящем документе относится к выполняемой работе или энергии, передаваемой за единицу времени.

Предварительное отверждение - при использовании в настоящем документе относится к процессу частичного отверждения смеси, такой как реакционная смесь мономера. В некоторых вариантах осуществления процесс предварительного отверждения может содержать укороченный период полного отверждения. Альтернативно процесс предварительного отверждения может содержать уникальный процесс, например, воздействие на смесь температур и длин световых волн, отличных от тех, которые могут использоваться для полного отверждения материала.

Предварительное дозирование - при использовании в настоящем документе относится к первичному нанесению материала в меньшем количестве, чем может потребоваться для завершения процесса. Например, предварительное дозирование может включать четверть необходимого вещества, такого как, например, реакционная смесь мономера.

Окончательное дозирование - при использовании в настоящем документе относится к нанесению остального количества материала после предварительного дозирования в количестве, достаточном для завершения процесса. Например, когда предварительное дозирование включает четверть требуемого количества вещества, последующее окончательное дозирование может обеспечивать остальные три четверти того же вещества, такого как, например, реакционная смесь мономера.

Перезаряжаемый или подзаряжаемый - при использовании в настоящем документе относится к возможности возврата в состояние с более высокой способностью к совершению работы. Во многих случаях в пределах настоящего изобретения может относиться к возможности восстановления способности генерировать электрический ток определенной величины в течение установленного периода времени восстановления.

Подзарядить или перезарядить - возвратить в состояние с более высокой способностью к совершению работы. Во многих случаях в пределах настоящего изобретения может относиться к восстановлению способности устройства генерировать электрический ток определенной величины в течение установленного периода времени восстановления.

Высвобожденный из формы для литья - означает, что линзу либо полностью отделили от формы для литья, либо лишь слабо прикрепили и ее можно удалить легким встряхиванием или сдвинуть тампоном.

Многослойный - при использовании в настоящем документе относится к размещению по меньшей мере двух слоев компонентов в непосредственной близости друг к другу таким образом, что по меньшей мере часть одной поверхности одного из слоев контактирует с первой поверхностью второго слоя. В некоторых вариантах осуществления между двумя слоями может находиться пленка, обеспечивающая адгезивное прикрепление или выполняющая иные функции, причем слои контактируют друг с другом через упомянутую пленку.

Многослойные интегрированные многокомпонентные устройства или SIC-устройства - при использовании в настоящем документе относится к продуктам или технологиям упаковки, с помощью которых осуществляется сборка тонких слоев подложек, которые могут содержать электрические и электромеханические устройства, в функциональные интегрированные устройства посредством наложения друг на друга по меньшей мере части каждого слоя. Такие слои могут содержать многокомпонентные устройства различных типов, форм и размеров, изготовленные из различных материалов. Более того, слои можно получить с помощью различных технологий производства устройств для получения различных контуров.

Тонкопленочная нанокристаллическая интегральная цепь - при использовании в настоящем документе относится к полупроводнику, полученному из материалов на основе углерода.

Трехмерная поверхность, или трехмерная подложка, или трехмерной формы - при использовании в настоящем документе относится к любой поверхности или подложке, образованной в трехмерном пространстве, в котором топография выполнена для конкретной цели, в отличие от плоской поверхности.

Дорожка - при использовании в настоящем документе относится к компоненту аккумулятора, способному электрически соединять компоненты цепи. Например, дорожки цепи могут включать в себя медь или золото, если подложка представляет собой печатную плату, и могут быть выполнены из меди, золота или печатного слоя в устройстве гибкой электроники. Дорожки также могут быть образованы из неметаллических материалов, химических веществ или их смесей.

Вкладыши-субстраты трехмерной формы со встроенными устройствами питания для внедрения устройств с тонкопленочными нанокристаллическими интегральными цепями

Способы и аппарат в соответствии с настоящим изобретением, представленным в настоящем документе, относятся к формированию устройств с тонкопленочными нанокристаллическими интегральными цепями внутри подложек трехмерной формы или на них, причем поверхности подложек также включают в себя электрические взаимные соединения. На Фиг. 1 представлен пример трехмерной подложки 100 с электрическими дорожками 130-180. В некоторых вариантах осуществления трехмерная подложка 100 может представлять собой часть элемента вкладыша офтальмологического устройства. Некоторые варианты осуществления могут включать в себя офтальмологическое устройство со встроенным активным фокусирующим элементом. Такое активное фокусирующее устройство может функционировать с использованием энергии, сохраняемой в элементе питания. Дорожки 130-180 на трехмерной подложке 100 могут обеспечивать структурную основу для формирования элементов питания. Отдельные устройства с тонкопленочными нанокристаллическими интегральными цепями или цепи, сформированные из устройств с тонкопленочными нанокристаллическими интегральными цепями, можно соединить с упомянутыми дорожками 130-180 с помощью различных процессов.

В вариантах осуществления офтальмологического устройства трехмерная подложка может содержать оптически активную область 110. Например, если устройство представляет собой фокусирующий элемент, область 110 может представлять собой переднюю поверхность элемента вкладыша, которая содержит фокусирующий элемент, через который свет попадает в глаз пользователя. За пределами этой области 110 может находиться периферическая область элемента вкладыша, не расположенная на оптически значимом пути. В некоторых вариантах осуществления в такой периферической области можно разместить компоненты, относящиеся к активной фокусирующей функции. В некоторых вариантах осуществления, особенно тех, в которых используют очень тонкие пленки и прозрачные электроды, компоненты можно разместить в этой оптически активной области. Например, прозрачные электроды могут содержать оксид индия и олова (ОИО). Различные компоненты могут быть электрически соединены друг с другом металлическими дорожками, и некоторые из этих компонентов могут содержать или могут представлять собой устройства с тонкопленочными нанокристаллическими интегральными цепями. Эти металлические дорожки могут также обеспечивать функцию поддержки для элементов питания при встраивании их в офтальмологическое устройство.

В некоторых вариантах осуществления элемент питания может представлять собой аккумулятор. Например, аккумулятор может представлять собой твердотельный аккумулятор или альтернативно аккумулятор жидкостных элементов. В таких вариантах осуществления могут присутствовать по меньшей мере две дорожки, которые являются электропроводящими и обеспечивают подачу электрического потенциала, образующегося между анодом 150 аккумулятора и катодом 160 аккумулятора, на другие активные элементы в устройстве для их электропитания. Контакт анода 150 может представлять собой отрицательный (-) контакт элемента питания для встроенных устройств. Контакт катода 160 может представлять собой положительный (+) контакт элемента питания для встроенных устройств.

В некоторых вариантах осуществления элементы тонкопленочной нанокристаллической интегральной цепи могут присоединяться посредством точек соединения анода 150 и катода 160. В других вариантах осуществления устройства с тонкопленочными нанокристаллическими интегральными цепями можно сформировать непосредственно на поверхности подложки 100 и можно присоединять к контактным площадкам анода 150 и катода 160, или альтернативно они могут иметь интегральные соединения, полученные с использованием тех же металлографических методов, которые используются для создания взаимных соединений в пределах самих цепей устройств.

Дорожки анода 150 и катода 160 могут быть соединены с изолированными дорожками 140 и 170 соответственно. Эти изолированные дорожки 140 и 170 могут находиться в непосредственной близости к соседним дорожкам 130 и 180. При формировании элементов аккумулятора на дорожках 130 и 180 эти соседние дорожки 130 и 180 могут соответствовать химическим реакциям противоположного аккумулятора или типу электродов. Таким образом, соседние дорожки 130 и 180 могут быть соединены с химическим слоем, что заставляет его функционировать в качестве катода элемента аккумулятора, расположенного между дорожками 130 и 140.

Две соседних дорожки 130 и 180 могут соединяться друг с другом через область 120 дорожек. Эта область 120 в некоторых вариантах осуществления может быть не покрыта химическими слоями, что позволяет ей выполнять функцию электрического взаимного соединения. В некоторых примерах осуществления две пары электрических элементов могут быть выполнены в виде аккумуляторов, и эти два аккумулятора могут быть соединены последовательно в соответствии с расположением и конфигурацией. Общие электрические характеристики между соединениями 150 и 160 можно считать комбинацией двух элементов аккумулятора. В вариантах осуществления, включающих в себя устройства с тонкопленочными нанокристаллическими интегральными цепями, необходимая величина напряжения питания может составлять десятки вольт. Соответственно, можно образовать множество областей 120, позволяющих элементам питания обеспечивать более высокое общее напряжение питания.

На Фиг. 2 представлен пример последовательности 200 для формирования трехмерной подложки с проводящими дорожками. В некоторых примерах осуществления набор проводящих элементов, которые после обработки могут превратиться во взаимные соединения на трехмерной поверхности, можно получить, когда исходные материалы для изделия находятся в плоском виде. На этапе 210 можно образовать основную подложку. В офтальмологических вариантах осуществления подложка может подходить для формирования части офтальмологического устройства. Например, подложка может включать в себя полиимид. В вариантах осуществления, где основная подложка выполнена из проводящего материала, поверхность можно покрыть материалом изолятора, за счет чего возможно формирование на его поверхности взаимных соединений. В некоторых вариантах осуществления, где подложка образована из полиимида, подложку можно покрыть изолирующим слоем, например, из оксида алюминия, который может выполнять функцию предварительной усадки подложки до нанесения или формирования тонкопленочных транзисторов.

В некоторых вариантах осуществления тонкопленочная нанокристаллическая интегральная цепь может проходить обработку на подложке, полученной на этапе 210. В некоторых таких вариантах осуществления этапы обработки нанокристаллов, например, как показано на Фиг. 4, могут проходить перед этапами обработки подложки, как показано на Фиг. 2. Соответственно, поверхность подложки, образованной на этапе 210, может включать в себя устройства с тонкопленочными нанокристаллическими интегральными цепями. В других вариантах осуществления устройства с тонкопленочными нанокристаллическими интегральными цепями можно сформировать отдельно и можно присоединить к проводящим дорожкам после обработки подложки на этапе 260.

На этапе 220 на основу подложки можно нанести проводящую пленку. Например, проводящая пленка может представлять собой алюминиевую пленку. В некоторых вариантах осуществления проводящая пленка может деформироваться там, где плоская основа подложки может приобретать трехмерную форму, и проводящая пленка может содержать пластичный проводящий материал с толщиной, достаточной для предотвращения механического повреждения в ходе процессов придания трехмерной формы.

На этапе 230 можно создать такую форму в соответствии с узором из проводящей пленки, чтобы она образовывала заданную форму после придания плоской подложке трехмерной формы. Формы, показанные на этапе 230, приводятся только в иллюстративных целях, и очевидно, что возможны другие формы. Узор из проводящей пленки, такой как, например, алюминиевая пленка, можно формировать в соответствии с узором различными способами, например, при помощи фотолитографии с химическим травлением или лазерным выжиганием. Альтернативно изображение узора проводников можно осадить через трафарет непосредственно в сформированную в соответствии с узором пленку. В вариантах осуществления, где на подложку наносят устройства с тонкопленочными нанокристаллическими интегральными цепями, форма в соответствии с узором, образованная на этапе 230, может соединяться с тонкопленочной нанокристаллической интегральной цепью.

На этапе 240 в некоторых вариантах осуществления многослойный слой, содержащий основную подложку с наложенными проводящими элементами, можно герметизировать в облицовочный материал. В некоторых вариантах осуществления облицовочный материал может содержать термоформуемый материал, такой как, например, полиэтилентерефталат-гликоль (ПЭТГ). В некоторых вариантах осуществления, или, более конкретно, там, где многослойный лист можно подвергать термоформованию, герметизация на этапе 240 образованных элементов позволяет обеспечить стабильность при процессах термоформования с созданием трехмерных форм. В некоторых вариантах осуществления первый процесс плоского термоформования может происходить на этапе 240 для герметизации многослойного слоя, при этом облицовочный изолирующий материал может приклеиваться к расположенной ниже основе подложки и образованным элементам в проводящей пленке. В некоторых вариантах осуществления композитная пленка может негативно воздействовать на центральную оптическую область и зону центральной оптической области многослойного слоя можно удалить.

На этапе 250 многослойный лист, содержащий материал основы, образованные проводящие элементы и облицовочный герметизирующий и изолирующий слой, можно подвергнуть процессу термоформования, в котором многослойному слою придают трехмерную форму. В некоторых вариантах осуществления на этапе 260, когда многослойный слой покрывают изолирующим слоем, на этапе 260 в изолирующем материале можно сформировать перемычки. На этапе 260 в соответствующих местоположениях можно образовать электропроводящие отверстия и перемычки, причем перемычки могут обеспечить соединение тонкопленочной нанокристаллической интегральной цепи с герметизированными проводящими элементами, расположенными на многослойном слое. Перемычки и отверстия можно образовать при помощи различных процессов, включая, например, лазерное выжигание, которое позволяет с высокой точностью создавать отверстия путем прожигания верхнего слоя изолятора многослойного слоя, таким образом открывая участок проводящей пленки.

Электрическое соединение устройств с тонкопленочными нанокристаллическими интегральными цепями на подложках вкладыша, которым придали или можно придать трехмерную форму

На Фиг. 3 показан пример осуществления тонкопленочной нанокристаллической интегральной цепи 305, включенной в многослойный слой трехмерной формы, содержащий подложку 300 с проводящими дорожками 325. В некоторых таких вариантах осуществления тонкопленочная нанокристаллическая интегральная цепь 305 может присоединяться после того, как проводящие дорожки 325 были включены в подложку 300. Альтернативно тонкопленочную нанокристаллическую интегральную цепь 305 можно разместить на подложке 300 перед размещением проводящих дорожек 325.

Компоненты тонкопленочной нанокристаллической интегральной цепи 305 могут быть электрически соединены с проводящими дорожками 325 посредством взаимных соединительных элементов 310, 320, размещенных на подложке 300. Электрическое соединение на взаимных соединительных элементах 310, 320 может соединять тонкопленочную нанокристаллическую интегральную цепь 305 с электрическими компонентами на подложке 300, которые могут быть важны для функционирования вкладыша-субстрата. Такие электрические компоненты могут включать в себя, например, элементы питания, датчики, активные оптические элементы, другие встроенные конфигурации цепей, насосы для лекарственных средств и устройства для распыления лекарственных средств. В некоторых вариантах осуществления, включающих в себя ориентации с перевернутым кристаллом, взаимные соединительные элементы 310, 320 могут содержать, например, плавкие шариковые выводы или проводящую эпоксидную смолу. В вариантах осуществления, где проводящие дорожки 325 и взаимные соединительные элементы 310, 320 являются герметизированными или изолированными, в многослойном слое можно прорезать или вырубить штампом перемычки, позволяющие обеспечить соединение между компонентами тонкопленочной нанокристаллической интегральной цепи 305 и взаимными соединительными элементами 310, 320.

Формирование транзисторов тонкопленочной нанокристаллической интегральной цепи на поверхностях вкладыша-субстрата

Устройства с тонкопленочными нанокристаллическими интегральными цепями могут содержать различные конструкции, включая, например, конструкции на основе структур полупроводниковых устройств с полевым эффектом. В некоторых таких примерах осуществления устройства могут включать в себя конфигурации с электродом затвора, расположенным под, над или у нанокристаллических слоев.

На Фиг. 4 представлен пример осуществления схемы параллельного процесса 400, 450, позволяющего создавать комплементарные устройства с тонкопленочными нанокристаллическими интегральными цепями p- и n-типа. В некоторых вариантах осуществления процесс 400 n-типа и процесс 450 p-типа могут осуществляться изолированно. На этапе 410 материал основы для устройства каждого типа может представлять собой ровную или плоскую подложку, на которой можно сформировать устройство. В некоторых вариантах осуществления процесса с «нижним электродом затвора» на этапе 415 можно нанести металлический или проводящий материал с образованием изолированного электрода затвора. В некоторых вариантах осуществления электрод затвора можно наносить через трафарет, используя распыленный или испаренный материал. Другие способы могут включать осаждение по всей поверхности с последующим процессом вытравливания узора.

В некоторых вариантах осуществления на этапе 420 можно нанести диэлектрический слой затвора, покрывающий и окружающий электрод затвора. Примером способа упомянутого нанесения может быть нанесение диэлектрика от жидкой заготовки методом центрифугирования с последующим процессом отверждения. В других вариантах осуществления диэлектрик можно нанести осаждением из паровой фазы, в некоторых случаях с последующим выравниванием с помощью такой методики, как, например, химико-механическая полировка. В других вариантах осуществления в выбранных областях можно вырастить затравочную пленку оксида алюминия с использованием элементов, например, содержащих золото, которые могут блокировать рост пленки везде, кроме выбранной области. В некоторых вариантах осуществления можно избирательно вырастить качественную диэлектрическую пленку, такую как, например, атомный слой оксида алюминия, в конкретных областях с помощью методики осаждения атомных слоев.

В некоторых вариантах осуществления процесса n-типа, процесс 400, на этапе 425 можно выполнить осаждение слоя n-типа для тонкопленочной нанокристаллической интегральной цепи на диэлектрический слой. Это осаждение на заданных областях можно осуществлять методом осаждения через маску распыленных форм для тонкопленочной нанокристаллической интегральной цепи. В других вариантах осуществления поверхностную пленку можно наносить с последующим удалением части покрытия в соответствии с узором. Примером материала для слоя n-типа могут являться, например, нанокристаллы CdSe, которые могут быть связаны друг с другом посредством лигандов, таких как тиоцианат. В некоторых вариантах осуществления пример слоя может быть легирован индием. В некоторых вариантах осуществления двуполярных устройств пленку n-типа для тонкопленочной нанокристаллической интегральной цепи можно осадить на диэлектрический слой на этапе 425 и слой n-типа на этапе 430 можно покрыть материалом p-типа для тонкопленочной нанокристаллической интегральной цепи. Как показано на фигурах, в других вариантах осуществления процесс 450 p-типа может не включать осаждение слоя n-типа на этапе 425.

В некоторых вариантах осуществления процесса p-типа на этапе 430 можно выполнить осаждение слоя p-типа для тонкопленочной нанокристаллической интегральной цепи на диэлектрический слой. Это осаждение на заданных областях можно осуществлять методом осаждения через маску испаренных форм для тонкопленочной нанокристаллической интегральной цепи. В других вариантах осуществления поверхностную пленку можно наносить с последующим удалением части покрытия в соответствии с узором. В некоторых вариантах осуществления процесс 400 n-типа может не включать осаждение слоя p-типа на этапе 430. Слой p-типа может включать в себя, например, нанокристаллы CuSe. Альтернативно слой p-типа может представлять собой органический полупроводниковый слой, который может включать в себя, например, пентацен, тетрацен, рубрен и региорегулярный поли(3-гексилтиофен) (П3ГТ). Специалисту в данной области будет очевидно, что приемлемые органические TFT-устройства n- и p-типа (на тонкопленочных транзисторах) и нанокристаллические TFT-устройства могут быть образованы из других материалов, которые могут входить в объем области, описанной в настоящем документе.

На этапах 435 и 436 можно поместить электроды 461, 462 на формируемое устройство с транзисторами тонкопленочной нанокристаллической интегральной цепи. Как показано на фигурах, размещение электродов на этапе 435 для процесса n-типа может осуществляться отдельно от размещения электродов на этапе 436 для процесса p-типа. В некоторых вариантах осуществления размещение электродов 461, 462 на этапах 435, 436 может осуществляться одновременно. Существуют различные способы образования электродов истока/стока, включая осаждение распыленного или испаренного исходного вещества через трафарет. Другие способы могут включать осаждение по всей поверхности с последующим процессом вытравливания узора. Любой способ формирования изолированных структур проводящего электрода может соотноситься с областью, описанной в настоящем документе.

В некоторых вариантах осуществления на этапах 440 и 441 можно нанести изолятор, чтобы герметизировать электроды истока/стока или все устройство. Пример способа нанесения может включать нанесение диэлектрика от жидкой заготовки методом центрифугирования с последующим процессом отверждения. В других вариантах осуществления диэлектрик можно нанести осаждением из паровой фазы, в некоторых случаях с последующим возможным выравниванием диэлектрика с помощью такой методики, как, например, химико-механическая полировка. В некоторых вариантах осуществления после нанесения слоя изолятора можно сформировать контактные отверстия 463, например, при помощи лазерного выжигания или субтрактивного гравирования литографического изображения.

Пример офтальмологического варианта осуществления с использованием транзисторов тонкопленочной нанокристаллической интегральной цепи

На Фиг. 5 показан пример электронной цепи 500 в соответствии с офтальмологическим вариантом осуществления, где элемент питания может реагировать на активационное устройство в виде механического переключателя и при активации может прикладывать электрический потенциал к активному офтальмологическому устройству, включающему в себя фокусирующий элемент на основе мениска.

Элемент 510 питания может обеспечивать питание цепей, которые могут содержать транзисторы тонкопленочной нанокристаллической интегральной цепи, и в некоторых вариантах осуществления элемент 510 питания может быть образован из разных и многочисленных элементов аккумулятора, соединенных последовательно. В качестве примера, элементы можно соединить вместе с генерацией электрического потенциала элемента питания, составляющего приблизительно 20 вольт. Другие варианты осуществления могут включать в себя большее или меньшее количество соединенных вместе элементов с генерацией напряжения в диапазоне от приблизительно 10 до 100 вольт.

Элемент 510 питания может прикладывать потенциал к активному офтальмологическому элементу 520. В некоторых вариантах осуществления активный оптический элемент 520 может представлять собой устройство на основе менисковой линзы, которое изменяет форму мениска в зависимости от потенциала, приложенного к двум несмешивающимся текучим средам. В некоторых вариантах осуществления устройств на основе менисковой линзы устройство, с точки зрения электрических характеристик, по существу, функционирует как конденсатор с исключительно высоким сопротивлением. Соответственно, элемент 510 питания может изначально зарядить активный оптический элемент 520 через элемент 570 сопротивления. Когда потенциал полностью заряжает емкостной элемент, элемент 510 питания может больше не оказывать на этот элемент существенной диссипативной нагрузки. В вариантах осуществления с более сложной схемой может быть сформирована запускающая схема, дополнительно способствующая тому, чтобы элемент 510 питания не разряжался.

Электронная цепь 500 может дополнительно включать в себя цепь «D-триггера» на основе цепи с использованием комплементарных транзисторов тонкопленочной нанокристаллической интегральной цепи n- и p-типа. D-триггер 550 может иметь соединенные вместе D- и Q(инв.)-выходные контакты и контакты настройки (S) и перезагрузки (R), которые могут быть заземленными. Выходной контакт Q может переключаться из одного состояния в другое при изменении напряжения входного синхронизирующего сигнала (CP). Такой входной сигнал может задаваться элементом 510 питания через элемент 540 сопротивления.

Когда включается внешний переключатель 560, например, при нажатии пользователем на выключатель, срабатывающий от давления, потенциал CP может становиться близким к «земле», и это изменение может вызвать переход D-триггера 550. При изменении уровня сигнала Q соединенный с ним транзистор 530 может «включаться» и может проводить ток через активный оптический элемент 520, эффективно шунтируя активный оптический элемент 520 и обеспечивая изменение активного оптического состояния. Многочисленные конфигурации цепей триггера могут функционировать аналогично описанной цепи 550 D-триггера с множеством способов активации и управления состоянием примера цепи 500.

На Фиг. 6 представлен пример осуществления элемента вкладыша, который может быть совместим с вариантом осуществления цепи, показанной на Фиг. 5. В некоторых вариантах осуществления точка соединения 610 может обеспечивать электрическое соединение между менисковой линзой и цепью. Некоторые варианты осуществления могут включать в себя множество питающих элементов 620, соединенных последовательно для генерации потенциалов, необходимых для работы цепей на основе тонкопленочной нанокристаллической интегральной цепи. В некоторых таких вариантах осуществления последовательность питающих элементов 620 может сформировать элемент питания с напряжением, например, приблизительно 5 вольт. Элемент питания может включать в себя два контакта 630, 640.

В некоторых вариантах осуществления цепь 650 триггера D-типа может содержать множество компонентов цепи, таких как, например, показанные на Фиг. 5. Цепь 650 триггера D-типа может содержать транзисторы тонкопленочной нанокристаллической интегральной цепи как n-типа, так и p-типа, а также элементы 540 и 570 сопротивления. В некоторых вариантах осуществления второй контакт 660 в менисковой линзе может определять альтернативную точку соединения.

Некоторые варианты осуществления могут содержать чувствительный к давлению переключатель 670 или мембранный переключатель, который может быть сформирован из разделенных зазором металлических дорожек, которые могут обеспечивать контакт между двумя сторонами при отклонении переключателя 670 под действием давления. В некоторых вариантах осуществления цепь 650 триггера D-типа может включать в себя дополнительные элементы цепи, которые могут обеспечивать для описанного активационного устройства устранение дребезга контактов или устранение дребезга с задержкой по времени. Другие активационные устройства, такие как устройства на эффекте Холла, могут выполнять функцию переключения, эквивалентную описанной.

Для иллюстрации аспектов области, обладающей признаками изобретения, были описаны конкретные примеры, относящиеся к формированию, способам формирования и аппарату для формирования, которые можно использовать для образования элементов питания на электрических взаимных соединениях на трехмерных поверхностях. Данные примеры приведены в упомянутых иллюстративных целях и не призваны каким-либо образом ограничивать объем изобретения. Соответственно, предполагается, что описание охватывает все варианты осуществления, которые могут быть очевидны для специалистов в данной области.

Заключение

В настоящем изобретении, как описано выше и дополнительно определено формулой изобретения ниже, предложены способы и аппарат для формирования транзисторов тонкопленочной нанокристаллической интегральной цепи на элементах вкладыша трехмерной формы. В некоторых вариантах осуществления настоящее изобретение включает встраивание трехмерных поверхностей с тонкопленочными транзисторами тонкопленочной нанокристаллической интегральной цепи, электрическими взаимными соединениями и элементами питания в элемент вкладыша для встраивания в офтальмологическое устройство. В некоторых вариантах осуществления элемент вкладыша можно непосредственно использовать в качестве вкладыша-субстрата или встроить в офтальмологическое устройство.

Изобретение относится к офтальмологическому устройству, которое содержит первый вкладыш-субстрат, содержащий активное оптическое устройство, первый тонкопленочный нанокристаллический транзистор, первый элемент питания и первую проводящую дорожку, причем первый тонкопленочный нанокристаллический транзистор содержит нанокристаллический слой n-типа, первый элемент питания расположен вблизи первой проводящей дорожки так, что первый элемент питания находится в электрическом соединении с первым тонкопленочным нанокристаллическим транзистором, активное оптическое устройство содержит жидкостный менисковый линзовый элемент, содержащий две несмешивающиеся текучие среды с образованием мениска между ними, причем активное оптическое устройство находится в электрическом соединении с первым элементом питания и первым тонкопленочным нанокристаллическим транзистором, а активное оптическое устройство выполнено с возможностью изменения фокусных характеристик офтальмологического устройства при приложении электрического заряда для изменения формы мениска, и гидрогелевый материал, окружающий или герметизирующий первый вкладыш-субстрат. Изобретение обеспечивает получение офтальмологического устройства с элементом вкладыша, тонкопленочным нанокристаллическим транзистором, электрическими взаимными соединениями и элементами питания. 17 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Офтальмологическое устройство, содержащее:

первый вкладыш-субстрат, содержащий активное оптическое устройство, первый тонкопленочный нанокристаллический транзистор, первый элемент питания и первую проводящую дорожку, причем первый тонкопленочный нанокристаллический транзистор содержит нанокристаллический слой n-типа, при этом первый элемент питания расположен вблизи первой проводящей дорожки, так что первый элемент питания находится в электрическом соединении с первым тонкопленочным нанокристаллическим транзистором, при этом активное оптическое устройство содержит жидкостный менисковый линзовый элемент, содержащий две несмешивающиеся текучие среды с образованием мениска между ними, причем активное оптическое устройство находится в электрическом соединении с первым элементом питания и первым тонкопленочным нанокристаллическим транзистором, при этом активное оптическое устройство выполнено с возможностью изменения фокусных характеристик офтальмологического устройства при приложении электрического заряда для изменения формы мениска, и

гидрогелевый материал, окружающий или герметизирующий первый вкладыш-субстрат.

2. Офтальмологическое устройство по п. 1, в котором первый тонкопленочный нанокристалический транзистор содержит нанокристаллический слой р-типа.

3. Офтальмологическое устройство по п. 1, в котором первая проводящая дорожка содержит прозрачный электрод.

4. Офтальмологическое устройство по п. 1, в котором первый элемент питания содержит множество электрохимических элементов, причем электрохимические элементы соединены по меньшей мере частично последовательно.

5. Офтальмологическое устройство по п. 1, в котором вкладыш-субстрат дополнительно содержит активационный элемент, находящийся в электрическом соединении с активным оптическим устройством.

6. Офтальмологическое устройство по п. 1, в котором нанокристаллический слой n-типа содержит нанокристаллы селенида кадмия.

7. Офтальмологическое устройство по п. 1, в котором вкладыш-субстрат дополнительно содержит второй тонкопленочный транзистор, содержащий второй нанокристаллический слой, причем второй тонкопленочный транзистор находится в электрическом соединении с первым элементом питания.

8. Офтальмологическое устройство по п. 2, в котором нанокристаллический слой p-типа содержит селенид меди.

9. Офтальмологическое устройство по п. 3, в котором прозрачный электрод содержит оксид индия и олова.

10. Офтальмологическое устройство по п. 5, в котором активационный элемент содержит чувствительный к давлению выключатель.

11. Офтальмологическое устройство по п. 7, в котором второй тонкопленочный транзистор содержит нанокристаллический слой р-типа.

12. Офтальмологическое устройство по п. 11, в котором нанокристаллический слой p-типа второго тонкопленочного транзистора содержит селенид меди.

13. Офтальмологическое устройство по п. 7, дополнительно содержащее второй вкладыш-субстрат, содержащий:

второй элемент питания,

вторую проводящую дорожку и

третий тонкопленочный транзистор, содержащий органический полупроводниковый слой, причем вторая проводящая дорожка выполнена с возможностью расположения второго элемента питания в электрическом соединении с третьим тонкопленочным транзистором.

14. Офтальмологическое устройство по п. 13, в котором третий тонкопленочный транзистор содержит нанокристаллический слой n-типа.

15. Офтальмологическое устройство по п. 14, в котором нанокристаллический слой n-типа содержит нанокристаллы селенида кадмия.

16. Офтальмологическое устройство по п. 13, дополнительно содержащее четвертый тонкопленочный транзисторный слой, который содержит органический полупроводниковый слой p-типа.

17. Офтальмологическое устройство по п. 16, в котором органический полупроводниковый слой p-типа содержит пентацен.

18. Офтальмологическое устройство по п. 1, в котором первый вкладыш субстрат имеет трехмерную форму.