專利名稱：離子傳感器和顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及離子傳感器和顯示裝置。更詳細(xì)而言，涉及適用于離子產(chǎn)生裝置等的高精度地檢測(cè)離子濃度的離子傳感器和具備該離子傳感器的顯示裝置。
背景技術(shù)：
近年來，利用使在空氣中產(chǎn)生的正離子和負(fù)離子(以下，也稱為“兩離子”或僅稱為 “離子”)對(duì)浮游于空氣中的細(xì)菌進(jìn)行殺菌而清潔空氣的作用被發(fā)現(xiàn)，運(yùn)用該技術(shù)的空氣清潔機(jī)等離子產(chǎn)生裝置也因適應(yīng)提倡舒適和健康的時(shí)代的需要而大受矚目。
但是，因?yàn)殡x子無法用眼看到，所以不能直接目視確認(rèn)。另一方面，從空氣清凈機(jī)的使用者的角度看，想知道是否正常地產(chǎn)生離子、是否實(shí)際產(chǎn)生所期望的濃度的離子也是自然的。
關(guān)于這一點(diǎn)，公開有具備測(cè)量大氣中的離子濃度的離子傳感器并具備顯示利用該離子傳感器測(cè)量出的離子濃度的顯示部的空調(diào)機(jī)(例如，參照專利文獻(xiàn)I。)。
當(dāng)然，為了正確地知道在空氣中產(chǎn)生的離子的濃度，優(yōu)選離子傳感器為高精度。
關(guān)于這一點(diǎn)，公開有通過使施加至背柵的電壓變化來調(diào)整柵極電極的電位、從而抑制閾值的不均的生物傳感器(例如，參照專利文獻(xiàn)2。)；和將場(chǎng)效應(yīng)晶體管和離子傳感器一體地形成、使測(cè)量環(huán)境的影響降低的場(chǎng)效應(yīng)晶體管型離子傳感器(例如，參照專利文獻(xiàn) 3。)。
此外，已知有具備將從離子產(chǎn)生部產(chǎn)生的正離子和負(fù)離子定量的離子傳感器部和顯示被定量的離子量的顯示部的離子產(chǎn)生元件(例如，參照專利文獻(xiàn)4。)。進(jìn)一步，已知有具備測(cè)量大氣中的離子濃度的離子傳感器和顯示家電產(chǎn)品現(xiàn)在處于怎樣的狀態(tài)的顯示部的離子傳感器內(nèi)置家電產(chǎn)品用遙控裝置(例如，參照專利文獻(xiàn)5。)。
現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
專利文獻(xiàn)
專利文獻(xiàn)I :日本特開平10 — 332164號(hào)公報(bào)
專利文獻(xiàn)2 :日本特開2002 - 296229號(hào)公報(bào)
專利文獻(xiàn)3 :日本特開2008 - 215974號(hào)公報(bào)
專利文獻(xiàn)4 :日本特開2003 - 336872號(hào)公報(bào)
專利文獻(xiàn)5 :日本特開2004 - 156855號(hào)公報(bào)發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明所要解決的問題
但是，在如專利文獻(xiàn)I所記載的離子傳感器那樣利用與離子傳感器天線連接的柵極的電位變化的類型的離子傳感器(以下，也稱為“單柵極傳感器”)中，如果要高精度地檢測(cè)正離子和負(fù)離子這兩離子，則成本變高。
單柵極傳感器利用離子傳感器天線捕集空氣中的離子，與離子傳感器天線連接的3柵極的電位Vg根據(jù)離子傳感器天線所檢測(cè)到的離子的量而變化。漏極電流(Id)根據(jù)Vg的變化而變化，根據(jù)該Id計(jì)算離子濃度。
此處，對(duì)離子傳感器的敏感度進(jìn)行說明。設(shè)開始測(cè)量離子濃度時(shí)的天線的電位為 V0,設(shè)經(jīng)過規(guī)定時(shí)間t測(cè)量離子濃度后的天線的電位為Vt，設(shè)VO - Vt的差為Λ V。進(jìn)一步， 設(shè)開始測(cè)量離子濃度時(shí)的漏極電流為Id，0，設(shè)經(jīng)過規(guī)定時(shí)間t之后的漏極電流為Id，t，設(shè) ld,0- Id, t的差為Aid。此時(shí)，敏感度以Ald/AV表示。S卩，可以說Λ Id相對(duì)于AV越大敏感度就越高。
此處，使用圖11和圖12，對(duì)單柵極傳感器的Id - Vg曲線進(jìn)行說明。該傳感器包括圖12所示的N溝道型的TFT50而構(gòu)成，TFT50在基板59上形成，包括柵極電極51、絕緣膜52、氫化a — Si層53、n + a — Si層54、電極層、絕緣膜57和背柵電極58，這些部件從基板59 —側(cè)起依次疊層。電極層包括源極電極55和漏極電極56，絕緣膜57是厚度350nm 的SiNx膜。n+ a — Si層54摻雜有磷(P)等V族元素。在柵極電極51連接有離子傳感器天線(未圖示)。圖11表示在圖12中表示的TFT50的Id — Vg曲線，是將背柵電極58的電位(Vb)固定在0V、使柵極電極51的電位(Vg)從一 20V變化至+ 20V時(shí)的Id — Vg曲線的圖表。即，圖11表示使TFT50作為單柵極傳感器發(fā)揮作用的情況下的Id — Vg曲線。另外，源極與漏極間的電壓設(shè)定在+ IOV。
在檢測(cè)負(fù)離子濃度時(shí)，為了捕集負(fù)離子，離子傳感器天線被施加正的電位。此時(shí)， 與離子傳感器天線連接的柵極電極51也被施加正的電位，AV成為正的電位彼此的差。此時(shí)，Id，O和Id，t均比較大，能夠高精度地檢測(cè)出Aid。即，可以說在負(fù)離子濃度的檢測(cè)中能夠得到大致高精度的檢測(cè)結(jié)果。
另一方面，在檢測(cè)正離子濃度時(shí)，為了捕集正離子，離子傳感器天線被施加負(fù)的電位。此時(shí)，與離子傳感器天線連接的柵極電極51也被施加負(fù)的電位，AV成為負(fù)的電位彼此的差。此時(shí)，Id, O和Id, t均非常小，難以高精度地檢測(cè)出Aid。即，可以說在正離子濃度的檢測(cè)中不能得到大致高精度的檢測(cè)結(jié)果。這起因于在N溝道型的TFT中，在柵極電極 51的電位為負(fù)時(shí)漏極電流幾乎不流通。
另外，在具備P溝道型的TFT的離子傳感器中，與此相反，能夠高精度地計(jì)算出正離子濃度，但是難以高精度地計(jì)算出負(fù)離子濃度。
如上所述，在具備N溝道型或P溝道型TFT中的任一 TFT的單柵極離子傳感器中， 難以高精度地檢測(cè)兩離子。為了高精度地檢測(cè)兩離子，需要具備N溝道型和P溝道型TFT 雙方，成本變高。
進(jìn)一步，對(duì)如專利文獻(xiàn)2和3中記載的離子傳感器那樣、利用TFT的背柵的電位變化來檢測(cè)離子濃度的類型的離子傳感器(以下，也稱為“雙柵極傳感器”)進(jìn)行說明。
雙柵極傳感器利用離子傳感器天線捕集空氣中的離子，與離子傳感器天線連接的背柵的電位Vb根據(jù)離子傳感器天線所檢測(cè)到的離子的量而變化。另一方面，柵極的電位Vg 被設(shè)定在所期望的電位。而且，漏極電流(Id)根據(jù)Vb的變化而變化，根據(jù)該Id計(jì)算離子濃度。
圖13表示在圖12中表示的TFT50的Id-Vg曲線，是使背柵電極58的電位(Vb) 從一 6V變化至+6V時(shí)的Id — Vg曲線的圖表。S卩，圖13表示使TFT50作為雙柵極傳感器發(fā)揮作用的情況下的Id-Vg曲線。另外，源極與漏極間的電壓設(shè)定在+ IOV0
通過使用具有背柵的TFT，理論上能夠檢測(cè)兩離子。但是，如果不采取下述(I)或(2)的對(duì)策則不能使Λ Id變大，難以高精度地檢測(cè)出離子。(I)將與離子的吸附量成比例的背柵的電位設(shè)得大，(2)使背柵與溝道間的距離變小。不過，在使用在成本方面有利的非晶硅(a - Si)的情況下，由于a — Si與多晶硅(P - Si)等相比載流子的遷移率低，因此如果不將Id自身設(shè)得大則受到噪聲等的影響而難以高精度地檢測(cè)出離子。但是，當(dāng)增大Id 時(shí)，成為在Vg比閾值高的區(qū)域驅(qū)動(dòng)TFT，因此，Λ Id變小，難以高精度地檢測(cè)出離子。此外， 如果使背柵與溝道間的距離小，則TFT的成品率下降，因此成本仍然變高。
本發(fā)明是鑒于上述現(xiàn)狀而完成的，其目的在于提供低成本并且能夠高精度地檢測(cè)出正離子和負(fù)離子的離子傳感器和顯示裝置。
用于解決問題的方式
本發(fā)明的發(fā)明人對(duì)低成本并且能夠高精度地檢測(cè)出正離子和負(fù)離子的離子傳感器進(jìn)行各種研究后，發(fā)現(xiàn)通過將電容器連接至晶體管的柵極電極能夠使TFT的柵極的電位 Vg向正上突或向負(fù)下突，能夠?qū)g移位至適合于高精度地檢測(cè)離子的電壓區(qū)域，其結(jié)果是，即使是僅具備N溝道型的TFT和P溝道型的TFT中的任一種TFT的離子傳感器，也能夠高精度地檢測(cè)正離子和負(fù)離子的雙方，想到能夠出色地解決上述問題，達(dá)到了本發(fā)明。
S卩，本發(fā)明的一個(gè)方面是包括場(chǎng)效應(yīng)晶體管的離子傳感器，其特征在于上述離子傳感器還包括離子傳感器天線和電容器，上述離子傳感器天線和上述電容器的一個(gè)端子， 與上述場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極電極連接，上述電容器的另一個(gè)端子被施加電壓。
以下對(duì)上述離子傳感器進(jìn)行詳細(xì)說明。
上述離子傳感器包括場(chǎng)效應(yīng)晶體管(Field Effect Transistor,以下，也稱為 “FET”)，F(xiàn)ET的溝道的電阻根據(jù)所感知的離子的濃度而變化，將該變化作為FET的源極和漏極間的電流或電壓變化進(jìn)行檢測(cè)。
上述FET的種類并無特別限定,優(yōu)選薄膜晶體管(Thin FilmTransistor :以下也稱為“TFT”)和 MOSFET (Metal Oxide SemiconductorFET :金屬氧化物半導(dǎo)體 FET)。TFT 優(yōu)選用于有源矩陣驅(qū)動(dòng)方式的液晶顯示裝置和有機(jī)EL (Organic Electro — Luminescence) 顯示裝置。MOSFET適合應(yīng)用于LSI和IC等半導(dǎo)體芯片。
另外，TFT的半導(dǎo)體材料并無特別限定，例如能夠列舉非晶硅(a — Si)、多晶硅 (P - Si)、微晶硅(μ c - Si)、連續(xù)晶粒硅(CG - Si)、氧化物半導(dǎo)體等。此外，MOSFET的半導(dǎo)體材料并無特別限定，例如能夠列舉硅。
上述離子傳感器進(jìn)一步包括離子傳感器天線(以下，也簡(jiǎn)稱為“天線”)，上述離子傳感器天線與上述場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極電極連接。天線是感知(捕集)空氣中的離子的導(dǎo)電部件。更詳細(xì)而言，當(dāng)離子來到天線時(shí)天線的表面由于該離子而帶電，然后，與天線連接的 FET的柵極電極的電位變化，其結(jié)果是，F(xiàn)ET的溝道的電阻變化。
上述離子傳感器還包括電容器，上述電容器的一個(gè)端子與場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極電極連接，在上述電容器的另一個(gè)端子，被施加電壓。由此，在檢測(cè)FET的源極和漏極間的電流或電壓值時(shí)，在FET的導(dǎo)電型為N溝道型的情況下能夠使FET的柵極的電位向正的方向上突，在FET的導(dǎo)電型為P溝道型的情況下能夠使FET的柵極的電位向負(fù)的方向下突。因此，在N溝道型或P溝道型中，能夠使柵極的電位移位至適合于高精度地檢測(cè)離子的電壓區(qū)域。其結(jié)果是，能夠僅使用N溝道型和P溝道型中的任一種導(dǎo)電型的FET，高精度地檢測(cè)正離子和負(fù)離子的雙方。此外，因?yàn)閮H形成N溝道型和P溝道型中的任一種導(dǎo)電型的FET即可，所以能夠削減制造成本。
上述電容器的種類并無特別限定，優(yōu)選為具有單板型結(jié)構(gòu)的電容器。該電容器能夠同時(shí)形成FET的電極和配線，能夠降低成本。
作為上述離子傳感器的結(jié)構(gòu)，只要將這樣的構(gòu)成要素作為必須的構(gòu)成要素形成， 就不特別地被其它的構(gòu)成要素限定。
以下對(duì)上述離子傳感器的優(yōu)選方式進(jìn)行詳細(xì)說明。
優(yōu)選被施加至上述電容器的另一個(gè)端子的電壓可變。由此，能夠適當(dāng)?shù)卣{(diào)整Vg的上突或下突量，因此能夠容易地使Vg移動(dòng)至最佳的電壓區(qū)域。
也可以為如下方式上述FET是第一 FET，上述離子傳感器天線是第一離子傳感器天線，上述電容器是第一電容器，上述離子傳感器還包括第二 FET、第二離子傳感器天線和第二電容器，上述第二離子傳感器天線和上述第二電容器的一個(gè)端子，與上述第二 FET的柵極電極連接，上述第二電容器的另一個(gè)端子被施加電壓，上述第一電容器的電容的大小與上述第二電容器的電容的大小彼此不同。由此，即使向第一和第二電容器施加相同的電壓，在包括第一 FET的電路和包括第二 FET的電路，也能夠分別得到最佳的Vg的上突或下突量。
優(yōu)選上述第一和第二 FET包括a — Si或μ c — Si。a — Si和μ c — Si的遷移率比P — Si低。因此，如上所述，在包括a — Si或μ c — Si的現(xiàn)有的雙柵極傳感器，特別難以高精度地檢測(cè)兩離子。與此相對(duì)，根據(jù)上述離子傳感器，即使在包括a — Si或μ c — Si的情況下也能夠高精度地檢測(cè)正離子和負(fù)離子。即，能夠特別有效地發(fā)揮本發(fā)明的效果。 此外，通過使用比較廉價(jià)的a — Si或μ c — Si，能夠提供低成本且能夠高精度地檢測(cè)兩離子的離子傳感器。
本發(fā)明的其它方面為包括上述離子傳感器和包含顯示部驅(qū)動(dòng)電路的顯示部的顯示裝置，上述顯示裝置具有基板，上述顯示部驅(qū)動(dòng)電路的至少一部分、上述場(chǎng)效應(yīng)晶體管和上述離子傳感器天線，在上述基板的同一主面上形成。由此，能夠?qū)㈦x子傳感器設(shè)置在基板的邊框區(qū)域等空著的區(qū)域，此外，能夠利用形成顯示部驅(qū)動(dòng)電路的工序形成離子傳感器。其結(jié)果是，能夠提供具備上述離子傳感器和顯示部的、低成本且能夠?qū)崿F(xiàn)小型化的顯示裝置。
上述顯示裝置的種類并無特別限定，能夠優(yōu)選列舉平板面板顯示器(FPD)。作為 FPD,例如能夠列舉液晶顯示裝置、有機(jī)EL顯示器、等離子體顯示器等。
上述顯示部包括用于發(fā)揮顯示功能的要素，除了顯示部驅(qū)動(dòng)電路之外，例如包括顯示元件、光學(xué)薄膜等。上述顯示部驅(qū)動(dòng)電路是用于驅(qū)動(dòng)顯示元件的電路，例如包括TFT陣列、柵極驅(qū)動(dòng)器、源極驅(qū)動(dòng)器等電路。其中，優(yōu)選上述顯示部驅(qū)動(dòng)電路的至少一部分為TFT 陣列。
另外，所謂顯示元件是指具有發(fā)光功能或調(diào)光功能(光閘功能)的元件，按顯示裝置的每像素或子像素設(shè)置。
例如，液晶顯不裝置通常具備相對(duì)的一對(duì)基板和在兩基板之間具有調(diào)光功能的顯示元件。更具體而言，液晶顯示裝置的顯示元件通常包括一對(duì)電極和被夾持在兩基板之間的液晶。
此外，有機(jī)EL顯示器通常在基板上具備具有發(fā)光功能的顯示元件。更具體而言，有機(jī)EL顯示器的顯示元件通常包括將陽極、有機(jī)發(fā)光層和陰極疊層而得到的結(jié)構(gòu)。
此外，等離子體顯示器通常具備相對(duì)的一對(duì)基板和在兩基板之間具有發(fā)光功能的顯示元件。更具體而言，等離子體顯示器的顯示元件通常包括一對(duì)電極；在一個(gè)基板形成的突光體；和被封入在兩基板之間的稀有氣體。
作為上述顯示裝置的結(jié)構(gòu)，只要將這樣的構(gòu)成要素作為必須的構(gòu)成要素形成，就不特別地被其它的構(gòu)成要素限定。
以下對(duì)上述顯示裝置的優(yōu)選方式進(jìn)行詳細(xì)說明。另外，第一 FET和第一離子傳感器天線的方式還能夠適用于上述第二 FET和第二離子傳感器天線。
優(yōu)選上述FET是第一 FET，上述顯示部驅(qū)動(dòng)電路包括第三FET，上述第一 FET和離子傳感器天線(第一離子傳感器天線)、以及上述第三FET，在上述基板的同一主面上形成。 由此，能夠使得用于形成第一和第三FET的材料和工序的至少一部分相同，能夠削減第一和第三FET的形成所需的成本。
此外，在具備現(xiàn)有的離子傳感器和顯示部的裝置，離子傳感器一般利用平行平板型的電極。例如，專利文獻(xiàn)4中記載的離子傳感器具備相對(duì)的平板型的加速電極和捕集電極。這樣的平行平板型的離子傳感器由于制造上的加工精度的界限而難以進(jìn)行Pm級(jí)別的加工，因此難以實(shí)現(xiàn)小型化。在專利文獻(xiàn)5中記載的離子傳感器內(nèi)置家電產(chǎn)品用遙控裝置中，也在離子傳感器使用包括一組離子加速電極和離子捕集電極的平行平板電極，因此也難以實(shí)現(xiàn)小型化。另一方面，通過如上述方式那樣利用FET和天線作為離子傳感器元件，能夠利用光刻法制造離子傳感器元件，因此能夠進(jìn)行μ m級(jí)別的加工，與平行平板型離子傳感器相比能夠進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)小型化。此外，在液晶顯示面板，電極間間隙(TFT陣列基板與對(duì)置基板的間隙)一般為3 5μπι左右，考慮即使在TFT陣列基板和對(duì)置基板分別設(shè)置電極、形成平行平板型的離子傳感器，也難以將離子導(dǎo)入間隙。另一方面，如上述方式那樣利用FET和天線的離子傳感器元件不需要對(duì)置基板，因此能夠?qū)崿F(xiàn)具備離子傳感器的顯示裝置的小型化。
另外，所謂離子傳感器元件是指用于將空氣中的離子濃度轉(zhuǎn)換為電的物理量所需的最低限的元件。
上述第三FET的種類并無特別限定，優(yōu)選為TFT。TFT優(yōu)選適用于有源矩陣驅(qū)動(dòng)方式的液晶顯示裝置和有機(jī)EL顯示裝置。
另外，以第三FET為TFT的情況下的半導(dǎo)體材料并無特別限定，例如能夠列舉a — Si,P — Si、μ C — Si、CG - Si、氧化物半導(dǎo)體等，其中，優(yōu)選a — Si和μ c — Si。
優(yōu)選上述離子傳感器天線(第一離子傳感器天線)具有包括透明導(dǎo)電膜的表面(露出部)。換言之，優(yōu)選上述離子傳感器天線的表面被透明導(dǎo)電膜覆蓋。由此，能夠防止天線的非露出部(例如，包括金屬配線而構(gòu)成的部分)被暴露于外部環(huán)境而腐蝕。
優(yōu)選上述透明導(dǎo)電膜是第一導(dǎo)電膜，上述顯示部具有第二透明導(dǎo)電膜。透明導(dǎo)電膜兼具導(dǎo)電性和光學(xué)的透明性，因此，根據(jù)上述方式，能夠?qū)⒌诙该鲗?dǎo)電膜優(yōu)選用作顯示部的透明電極。此外，能夠使得用于形成第一透明導(dǎo)電膜和第二透明導(dǎo)電膜的材料和工序的至少一部分彼此相同，因此能夠以低成本形成第一透明導(dǎo)電膜。
上述第一透明導(dǎo)電膜和上述第二透明導(dǎo)電膜優(yōu)選包括相同的材料，進(jìn)一步優(yōu)選僅由包括相同的材料。由此，能夠以更低的成本形成第一透明導(dǎo)電膜。
作為上述第一透明導(dǎo)電膜和第二透明導(dǎo)電膜的材質(zhì)，沒有特別限定，例如優(yōu)選使用氧化銦錫(ITO :Indium Tin Oxide)、氧化銦鋒(IZO :Indium Zinc Oxide)、氧化鋒(ZnO)、 氟慘雜氧化錫(FTO Fluorine — doped TinOxide)等。
優(yōu)選上述第一 FET包括特性根據(jù)光而變化的半導(dǎo)體，上述半導(dǎo)體被遮光膜遮光。 作為特性根據(jù)光而變化的半導(dǎo)體，例如能夠列舉a — Si和μ c — Si等。因此，為了在離子傳感器中使用這些半導(dǎo)體，優(yōu)選進(jìn)行遮光而使得特性不發(fā)生變化。因此，通過對(duì)特性根據(jù)光而變化的半導(dǎo)體進(jìn)行遮光，能夠使特性根據(jù)光而變化的半導(dǎo)體不僅在顯示部而且在離子傳感器也很好地被使用。
上述遮光膜是從顯示裝置外部的光(外光)和/或顯示裝置內(nèi)部的光遮擋上述第一 FET的遮光膜。作為顯示裝置內(nèi)部的光，例如能夠列舉在顯示裝置內(nèi)部產(chǎn)生的反射光等。 此外，在顯示裝置為有機(jī)EL和等離子體顯示器等自發(fā)光型時(shí)，能夠列舉來自這些顯示裝置所具備的發(fā)光元件的光。另一方面，在作為非自發(fā)光型的液晶顯示裝置時(shí)，能夠列舉背光源的光。在顯示裝置內(nèi)部產(chǎn)生的反射光等為幾IOLx左右，對(duì)第一 FET的影響比較小。另一方面，作為外光，能夠列舉太陽光、室內(nèi)照明(例如熒光燈)等。太陽光為3000 100000LX，實(shí)際使用時(shí)(除了在暗室中的使用)的室內(nèi)的熒光燈為100 3000Lx，均對(duì)第一 FET產(chǎn)生較大影響。因此，上述遮光膜優(yōu)選為至少從外光遮擋上述第一 FET的遮光膜，更優(yōu)選為遮擋外光和顯示裝置的內(nèi)部的光雙方的遮光膜。
優(yōu)選上述遮光膜是第一遮光膜，上述顯示部具有第二遮光膜。由此，在作為本發(fā)明的顯示裝置例如使用液晶顯示裝置或有機(jī)EL顯示器的情況下，為了抑制混色，能夠在顯示部的各像素或子像素的邊界設(shè)置第二遮光膜。此外，能夠使得用于形成第一遮光膜和第二遮光膜的材料和工序中的至少一部分彼此相同，能夠以低成本形成第一遮光膜。
上述第一遮光膜和上述第二遮光膜優(yōu)選包括相同的材料，更優(yōu)選僅包括相同的材料。由此，能夠以更低成本形成第一遮光膜。
上述離子傳感器天線(第一離子傳感器天線)既可以與上述第一 FET的溝道區(qū)域不重疊，也可以重疊。天線通常由于不包括特性根據(jù)光而變化的半導(dǎo)體而不需要被遮光。即， 即使例如需要對(duì)第一 FET進(jìn)行遮光，也不需要在天線的周邊配置遮光膜。從而，如果如前者的方式那樣將天線設(shè)置在溝道區(qū)域外，則能夠不受第一 FET的配置場(chǎng)所制約地、自由地決定天線的配置場(chǎng)所。因此，能夠容易地在能夠更有效地檢測(cè)離子的場(chǎng)所、例如用于將大氣導(dǎo)向天線的流路或風(fēng)扇附近的場(chǎng)所等形成天線。另一方面，如果如后者的方式那樣將天線設(shè)置在溝道區(qū)域內(nèi)，則能夠使第一 FET的柵極電極本身作為天線發(fā)揮作用。從而，能夠進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)離子傳感器元件的小型化。
優(yōu)選上述離子傳感器的至少一部分和上述顯示部驅(qū)動(dòng)電路的至少一部分與共用的電源連接。通過使用共用的電源，與分別具有電源的離子傳感器和顯示部相比，能夠削減用于形成電源的成本和用于配置電源的空間。更具體而言，優(yōu)選至少第一 FET的源極或漏極和TFT陣列的TFT的柵極與共用的電源連接。
上述顯示裝置的產(chǎn)品并無特別限定，能夠優(yōu)選列舉電視機(jī)、個(gè)人計(jì)算機(jī)用顯示器等放置型顯示器。由此，能夠使該顯示器顯示放置型顯示器所放置的室內(nèi)環(huán)境的離子濃度。 此外，作為優(yōu)選例子，還能夠列舉移動(dòng)電話機(jī)、PDA(Personal Digital Assistants :個(gè)人數(shù)字助理)等便攜式設(shè)備。由此，能夠簡(jiǎn)便地測(cè)量各種場(chǎng)所的離子濃度。進(jìn)一步，作為優(yōu)選例子，還能夠列舉具備顯示部的離子產(chǎn)生裝置，由此能夠使顯示部顯示從離子產(chǎn)生裝置放出 的離子的濃度。發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明，能夠?qū)崿F(xiàn)低成本且能夠以高精度測(cè)量正離子和負(fù)離子的離子傳感器 和顯示裝置。


圖I是表示實(shí)施方式1、2的離子傳感器和顯示裝置的框圖。圖2是表示實(shí)施方式1、2的離子傳感器和顯示裝置的截面的截面示意圖。圖3是表示實(shí)施方式1、2的離子傳感器和顯示裝置的截面的截面示意圖。圖4是表示實(shí)施方式1、2的離子傳感器電路107和TFT陣列101的一部分的等效 電路。圖5是實(shí)施方式I的離子傳感器電路的時(shí)序圖。圖6是表示實(shí)施方式I的離子傳感器和顯示裝置的Id - Vg曲線的圖表。圖7是實(shí)施方式I的離子傳感器電路的時(shí)序圖。圖8是表示實(shí)施方式I的離子傳感器和顯示裝置的Id - Vg曲線的圖表。圖9是實(shí)施方式2的離子傳感器電路的時(shí)序圖。圖10是實(shí)施方式2的離子傳感器電路的時(shí)序圖。圖11是單柵極傳感器的Id — Vg曲線。圖12是具備背柵的TFT的截面示意圖。圖13是雙柵極傳感器的Id-Vg曲線。圖14是表示變形例的離子傳感器電路的等效電路。圖15是變形例的離子傳感器檢測(cè)用電路和離子傳感器檢測(cè)用電路的時(shí)序圖。圖16是表示實(shí)施方式I的離子傳感器電路的一部分的等效電路。圖17是表示實(shí)施方式I的其它離子傳感器電路的一部分的等效電路。
具體實(shí)施例方式以下，列舉實(shí)施方式，參照附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的說明，本發(fā)明并不僅限于這 些實(shí)施方式。(實(shí)施方式I)在本實(shí)施方式中，以包括N溝道型的TFT且檢測(cè)對(duì)象為空氣中的離子的離子傳感 器和具備該離子傳感器的液晶顯示裝置為例進(jìn)行說明。圖I是本實(shí)施方式的離子傳感器和 顯示裝置的框圖。本實(shí)施方式的顯示裝置110是液晶顯示裝置，包括用于檢測(cè)空氣中的離子濃度的 離子傳感器120 (離子傳感器部)和用于顯示各種視頻的顯示部130。顯示部130作為顯示 部驅(qū)動(dòng)電路115包括顯示部驅(qū)動(dòng)用TFT陣列101、柵極驅(qū)動(dòng)器(顯示用掃描信號(hào)線驅(qū)動(dòng)電路) 103和源極驅(qū)動(dòng)器(顯示用視頻信號(hào)線驅(qū)動(dòng)電路)104。離子傳感器120包括離子傳感器驅(qū) 動(dòng)/讀出電力105、演算處理LSI106和離子傳感器電路107。電源電路109被離子傳感器 120和顯示部130共用。離子傳感器電路107是至少包括將空氣中的離子濃度轉(zhuǎn)換為電的物理量所需的元件(優(yōu)選為FET和離子傳感器天線)的電路，包括檢測(cè)(捕集)離子的功能。
顯示部130具有與現(xiàn)有的液晶顯示裝置等的有源矩陣型的顯示裝置同樣的電路結(jié)構(gòu)。即，在形成有TFT陣列101的區(qū)域、即顯示區(qū)域，通過線串行驅(qū)動(dòng)來顯示視頻。
對(duì)離子傳感器120的功能進(jìn)行概略說明如下。首先，在離子傳感器電路107，檢測(cè) (捕集)空氣中的離子，生成與所檢測(cè)到的離子的量相應(yīng)的電壓值。該電壓值被發(fā)送至驅(qū)動(dòng) /讀出電路105，在此被轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。該信號(hào)被發(fā)送至LSI106，在此基于規(guī)定的計(jì)算方法演算離子濃度，并且生成用于在顯示區(qū)域顯示該演算結(jié)果的顯示用數(shù)據(jù)。該顯示用數(shù)據(jù)經(jīng)源極驅(qū)動(dòng)器104被發(fā)送至TFT陣列101，最終顯示與顯示數(shù)據(jù)相應(yīng)的離子濃度。電源電路109向TFT陣列101、柵極驅(qū)動(dòng)器103、源極驅(qū)動(dòng)器104和驅(qū)動(dòng)/讀出電路105供給電源。 驅(qū)動(dòng)/讀出電路105除了上述功能以外，還控制后述的上突/下突配線、復(fù)位配線和輸入配線，在所期望的定時(shí)向各個(gè)配線供給規(guī)定的電源。
另外，驅(qū)動(dòng)/讀出電路105也可以被包括在離子傳感器電路107、柵極驅(qū)動(dòng)器103、 源極驅(qū)動(dòng)器104等其它電路，還可以被包括在LSI106。
此外，在本實(shí)施方式中，也可以代替LSI106使用在個(gè)人計(jì)算機(jī)(PC)上發(fā)揮作用的軟件進(jìn)行演算處理。
使用圖2對(duì)顯示裝置110的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。圖2是通過圖I所示的線段Al — A2 切斷的狀態(tài)下的離子傳感器和顯示裝置的截面示意圖。離子傳感器120包括離子傳感器電路107、空氣離子導(dǎo)入/導(dǎo)出路徑42、風(fēng)扇(未圖示)和遮光膜12a (第一遮光膜)。離子傳感器電路107包括作為離子傳感器元件的、傳感器TFT (第一 FET) 30和離子傳感器天線41。 另一方面，顯示部130具備包括像素TFT (第三FET) 40的TFT陣列101、遮光膜12b (第二遮光膜)、包括RGB、RGBY等顏色的彩色濾光片13、液晶32和偏光板31a、31b。
天線41是檢測(cè)(捕集)空氣中的離子的導(dǎo)電部件，與傳感器TFT30的柵極連接。天線41包括被暴露在外部環(huán)境的部分(露出部)，當(dāng)在天線41的表面(露出部)附著離子時(shí)天線41的電位發(fā)生變化，與此相應(yīng)地，傳感器TFT30的柵極的電位也發(fā)生變化。其結(jié)果是，傳感器TFT30的源極與漏極間的電流和/或電壓發(fā)生變化。這樣，離子傳感器元件由天線41 和傳感器TFT30形成，由此，能夠比現(xiàn)有的平行平板型的離子傳感器更小型化。
導(dǎo)入/導(dǎo)出路徑42是用于有效地使天線41上通氣的路徑，通過風(fēng)扇，空氣從圖2 的跟前一側(cè)流向內(nèi)側(cè)或從內(nèi)側(cè)流向跟前一側(cè)。
此外，顯示裝置110包括大部分相對(duì)的兩個(gè)絕緣性基板la、lb，在基板la、lb之間夾持有液晶32。傳感器TFT30和TFT陣列101設(shè)置在基板la、lb相對(duì)的位置的、基板Ia (TFT陣列基板)的液晶一側(cè)的主面上。在TFT陣列101，像素TFT40呈矩陣狀地大量配置。 天線41、導(dǎo)入/導(dǎo)出路徑42和風(fēng)扇設(shè)置在基板la、Ib不相對(duì)的位置的、基板Ia的液晶一側(cè)的主面上。這樣，天線41設(shè)置在傳感器TFT30的溝道區(qū)域外。由此，能夠容易地在導(dǎo)入 /導(dǎo)出路徑42和風(fēng)扇的附近配置天線41，因此能夠高效地將大氣送入天線41。此外，傳感器TFT30和遮光膜12a設(shè)置在顯示部130的端部(邊框區(qū)域)。由此，能夠有效地利用邊框區(qū)域的空著的空間，因此，能夠不改變顯示裝置110的尺寸地形成離子傳感器電路107。
這樣，在基板Ia的同一主面上至少形成包含于離子傳感器電路107的傳感器 TFT30和離子傳感器天線41 ;以及包含于顯示部驅(qū)動(dòng)電路115的TFT陣列101。由此，能夠利用形成TFT陣列101的工序形成傳感器TFT30和離子傳感器天線41。
另一方面,遮光膜12a、12b和彩色濾光片13設(shè)置在基板la、Ib相對(duì)的位置的、基板Ib (對(duì)置基板)的液晶一側(cè)的主面上。遮光膜12a設(shè)置在與傳感器TFT30相對(duì)的位置， 遮光膜12b和彩色濾光片13設(shè)置在與TFT陣列101相對(duì)的位置。傳感器TFT30包括作為特性根據(jù)光而變化的半導(dǎo)體的a — Si，這一點(diǎn)在之后詳述。如上所述，傳感器TFT30通過被遮光膜12a遮光，能夠抑制a — Si的特性、即傳感器TFT30的輸出特性發(fā)生變化，因此能夠更高精度地檢測(cè)離子濃度。
偏光板31a、31b分別設(shè)置在基板la、Ib的與液晶相反一側(cè)(外側(cè))的主面上。
使用圖3對(duì)顯示裝置110的結(jié)構(gòu)進(jìn)行更詳細(xì)的說明。圖3是本實(shí)施方式的離子傳感器和顯示裝置的截面示意圖。
在絕緣性基板Ia的液晶一側(cè)的主面上依次疊層有第一導(dǎo)電層、絕緣膜3、氫化a — Si層、η + a — Si層、第二導(dǎo)電層、鈍化膜9和第三導(dǎo)電層。
在第一導(dǎo)電層形成離子傳感器天線電極2a、復(fù)位配線2b、后述的連接配線22、上突/下突電容電極2c和柵極電極2d、2e。這些電極在第一導(dǎo)電層形成，例如能夠利用濺射法和光刻法通過相同的工序由相同的材料形成。第一導(dǎo)電層由單層或疊層的金屬層形成。 具體而言，能夠列舉鋁(Al)的單層、下層為Al/上層為鈦(Ti)的疊層、下層為Al/上層為鑰 (Mo)的疊層等。關(guān)于復(fù)位配線2b、連接配線22和電容電極2c，使用圖4在之后進(jìn)行詳細(xì)說明。
絕緣膜3以覆蓋離子傳感器天線電極2a、復(fù)位配線2b、連接配線22、上突/下突電容電極2c和柵極電極2d、2e的方式設(shè)置在基板Ia上。在絕緣膜3上，形成有氫化a — Si 層4a、4b、n + a — Si層5a、5b、源極電極6a、6b、漏極電極7a、7b和上突/下突電容電極8。 源極電極6a、6b、漏極電極7a、7b和上突/下突電容電極8在第二導(dǎo)電層形成，例如能夠利用濺射法和光刻法通過相同的工序由相同的材料形成。第二導(dǎo)電層由單層或疊層的金屬層形成。具體而言，能夠列舉鋁(Al)的單層、下層為Al/上層為Ti的疊層、下層為Ti/上層為 Al的疊層等。此外，氫化a — Si層4a、4b例如能夠利用化學(xué)氣象沉積(CVD ChemicalVapor Deposition) CVD法和光刻法通過相同的工序由相同的材料形成。η + a — Si層5a、5b例如也能夠利用CVD法和光刻法通過相同的工序由相同的材料形成。如上所述，在形成各種電極和半導(dǎo)體時(shí)，能夠使材料和工序的至少一部分相同。由此，能夠削減包括各種電極和半導(dǎo)體的傳感器TFT30和像素TFT40的形成所需的成本。關(guān)于TFT30、40的構(gòu)成要素，在之后進(jìn)行更詳細(xì)的說明。
鈍化膜9以覆蓋氫化a — Si層4a、4b、η + a — Si層5a、5b、源極電極6a、6b、漏極電極7a、7b和電容電極8的方式設(shè)置在絕緣膜3上。在鈍化膜9上，形成有透明導(dǎo)電膜 Ila (第一透明導(dǎo)電膜)和透明導(dǎo)電膜Ilb (第二透明導(dǎo)電膜)。透明導(dǎo)電膜Ila經(jīng)貫通絕緣膜3和鈍化膜9的接觸孔IOa與天線電極2a連接。通過以使得天線電極2a不由于接觸孔 IOa而裸露的方式配置透明導(dǎo)電膜11a，能夠防止天線電極2a被暴露在外部環(huán)境而腐蝕。透明導(dǎo)電膜Ilb經(jīng)貫通鈍化膜9的接觸孔IOb與漏極電極7b連接。透明導(dǎo)電膜IlaUlb在第三導(dǎo)電層形成，例如能夠利用濺射法和光刻法通過相同的工序由相同的材料形成。第三導(dǎo)電層由單層或疊層的透明導(dǎo)電膜形成。具體而言，能夠列舉ΙΤ0、ΙΖ0膜等。另外，不需要構(gòu)成透明導(dǎo)電膜IlaUlb的所有的材料彼此完全相同，此外，不需要用于形成透明導(dǎo)電膜 IlaUlb的所有工序完全相同。例如，在透明導(dǎo)電膜Ila和/或透明導(dǎo)電膜Ilb具有多層結(jié)構(gòu)時(shí)，還能夠僅將在兩個(gè)透明導(dǎo)電膜共通的層通過相同的工序由相同的材料形成。如上所述，通過將用于形成透明導(dǎo)電膜Ilb的材料和工序的至少一部分挪用于透明導(dǎo)電膜Ila的形成，能夠以低成本形成透明導(dǎo)電膜11a。
此外，遮光膜12a和遮光膜12b也能夠通過相同的工序由相同的材料形成。具體而言，遮光膜12a、12b由鉻(Cr)等不透明的金屬膜、不透明的樹脂膜等形成。作為該樹脂膜，能夠列舉含有碳的丙烯樹脂等。如上所述，通過將用于形成遮光膜12b的材料和工序的至少一部分挪用于遮光膜12a的形成,能夠以低成本形成遮光膜12a。
對(duì)TFT30、40的構(gòu)成要素進(jìn)行更詳細(xì)的說明。傳感器TFT30由柵極電極2d、絕緣膜3、氫化a — Si層4a、η + a — Si層5a、源極電極6a和漏極電極7a形成。像素TFT40 由柵極電極2e、絕緣膜3、氫化a — Si層4b、n + a — Si層5b、源極電極6b和漏極電極7b 形成。絕緣膜3在傳感器TFT30和像素TFT40作為柵極絕緣膜發(fā)揮作用。TFT30、40是底柵型的TFT。在n+ a — Si層5a、5b摻雜有磷(P)等V族元素。即，傳感器TFT30和像素 TFT40是N溝道型TFT。
天線41由透明導(dǎo)電膜Ila和天線電極2a形成。此外，由上突/下突電容電極2c、 8和作為介電體發(fā)揮作用的絕緣膜3形成作為電容器的上突/下突電容43。電容電極2c 與柵極電極2d和天線電極2a連接，電容電極8與上突/下突配線23連接。由此，能夠增大柵極電極2d和天線41的電容，因此能夠抑制離子濃度的檢測(cè)中的外來噪聲的影響。從而，能夠使傳感器動(dòng)作更穩(wěn)定，能夠使精度更高。另外，能夠高精度地檢測(cè)兩離子，在之后進(jìn)行更詳細(xì)的說明。
接著，使用圖4，對(duì)離子傳感器電路107和TFT陣列101的電路結(jié)構(gòu)和動(dòng)作機(jī)構(gòu)進(jìn)行說明。圖4是表示本實(shí)施方式的離子傳感器電路107和TFT陣列101的一部分的等效電路。
首先，對(duì)TFT陣列101進(jìn)行說明。像素TFT40的柵極電極2d經(jīng)柵極總線Gn、Gn + I、…與柵極驅(qū)動(dòng)器103連接,源極電極6b經(jīng)源極總線Sm、Sm + I、…與源極驅(qū)動(dòng)器104 連接。像素TFT40的漏極電極7b與作為像素電極發(fā)揮作用的透明導(dǎo)電膜Ilb連接。像素 TFT40按每子像素設(shè)置，作為開關(guān)元件發(fā)揮作用。在柵極總線Gn、Gn+ I、…，以規(guī)定的定時(shí)從柵極驅(qū)動(dòng)器103被供給掃描脈沖(掃描信號(hào))，該掃描脈沖以線串行方式被施加至各像素TFT40。在源極總線Sm、Sm+ I、…，被供給在源極驅(qū)動(dòng)器104生成的任意的視頻信號(hào)和/或基于負(fù)離子濃度計(jì)算出的顯示用數(shù)據(jù)。然后，在與通過掃描脈沖的輸入在僅一定期間為導(dǎo)通狀態(tài)的像素TFT40連接的像素電極(透明導(dǎo)電膜11b)，以規(guī)定的定時(shí)被供給視頻信號(hào)和/或顯示用數(shù)據(jù)。被寫入液晶的規(guī)定電平的視頻信號(hào)和/或顯示用數(shù)據(jù)在被施加這些信號(hào)和/或數(shù)據(jù)的像素電極和與該像素電極相對(duì)的對(duì)置電極(未圖示)之間被保持一定期間。此處，與在這些像素電極和對(duì)置電極之間形成的液晶電容并列地形成液晶輔助電容 (Cs)36。液晶輔助電容36在各子像素、在漏極電極7a與液晶輔助電容線CsruCsn+丨、… 之間形成。另外，電容線Csn、Csn + I、…在第一導(dǎo)電層形成,與柵極配線Gn、Gn + I、… 平行地設(shè)置。
接著，對(duì)離子傳感器電路107的電路結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。在傳感器TFT30的漏極電極 7a連接有輸入配線20。輸入配線20被施加高電壓(High電壓)(+ 10V)或低電壓(Low電壓)(0V)，設(shè)輸入配線20的電壓為Vdd。在源極電極6a連接有輸出配線21。設(shè)輸出配線21的電壓為Vout。此外，在傳感器TFT30的柵極電極2d經(jīng)連接配線22連接天線41。進(jìn)一步，在連接配線22連接有復(fù)位配線2b。設(shè)配線22、2b彼此的交點(diǎn)(節(jié)點(diǎn))為node — Z。復(fù)位配線2b是用于使node - Z、即傳感器TFT30的柵極和天線41的電壓復(fù)位的配線。復(fù)位配線2b被施加高電壓(+ 20V)或低電壓(一 10V)，設(shè)復(fù)位配線2b的電壓為Vrst。進(jìn)一步， 在連接配線22，經(jīng)上突/下突電容43連接有上突/下突配線23。上突/下突配線23被施加高電壓或低電壓(例如一 10V)，設(shè)上突/下突配線23的電壓為Vrw。Vrw的高電壓和低電壓、即Vrw的波形能夠通過使分別供給高電壓和低電壓的電源的值變化而調(diào)整為所期望的值。另外，作為使電源的值變化的方法，能夠列舉下述(I)或(2)的方法。(I)準(zhǔn)備多個(gè)電源，通過開關(guān)(例如，半導(dǎo)體開關(guān)、晶體管等)切換與配線23連接的電源的方法。與哪一個(gè)電源連接、即該開關(guān)的連接目標(biāo)由來自主機(jī)一側(cè)的信號(hào)控制。更具體而言，能夠列舉如圖16 所示那樣準(zhǔn)備電源的值彼此不同的電源62、63，通過開關(guān)65、66切換與配線23連接的電源的方法。(2)在一個(gè)電源連接階梯電阻、選擇所要輸出的電壓(電阻)的方法。與哪一電壓 (電阻)連接由來自主機(jī)一側(cè)的信號(hào)控制。更具體而言，能夠列舉如圖17所示那樣在電源64 連接階梯電阻、通過開關(guān)67、68、69的導(dǎo)通斷開來選擇所要輸出的電壓(電阻)的方法。在輸出配線21連接有定電流電路25和模擬一數(shù)字轉(zhuǎn)換電路(ADC)26。定電流電路25包括N溝道型的TFT (定電流TFT)，定電流TFT的漏極與輸出配線21連接。定電流TFT的源極與定電流源連接，其電壓Vss被固定在比Vdd的高電壓低的電壓。定電流TFT的柵極與定電壓源連接。定電流TFT的柵極的電壓Vbais以在定電流TFT的源極與漏極之間流動(dòng)一定的電流(例如，I μ Α)的方式被固定在規(guī)定的值。定電流電路25和ADC26在驅(qū)動(dòng)/讀出電路105 內(nèi)形成。
另外，天線41、傳感器TFT30的柵極、復(fù)位配線2b、連接配線22和上突/下突電容 43，通過天線電極2a、柵極電極2d、復(fù)位配線2b、電容電極2c和連接配線22在第一導(dǎo)電層一體地形成而相互連接。另一方面，驅(qū)動(dòng)/讀出電路105、柵極驅(qū)動(dòng)器103和源極驅(qū)動(dòng)器104 各自不在基板Ia上直接形成，而在LSI芯片等半導(dǎo)體芯片形成，半導(dǎo)體芯片安裝在基板Ia 上。
接著，使用圖5 8對(duì)離子傳感器電路的動(dòng)作機(jī)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)說明。圖5是檢測(cè)負(fù)離子濃度時(shí)的本實(shí)施方式的離子傳感器電路的時(shí)序圖，圖6是表示本實(shí)施方式的離子傳感器和顯示裝置的Id - Vg曲線的圖表。此外，圖7是檢測(cè)正離子濃度時(shí)的本實(shí)施方式的離子傳感器電路的時(shí)序圖，圖8是表示本實(shí)施方式的離子傳感器和顯示裝置的Id - Vg曲線的圖表。
首先，使用圖5和6對(duì)負(fù)離子濃度的檢測(cè)進(jìn)行說明。在初始狀態(tài)，Vrst被設(shè)定在低電壓(一 10V)。此時(shí)，作為用于將Vrst設(shè)定在低電壓(一 10V)的電源，能夠挪用用于向像素TFT40的柵極電極2e施加低電壓(一 10V)的電源。此外，在初始狀態(tài)，Vdd被設(shè)定在低電壓(0V)。在開始離子濃度的檢測(cè)之前，首先，對(duì)復(fù)位配線2b施加高電壓(+ 20V)，天線 41的電壓(node — Z的電壓)被復(fù)位至+ 20V。此時(shí)，作為用于在復(fù)位配線2b設(shè)定為高電壓(+ 20V)的電源，能夠挪用用于向像素TFT40的柵極電極2e施加高電壓(+ 20V)的電源。在node - Z的電壓被復(fù)位后，復(fù)位配線2b被保持在高阻抗?fàn)顟B(tài)。然后，開始離子的導(dǎo)入，當(dāng)負(fù)離子在天線41被捕集時(shí)，被復(fù)位至+ 20V的、即被充電為正的node — Z的電壓被負(fù)離子中和而下降(傳感動(dòng)作)。負(fù)離子濃度越高，電壓下降的速度越快。從導(dǎo)入離子起經(jīng)過規(guī)定的時(shí)間之后，向輸入配線20暫時(shí)施加高電壓(+ 10V)。即，向輸入配線20施加+ IOV的脈沖電壓。同時(shí)，向上突/下突配線23施加任意的正的脈沖電壓(高電壓)，經(jīng)上突/下突電容43使node — Z的電壓上突。此外，輸出配線21與定電流電路25連接。從而，當(dāng)向輸入配線20施加+ IOV的脈沖電壓時(shí)，在輸入配線20和輸出配線21流動(dòng)一定的電流。不過，輸出配線21的電壓Vout根據(jù)傳感器TFT30的柵極的打開情況、即上突的node — Z的電壓的差而變化。通過利用ADC26檢測(cè)該電壓Vout，能夠檢測(cè)負(fù)離子濃度。另外，不設(shè)置定電流電路25，而通過檢測(cè)根據(jù)node — Z的電壓的差而變化的輸出配線21的電流Id，也能夠檢測(cè)負(fù)離子濃度。向上突/下突配線23施加的正的電壓以如圖6所示那樣使得Vg進(jìn)入Λ Id/Λ Vg成為所期望的值以上的電壓區(qū)域的方式、即能夠確保高S/N比的方式被設(shè)定。由此，即使不使node - Z的電壓上突，只要Vg進(jìn)入適合于負(fù)離子濃度的檢測(cè)的電壓區(qū)域，就不需要使node - Z的電壓上突。 接著，使用圖7和8對(duì)正離子濃度的檢測(cè)進(jìn)行說明。在初始狀態(tài)，Vrst被設(shè)定在高電壓(+ 20V)。此時(shí)，作為用于將Vrst設(shè)定在高電壓(+ 20V)的電源，能夠挪用用于向像素TFT40的柵極電極2e施加高電壓(+ 20V)的電源。此外，在初始狀態(tài)，Vdd被設(shè)定在低電壓(0V)。在開始離子濃度的檢測(cè)之前，首先，對(duì)復(fù)位配線2b施加低電壓(一10V)，天線41的電壓(node — Z的電壓)被復(fù)位至一 10V。此時(shí)，作為用于在復(fù)位配線2b設(shè)定為低電壓(-10V)的電源，能夠挪用用于向像素TFT40的柵極電極2e施加低電壓(一 10V)的電源。在node - Z的電壓被復(fù)位后，復(fù)位配線2b被保持在高阻抗?fàn)顟B(tài)。然后，開始離子的導(dǎo)入，當(dāng)正離子在天線41被捕集時(shí)，被復(fù)位至一 10V的、即被充電為負(fù)的node — Z的電壓被正離子中和而上升(傳感動(dòng)作)。正離子濃度越高，電壓上升的速度越快。從導(dǎo)入離子起經(jīng)過規(guī)定的時(shí)間之后，向輸入配線20暫時(shí)施加高電壓(+ 10V)。S卩，向輸入配線20施加+ 10V的脈沖電壓。同時(shí)，向上突/下突配線23施加任意的正的脈沖電壓(高電壓)，經(jīng)上突/下突電容43使node-Z的電壓上突。此外，輸出配線21與定電流電路25連接。從而，當(dāng)向輸入配線20施加+ 10V的脈沖電壓時(shí)，在輸入配線20和輸出配線21流動(dòng)一定的電流。不過，輸出配線21的電壓Vout根據(jù)傳感器TFT30的柵極的打開情況、即上突的node — Z的電壓的差而變化。通過利用ADC26檢測(cè)該電壓Vout，能夠檢測(cè)正離子濃度。另外，不設(shè)置定電流電路25，而通過檢測(cè)根據(jù)node — Z的電壓的差而變化的輸出配線21的電流Id，也能夠檢測(cè)正離子濃度。向上突/下突配線23施加的正的電壓以如圖8所示那樣使得Vg進(jìn)入AId/AVg成為所期望的值以上的電壓區(qū)域的方式、即能夠確保高S/N比的方式被設(shè)定。另外，在本實(shí)施方式中，Vdd的高電壓并不特別限定在+ 10V，也可以為與被施加至復(fù)位配線2b的高電壓、即被施加至像素TFT40的柵極電極2e的高電壓相同的+ 20V。由此，作為用于施加Vdd的高電壓的電源，能夠挪用用于向像素TFT40的柵極電極2e施加高電壓的電源。此外，也可以令不使node - Z的電壓上突的狀態(tài)時(shí)的上突/下突配線23的電壓(Vrw的低電壓)與被施加至像素TFT40的柵極電極2e的低電壓為相同的一 10V。由此，作為用于施加Vrw的低電壓的電源，能夠挪用用于向像素TFT40的柵極電極2e施加低電壓的電源。另一方面，使node - Z的電壓上突時(shí)的上突/下突配線23的電壓(Vrw的高電壓)如上述那樣以使得Λ Id/AVg變大的方式被適當(dāng)?shù)卦O(shè)定。(實(shí)施方式2)實(shí)施方式2的顯示裝置在以下方面以外具有與實(shí)施方式I同樣的結(jié)構(gòu)。S卩，實(shí)施方式I的顯示裝置具備能夠使用N溝道型的傳感器TFT30檢測(cè)大氣中的離子濃度的離子傳感器，而實(shí)施方式2的顯示裝置具備能夠使用P溝道型的傳感器TFT30檢測(cè)大氣中的離子濃度的離子傳感器。具體而言,代替n + a — Si層5a、5b形成口 + 3 — 5;[層,在口 + 3 — 5丨層摻雜有硼(B)等III族元素。即，在本實(shí)施方式中，傳感器TFT30和像素TFT40是P溝道型TFT。此外，在上突/下突配線23被施加高電壓(例如+ 20V)或低電壓，Vrw的低電壓能夠調(diào)整為所期望的值。接著，使用圖9和10對(duì)離子傳感器電路的動(dòng)作機(jī)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)說明。圖9是檢測(cè)負(fù)離子濃度時(shí)的本實(shí)施方式的離子傳感器電路的時(shí)序圖，圖10是檢測(cè)正離子濃度時(shí)的本實(shí)施方式的離子傳感器電路的時(shí)序圖。首先，使用圖9對(duì)負(fù)離子濃度的檢測(cè)進(jìn)行說明。在初始狀態(tài)，Vrst被設(shè)定在低電 壓(一 10V)。此時(shí)，作為用于將Vrst設(shè)定在低電壓(一 10V)的電源，能夠挪用用于向像素TFT40的柵極電極2e施加低電壓(一 10V)的電源。此外，在初始狀態(tài)，Vdd被設(shè)定在低電壓(0V)。在開始離子濃度的檢測(cè)之前，首先，對(duì)復(fù)位配線2b施加高電壓(+ 20V)，天線41的電壓(node - Z的電壓)被復(fù)位至+ 20V。此時(shí)，作為用于在復(fù)位配線2b設(shè)定為高電壓(+20V)的電源，能夠挪用用于向像素TFT40的柵極電極2e施加高電壓(+ 20V)的電源。在node - Z的電壓被復(fù)位后，復(fù)位配線2b被保持在高阻抗?fàn)顟B(tài)。然后，開始離子的導(dǎo)入，當(dāng)負(fù)離子在天線41被捕集時(shí)，被復(fù)位至+ 20V的、即被充電為正的node — Z的電壓被負(fù)離子中和而下降(傳感動(dòng)作)。負(fù)離子濃度越高，電壓下降的速度越快。從導(dǎo)入離子起經(jīng)過規(guī)定的時(shí)間之后，向輸入配線20暫時(shí)施加高電壓(+ 10V)。即，向輸入配線20施加+ IOV的脈沖電壓。同時(shí)，向上突/下突配線23施加任意的負(fù)的脈沖電壓(低電壓)，經(jīng)上突/下突電容43使node — Z的電壓下突。此外，輸出配線21與定電流電路25連接。從而，當(dāng)向輸入配線20施加+ IOV的脈沖電壓時(shí)，在輸入配線20和輸出配線21流動(dòng)一定的電流。不過，輸出配線21的電壓Vout根據(jù)傳感器TFT30的柵極的打開情況、即下突的node — Z的電壓的差而變化。通過利用ADC26檢測(cè)該電壓Vout，能夠檢測(cè)負(fù)離子濃度。另外，不設(shè)置定電流電路25，而通過檢測(cè)根據(jù)node — Z的電壓的差而變化的輸出配線21的電流Id，也能夠檢測(cè)負(fù)離子濃度。向上突/下突配線23施加的負(fù)的電壓以使得Vg進(jìn)入Ald/AVg成為所期望的值以上的電壓區(qū)域的方式、即能夠確保高S/N比的方式被設(shè)定。接著，使用圖10對(duì)正離子濃度的檢測(cè)進(jìn)行說明。在初始狀態(tài)，Vrst被設(shè)定在高電壓(+ 20V)。此時(shí)，作為用于將Vrst設(shè)定在高電壓(+ 20V)的電源，能夠挪用用于向像素TFT40的柵極電極2e施加高電壓(+ 20V)的電源。此外，在初始狀態(tài)，Vdd被設(shè)定在低電壓(0V)。在開始離子濃度的檢測(cè)之前，首先，對(duì)復(fù)位配線2b施加低電壓(-10V)，天線41的電壓(node — Z的電壓)被復(fù)位至一 10V。此時(shí)，作為用于在復(fù)位配線2b設(shè)定為低電壓(一10V)的電源，能夠挪用用于向像素TFT40的柵極電極2e施加低電壓(一 10V)的電源。在node - Z的電壓被復(fù)位后，復(fù)位配線2b被保持在高阻抗?fàn)顟B(tài)。然后，開始離子的導(dǎo)入，當(dāng)正離子在天線41被捕集時(shí)，被復(fù)位至一 10V的、即被充電為負(fù)的node — Z的電壓被正離子中和而上升(傳感動(dòng)作)。正離子濃度越高，電壓上升的速度越快。從導(dǎo)入離子起經(jīng)過規(guī)定的時(shí)間之后，向輸入配線20暫時(shí)施加高電壓(+ 10V)。即，向輸入配線20施加+ 10V的脈沖電壓。同時(shí)，向上突/下突配線23施加任意的負(fù)的脈沖電壓(低電壓)，經(jīng)上突/下突電容43使node — Z的電壓下突。此外，輸出配線21與定電流電路25連接。從而，當(dāng)向輸入配線20施加+ IOV的脈沖電壓時(shí)，在輸入配線20和輸出配線21流動(dòng)一定的電流。不過，輸出配線21的電壓Vout根據(jù)傳感器TFT30的柵極的打開情況、即下突的node — Z的電壓的差而變化。通過利用ADC26檢測(cè)該電壓Vout，能夠檢測(cè)正離子濃度。另外，不設(shè)置定電流電路25，而通過檢測(cè)根據(jù)node — Z的電壓的差而變化的輸出配線21的電流Id，也能夠檢測(cè)正離子濃度。向上突/下突配線23施加的負(fù)的電壓以使得Vg進(jìn)入Ald/AVg成為所期望的值以上的電壓區(qū)域的方式、即能夠確保高S/N比的方式被設(shè)定。由此，即使不使node —Z的電壓下突，只要Vg進(jìn)入適合于正離子濃度的檢測(cè)的電壓區(qū)域，就不需要使node - Z的電壓下突。另外，在本實(shí)施方式中，Vdd的高電壓并不特別限定在+ 10V，也可以為與被施加至復(fù)位配線2b的高電壓、即被施加至像素TFT40的柵極電極2e的高電壓相同的+ 20V。由此，作為用于施加Vdd的高電壓的電源，能夠挪用用于向像素TFT40的柵極電極2e施加高電壓的電源。此外，也可以令不使node - Z的電壓下突的狀態(tài)時(shí)的上突/下突配線23的電壓(Vrw的高電壓)與被施加至像素TFT40的柵極電極2e的高電壓為相同的+ 20V。由此，作為用于施加Vrw的高電壓的電源，能夠挪用用于向像素TFT40的柵極電極2e施加高電壓的電源。另一方面，node-Z的電壓下突時(shí)的上突/下突配線23的電壓(Vrw的低電壓)，如上述那樣以使得Λ Id/Λ Vg變大的方式適當(dāng)?shù)卦O(shè)定。如上所述，實(shí)施方式1、2的離子傳感器和具備該離子傳感器的顯示裝置通過使node 一 Z的電壓上突或下突，能夠僅使用N溝道型TFT和P溝道型TFT中的任一種TFT，高精度地檢測(cè)正離子和負(fù)離子這兩離子。另外，在實(shí)施方式1、2，node 一 Z的上突或下突電壓由(上突/下突電容43的大小)/ (node — Z的總電容的大小)X AVpp的數(shù)學(xué)式?jīng)Q定。式中，Δ Vpp是Vrw的高電壓與Vrw的低電壓的差。從而，在實(shí)施方式1、2，能夠通過調(diào)節(jié)上突/下突電容43的大小和/或AVpp來調(diào)整node — Z的上突/下突電壓。以下說明實(shí)施方式I和2的變形例。如上所述，node — Z的上突/下突電壓還根據(jù)上突/下突電容43的大小而變化。 從而，也可以制作負(fù)離子檢測(cè)用電路和正離子檢測(cè)用電路，以在各個(gè)電路使得node — Z電壓成為最佳的方式使各個(gè)電路的上突/下突電容的大小彼此不同。使用圖14和圖15對(duì)在實(shí)施方式I中應(yīng)用本變形例的情況進(jìn)行更詳細(xì)的說明，在實(shí)施方式2中也能夠基于相同的想法應(yīng)用本變形例。圖14是表示變形例的離子傳感器電路207的等效電路。離子傳感器電路207包括負(fù)離子檢測(cè)用路201和正離子檢測(cè)用電路202。電路201包括傳感器TFT (第一 FET)30、離子傳感器天線(第一離子傳感器天線)41和上突/下突電容60 (第一電容器)。電路202包括傳感器TFT (第二 FET) 30、離子傳感器天線(第二離子傳感器天線)41和上突/下突電容61 (第二電容器)。在電路201和電路202中的各個(gè)電路，除了代替上突/下突電容43具有上突/下突電容60和61以外，與實(shí)施方式I的離子傳感器電路107相同。電容60的大小(Cl)和電容61的大小(C2)被設(shè)定為彼此不同的值，Cl被設(shè)定為最適合于檢測(cè)負(fù)離子的值，C2被設(shè)定為最適合于檢測(cè)正離子的值。圖15是變形例的負(fù)離子檢測(cè)用電路和正離子檢測(cè)用電路的時(shí)序圖。被施加至電容60的脈沖電壓的波形(Vrw的波形)與被施加至電容61的脈沖電壓的波形(Vrw的波形)相同，電路201和電路202能夠使用共用的電源。但是，因?yàn)镃l和C2彼此不同，所以在電路201和電路202，node 一 Z的上突電壓不同，能夠得到最適合于各個(gè)電路的node-Z的上關(guān)電壓。另外，在本變形例中，也可以在電路201和202進(jìn)一步使Vrw的波形彼此不同，調(diào)整node - Z的上突電壓。在實(shí)施方式I和2中，使用液晶顯示裝置為例進(jìn)行了說明，但各實(shí)施方式的顯示裝置也可以為有機(jī)EL顯示器、等離子體顯示器等FPD。定電流電路25也可以不設(shè)置。即，也可以通過檢測(cè)傳感器TFT30的源極和漏極間的電流來計(jì)算離子濃度。 在離子傳感器120形成的TFT的導(dǎo)電型與在顯示部130形成的TFT的導(dǎo)電型也可以彼此不同。也可以代替a — Si層使用Uc — Si層、P — Si層、CG — Si層、氧化物+導(dǎo)體層。其中，yc — Si層與a —Si層同樣對(duì)于光的敏感度高，因此，優(yōu)選包含yc —Si層的TFT被遮光。另一方面，P — Si層、CG — Si層和氧化物半導(dǎo)體對(duì)于光的敏感度低，因此，包含P-Si層或CG — Si層的TFT也可以不被遮光。另外，在離子傳感器120形成的TFT所包括的半導(dǎo)體的種類與在顯示部130形成的TFT的半導(dǎo)體的種類也可以彼此不同，從簡(jiǎn)化制造工序的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選相同。在基板Ia上形成的TFT的種類并不限定于底柵型，也可以為頂柵型、平面型等。此外，例如在傳感器TFT30為平面型的情況下，天線41也可以在TFT30的溝道區(qū)域上形成。即，也可以使柵極電極2d露出，使柵極電極2d自身作為離子傳感器天線發(fā)揮作用。另外，在離子傳感器120形成的TFT種類與在顯示部130形成的TFT的種類也可以彼此不同。柵極驅(qū)動(dòng)器103、源極驅(qū)動(dòng)器104和驅(qū)動(dòng)/讀出電路105也可以形成為單片，并直接形成在基板Ia上。在實(shí)施方式I和2，以檢測(cè)空氣中的正或負(fù)離子的濃度的離子傳感器為例，本發(fā)明的離子傳感器的檢測(cè)對(duì)象種類并不限定于空氣中的離子，也可以為檢測(cè)溶液中的離子的離子傳感器。具體而言，也可以為作為檢測(cè)蛋白質(zhì)、DNA、抗體等的生物傳感器發(fā)揮作用的傳感器。上述實(shí)施方式在不脫離本發(fā)明的趣旨的范圍內(nèi)，也可以適當(dāng)?shù)亟M合。另外，本申請(qǐng)以2010年6月3日提出申請(qǐng)的日本專利申請(qǐng)2010 — 128167號(hào)作為基礎(chǔ)，主張基于巴黎公約和進(jìn)入國(guó)的法規(guī)的優(yōu)先權(quán)。該申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容被納入本申請(qǐng)中作為參照。附圖標(biāo)記的說明la、Ib:絕緣性基板2a :離子傳感器天線電極2b :復(fù)位配線2c、8 :上突/下突電容電極2d、2e、51 :柵極電極
3、52、57 :絕緣膜4a、4b、53 :氫化 a — Si 層5a、5b、54 n + a — Si 層6a、6b、55 :源極電極7a、7b、56 :漏極電極9 :鈍化膜10a、10b :接觸孔Ila :透明導(dǎo)電膜(第一透明導(dǎo)電膜) Ilb :透明導(dǎo)電膜(第二透明導(dǎo)電膜)12a:遮光膜(第一遮光膜)12b :遮光膜(第二遮光膜)13 :彩色濾光片20:輸入配線21 :輸出配線22:連接配線23:上突/下突配線25:定電流電路26 :模擬一數(shù)字轉(zhuǎn)換電路(ADC)30 :傳感器 TFT (第一 FET、第 FET)31a、31b:偏光板32:液晶36 :液晶輔助電容(Cs)40 :像素 TFT (第三 FET)41 :離子傳感器天線(第一離子傳感器天線、第二離子傳感器天線)42 :空氣離子導(dǎo)入/導(dǎo)出路徑43:上突/下突電容50 : TFT58:背柵電極59 :基板60 :上突/下突電容(第一電容器)61 :上突/下突電容(第二電容器)62、63、64:電源65、66、67、68、69 :開關(guān)101 :顯示部驅(qū)動(dòng)用TFT陣列103 :柵極驅(qū)動(dòng)器(顯示用掃描信號(hào)線驅(qū)動(dòng)電路)104 :源極驅(qū)動(dòng)器(顯示用視頻信號(hào)線驅(qū)動(dòng)電路)105 :離子傳感器驅(qū)動(dòng)/讀出電路106:演算處理 LSI107、207 :離子傳感器電路
109:電源電路110:顯示裝置115 :顯示部驅(qū)動(dòng)電路120、125 :離子傳感器
130、135:顯示部201:負(fù)離子檢測(cè)用電路202:正離子檢測(cè)用電路
權(quán)利要求
1.一種離子傳感器，其特征在于 其是包括場(chǎng)效應(yīng)晶體管的離子傳感器， 所述離子傳感器還包括離子傳感器天線和電容器， 所述離子傳感器天線和所述電容器的一個(gè)端子，與所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極電極連接， 所述電容器的另一個(gè)端子被施加電壓。
2.如權(quán)利要求I所述的離子傳感器，其特征在于 所述電壓是可變的。
3.如權(quán)利要求I或2所述的離子傳感器，其特征在于 所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管是第一場(chǎng)效應(yīng)晶體管， 所述離子傳感器天線是第一離子傳感器天線， 所述電容器是第一電容器， 所述離子傳感器還包括第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管、第二離子傳感器天線和第二電容器， 所述第二離子傳感器天線和所述第二電容器的一個(gè)端子，與所述第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極電極連接， 所述第二電容器的另一個(gè)端子被施加電壓， 所述第一電容器的電容的大小與所述第二電容器的電容的大小彼此不同。
4.如權(quán)利要求I至3中任一項(xiàng)所述的離子傳感器，其特征在于 所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管包括非晶硅或微晶硅。
5.一種顯示裝置，其特征在于 所述顯示裝置包括權(quán)利要求I至4中任一項(xiàng)所述的離子傳感器；和包含顯示部驅(qū)動(dòng)電路的顯示部， 所述顯示裝置具有基板， 所述顯示部驅(qū)動(dòng)電路的至少一部分、所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管和所述離子傳感器天線，在所述基板的同一主面上形成。
全文摘要
本發(fā)明提供低成本且能夠高精度地檢測(cè)正離子和負(fù)離子的離子傳感器和顯示裝置。本發(fā)明是包括場(chǎng)效應(yīng)晶體管的離子傳感器，上述離子傳感器還包括離子傳感器天線和電容器，上述離子傳感器天線和上述電容器的一個(gè)端子與上述場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極電極連接，在上述電容器的另一個(gè)端子被施加電壓。
文檔編號(hào)G01N27/60GK102933959SQ20118002737
公開日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2011年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月3日
發(fā)明者村井淳人, 片岡義晴, 渡部卓哉, 久田祐子, 堀內(nèi)智 申請(qǐng)人:夏普株式會(huì)社