(57)【要約】【課題】受光素子、画像処理回路及び刺激電極を３次元的に基板上に配置して、画素の微細化及び効果的な電極刺激を実現しながら、照度信号を困難なく視神経細胞に伝達する。【解決手段】人工網膜１は、基板５に入射する入射光を画像信号に変換するために基板５上に形成されたポリシリコン薄膜フォトトランジスタ５と、ポリシリコン薄膜フォトトランジスタ５によって入射光から変換された画像信号を処理するためにポリシリコン薄膜フォトトランジスタ５の上に形成された透明な酸化物半導体ＴＦＴ３と、酸化物半導体ＴＦＴ３によって処理された画像信号を視神経細胞に伝達するために酸化物半導体ＴＦＴ３の上に形成された刺激電極４とを備える。  【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に入射する入射光を画像信号に変換するために前記基板上に形成された受光素子と、
前記受光素子によって前記入射光から変換された画像信号を処理するために前記受光素子の上に形成された透明な半導体薄膜トランジスタと、
前記半導体薄膜トランジスタによって処理された画像信号を視神経細胞に伝達するために前記半導体薄膜トランジスタの上に形成された刺激電極とを備えたことを特徴とする人工網膜。
【請求項２】
前記受光素子は、ポリシリコン薄膜フォトトランジスタによって構成されている請求項１記載の人工網膜。
【請求項３】
前記半導体薄膜トランジスタは、酸化物半導体によって構成されている請求項１記載の人工網膜。
【請求項４】
前記半導体薄膜トランジスタは、有機半導体によって構成されている請求項１記載の人工網膜。
【請求項５】
前記基板は、生体に適合する生体適合基板である請求項１記載の人工網膜。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板に入射する入射光を画像信号に変換する受光素子と、受光素子によって入射光から変換された画像信号を処理する半導体薄膜トランジスタと、半導体薄膜トランジスタによって処理された画像信号を視神経細胞に伝達する刺激電極とを備えた人工網膜に関する。
【背景技術】
【０００２】
人工網膜は、視覚障害者が光を取り戻すための人工臓器として、おおいに嘱望されている。図３は、生体の網膜の構成を示す模式図である。眼球の内面には、強膜及び脈絡膜が形成されており、脈絡膜の上には視細胞が形成されている。視細胞の上には双極細胞が形成されている。双極細胞には、視神経を構成する神経節細胞が接続されている。
【０００３】
図４は、従来の網膜上埋め込み型人工網膜を説明するための模式図である。図５は従来の網膜下埋め込み型人工網膜を説明するための模式図であり、図６は従来のＳＴＳ方式人工網膜を説明するための模式図である。
【０００４】
人工網膜の埋め込み方式は、網膜上埋め込み型、網膜下埋め込み型及びＳＴＳ方式（網膜越方式）に大別される（非特許文献１）。網膜上埋め込み型は、図４に示すように、網膜の上に人工網膜９１ａ（電極アレイ）を設ける方式であり（特許文献１及び特許文献２）、網膜下埋め込み型は、図５に示すように、脈絡膜と双極細胞との間に人工網膜９１ｂを埋め込む方式である。ＳＴＳ方式は、図６に示すように、強膜内に刺激電極デバイスを挿入するポケットを形成し、そこに人工網膜９１ｃを埋植し、網膜細胞を刺激する方式である。照度信号（画像信号）を確実に視神経細胞に伝えるためには、網膜下埋め込み型が好ましい。
【０００５】
生体への負担を考慮すると、受光素子と画像処理回路（半導体薄膜トランジスタ）と刺激電極とのすべてが１個のチップに集積され、独立して動作する人工網膜が好ましい。これまで、通常のＬＳＩ技術によるシリコントランジスタを用いた人工網膜が開発されている（非特許文献１）。さらに、薄膜トランジスタを用いた人工網膜も、本発明の発明者の一人により提案されている（特許文献１及び特許文献２）。
【０００６】
通常のポリシリコン薄膜トランジスタと同様の製造プロセスにより、ポリシリコン薄膜フォトトランジスタを作製し、受光素子として人工網膜に設ける構成が開示されている（非特許文献２）。また、酸化物半導体薄膜トランジスタを作製する技術が開示されている（非特許文献３）。網膜細胞と同様の機能を実現したＬＳＩチップを３次元的に積層した人工網膜が開示されている（非特許文献４）。
【特許文献１】特開２００６−５１１６４号公報（平成１８年２月２３日公開）
【特許文献２】特開２００８−７９７９９号公報（平成２０年４月１０日公開）
【非特許文献１】太田  淳著  「人工視覚用デバイス」、超五感センサの開発最前線、ＮＴＳ、４５頁〜５５頁
【非特許文献２】木村  睦、西崎仁貴、「薄膜デバイスによる人工網膜」、シーエムシー出版、バイオインダストリー、ＦＥＢ  ２  ２００８、７６頁〜８１頁、２００８年１月
【非特許文献３】Ｋ．Ｎｏｍｕｒａ、Ｔ．Ｋａｍｉｙａ  ｅｔ  ａｌ、Ｎａｔｕｒｅ  ＶＯＬ．４３２、４８８（２００４）、２５  ＮＯＶＥＭＢＥＲ  ２００４
【非特許文献４】Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ＦＰＤ  Ｗｏｒｌｄ  ２００２．１、４０頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前述したとおり、照度信号（画像信号）を確実に視神経細胞に伝えるためには、網膜下埋め込み型人工網膜が好ましいのであるが、この構成は、光が入射する方向と１８０度反対の方向に向かって画像信号を視神経に出力する構成であるため、受光素子と刺激電極とを同一の層に配置しなければならず、画素を微細化することができず、効果的な電極刺激を実現することができないという問題がある。
【０００８】
非特許文献４に開示された構成では、ＬＳＩチップを高精度で３次元的に積層する必要があり、実用性に乏しいという問題がある。
【０００９】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、受光素子、画像処理回路及び刺激電極を３次元的に基板上に配置して、画素の微細化及び効果的な電極刺激を実現しながら、照度信号を困難なく視神経細胞に伝達することができる人工網膜を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る人工網膜は、基板に入射する入射光を画像信号に変換するために前記基板上に形成された受光素子と、前記受光素子によって前記入射光から変換された画像信号を処理するために前記受光素子の上に形成された透明な半導体薄膜トランジスタと、前記半導体薄膜トランジスタによって処理された画像信号を視神経細胞に伝達するために前記半導体薄膜トランジスタの上に形成された刺激電極とを備えたことを特徴とする。
【００１１】
この特徴により、前記受光素子によって前記入射光から変換された画像信号を処理するために前記受光素子の上に形成される半導体薄膜トランジスタを透明にしたので、光が入射する方向と、画像信号が視神経細胞に出力される方向が１８０度反対である人工網膜において、受光素子、画像処理回路、及び刺激電極を３次元的に配置することができるので、画素の微細化及び効果的な電極刺激を実現しながら、困難なく照度信号を神経細胞に伝えることができる。
【００１２】
本発明に係る人工網膜では、前記受光素子は、ポリシリコン薄膜フォトトランジスタによって構成されていることが好ましい。
【００１３】
上記構成によれば、ポリシリコン薄膜フォトトランジスタにより、高い効率で入射光を検出することができる。
【００１４】
本発明に係る人工網膜では、前記半導体薄膜トランジスタは、酸化物半導体によって構成されていることが好ましい。
【００１５】
上記構成によれば、透過率の高い半導体薄膜トランジスタを実現することができる。
【００１６】
本発明に係る人工網膜では、有機半導体によって構成されていることが好ましい。
【００１７】
上記構成によれば、透過率の高い半導体薄膜トランジスタを実現することができる。
【００１８】
本発明に係る人工網膜では、前記基板は、生体に適合する生体適合基板であることが好ましい。
【００１９】
上記構成によれば、生体への埋め込みに適した人工網膜を得ることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係る人工網膜は、前記受光素子によって前記入射光から変換された画像信号を処理するために前記受光素子の上に形成される半導体薄膜トランジスタを透明にしている。このため、光が入射する方向と、画像信号が視神経細胞に出力される方向が１８０度反対である人工網膜において、受光素子、画像処理回路、及び刺激電極を３次元的に配置することができるので、画素の微細化及び効果的な電極刺激を実現しながら、困難なく照度信号を神経細胞に伝えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明の一実施形態について図１及び図２に基づいて説明すると以下の通りである。図１は、実施の形態に係る人工網膜１が生体網膜に埋め込まれた状態を示す模式図である。図２は、実施の形態に係る人工網膜１の構成を示す正面図である。実施の形態に係る人工網膜１は、網膜下埋め込み型であり、脈絡膜と双極細胞との間に人工網膜１を埋め込む方式である。この網膜下埋め込み型人工網膜１は、光が入射する矢印６に示す方向と１８０度反対の矢印７の方向に向かって画像信号を視神経に出力する構成である。
【００２２】
人工網膜１は、基板５を備えている。基板５は、生体に適合する生体適合基板によって構成されており、例えば、柔軟性を有するプラスチックによって形成されている。基板５は、透明であってもよいが、透明である必要はない。
【００２３】
基板５の表面上には、基板５に入射する入射光を画像信号に変換するポリシリコン薄膜フォトトランジスタ２が形成されている。ポリシリコン薄膜フォトトランジスタ２の上には、ポリシリコン薄膜フォトトランジスタ２によって入射光から変換された画像信号を処理するための透明な酸化物半導体薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）３が形成されている。この酸化物半導体ＴＦＴ３は、可視光透過率が５０％以上である。酸化物半導体ＴＦＴ３は、１０ｃｍ２／Ｖｓ程度の移動度を有している。酸化物半導体としては、例えば、ＩｎＧａＺｎＯ４、ＺｎＯ、ＳｎＯ２、Ｉｎ２Ｏ３、それらに類似する酸化物、及びＩｎ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｓｎを少なくとも１種類含む酸化物を使用することができる。
【００２４】
この酸化物半導体ＴＦＴ３は、画像処理回路を構成しており、例えば、カレントミラー回路と負荷トランジスタとから構成される。カレントミラー回路は、２個の薄膜トランジスタで構成され、負荷トランジスタは２個の薄膜トランジスタで構成される。薄膜フォトトランジスタにより生成された光誘起電流は、カレントミラー回路により電流増幅され、負荷トランジスタにより電流電圧変換される。
【００２５】
酸化物半導体ＴＦＴ３の上には、刺激電極４が形成されている。刺激電極４は、酸化物半導体ＴＦＴ３によって処理された画像信号を視神経細胞に伝達する。刺激電極４は、例えば、透明なすず添加Ｉｎ２Ｏ３（ＩＴＯ）によって構成されている。刺激電極４は、酸化物半導体によって構成してもよい。
【００２６】
人工網膜１は、チップ状に形成されており、基板５が網膜の外側に面するようにして、網膜下埋め込み方式により網膜に埋め込まれる。
【００２７】
このように構成された人工網膜１においては、入射光は、矢印６の方向に向かって透明な刺激電極４を透過した後、透明な酸化物半導体ＴＦＴ３を透過して、ポリシリコン薄膜フォトトランジスタ２に入射する。ポリシリコン薄膜フォトトランジスタ２に入射した入射光は、画像信号に変換される。酸化物半導体ＴＦＴ３によって入射光から変換された画像信号は、酸化物半導体ＴＦＴ３によって処理される。そして、酸化物半導体ＴＦＴ３によって処理された画像信号は、刺激電極４から検出することができ、視神経細胞に伝達することができる。
【００２８】
以上のように本実施の形態によれば、受光素子（ポリシリコン薄膜フォトトランジスタ２）によって入射光から変換された画像信号を処理するための半導体薄膜トランジスタ（酸化物半導体ＴＦＴ３）を透明に構成したので、光が入射する方向（矢印６）と１８０度反対の方向（矢印７）に向かって画像信号を視神経に出力する構成の人工網膜において、受光素子、画像処理回路、及び刺激電極をチップ上に３次元的に配置することができ、画素の微細化及び効果的な電極配置を実現しながら、照度信号を視神経細胞に困難なく伝えることができる。
【００２９】
また、酸化物半導体薄膜トランジスタの製造プロセス温度は低温であるため、ｐｏｌｙ−Ｓｉ薄膜フォトダイオードとともに酸化物半導体薄膜トランジスタを、プラスティック等で形成された生体適合基板の上に作製することができるので、本実施の形態の構成は、生体埋め込みに適していることが期待できる。
【００３０】
なお、本実施の形態では、酸化物半導体ＴＦＴ３を設けた例を示したが、本発明はこれに限定されない。酸化物半導体ＴＦＴの代わりに、有機半導体を設けても良い。有機半導体としては、例えば、低分子型のペンタセン（Ｐｅｎｔａｃｅｎ）、または、高分子型のＦ８Ｔ２を用いることができる。
【００３１】
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明は、基板に入射する入射光を画像信号に変換する受光素子と、受光素子によって入射光から変換された画像信号を処理する半導体薄膜トランジスタと、半導体薄膜トランジスタによって処理された画像信号を視神経細胞に伝達する刺激電極とを備えた人工網膜に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】実施の形態に係る人工網膜が生体網膜に埋め込まれた状態を示す模式図である。
【図２】実施の形態に係る人工網膜の構成を示す正面図である。
【図３】生体の網膜の構成を示す模式図である。
【図４】従来の網膜上埋め込み型人工網膜を説明するための模式図である。
【図５】従来の網膜下埋め込み型人工網膜を説明するための模式図である。
【図６】従来のＳＴＳ方式人工網膜を説明するための模式図である。
【符号の説明】
【００３４】
１  人工網膜
２  ポリシリコン薄膜フォトトランジスタ（受光素子）
３  酸化物半導体ＴＦＴ（半導体薄膜トランジスタ）
４  刺激電極
５  基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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