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)地說，涉及在離子發(fā)生裝置等中以適當(dāng)?shù)母呔葴y(cè)定離子濃度的離子傳感器和具有該離子傳感器的顯示裝置。
背景技術(shù)：
近年來，發(fā)現(xiàn)利用產(chǎn)生到空氣中的正離子和負(fù)離子(以下稱為“兩種離子”或簡稱為“離子”)殺死浮游在空氣中的細(xì)菌從而清潔空氣的技術(shù)，應(yīng)用該技術(shù)的空氣凈化器等的離子發(fā)生裝置與注重舒適性和健康的時(shí)代相符，因而備受矚目。
然而，由于離子不能被肉眼看到,所以不能直接用看來確認(rèn)。而另一方面，對(duì)空氣凈化器的使用者而言，自然會(huì)想要知道離子是否在正常地產(chǎn)生，是否實(shí)際上產(chǎn)生了期望濃度的尚子。
關(guān)于這一點(diǎn)，已知具有計(jì)測(cè)大氣中的離子濃度的離子傳感器、并具有顯示由該離子傳感器計(jì)測(cè)到的離子濃度的顯示部的空氣調(diào)節(jié)機(jī)或空氣凈化器(例如參照專利文獻(xiàn)I)。
當(dāng)然，為了正確地獲知產(chǎn)生到空氣中的離子的濃度，優(yōu)選離子傳感器為高精度。
關(guān)于這一點(diǎn)，公開了 通過使施加于背柵(back gate)的電壓變化，來調(diào)節(jié)柵極電極的電位，抑制閾值的偏差的生物傳感器(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形成，使測(cè)定環(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)。
另外，已知具有對(duì)從離子發(fā)生部產(chǎn)生的正離子和負(fù)離子進(jìn)行定量的離子傳感器部和顯示所定量的離子量的顯示部的離子發(fā)生元件(例如參照專利文獻(xiàn)4)。而且，已知具有對(duì)大氣中的離子濃度進(jìn)行計(jì)測(cè)的離子傳感器和顯示家電制品當(dāng)前是何種狀態(tài)的顯示部的內(nèi)置離子傳感器家電制品用遙控器(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)明要解決的課題
但是，專利文獻(xiàn)I 3中記載的現(xiàn)有的離子傳感器，對(duì)于帶電和電噪聲等外來噪聲的抵抗弱，傳感器的動(dòng)作不穩(wěn)定，難以穩(wěn)定地以高精度測(cè)定離子濃度。
本發(fā)明是鑒于上述現(xiàn)狀而完成的，其目的在于提供一種能夠穩(wěn)定地以高精度測(cè)定離子濃度的離子傳感器和顯示裝置。
用于解決課題的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明者對(duì)穩(wěn)定地以高精度測(cè)定離子濃度的離子傳感器進(jìn)行各種探討后，著眼于作為檢測(cè)(捕捉)空氣中的離子的導(dǎo)電部件的離子傳感器天線。而且，認(rèn)識(shí)到在現(xiàn)有的離子傳感器中，離子傳感器天線被置于電浮置的狀態(tài)，因此，對(duì)于帶電和電噪聲等外來噪聲的抵抗弱，傳感器的動(dòng)作不穩(wěn)定，不能穩(wěn)定地以高精度測(cè)定離子濃度，并且認(rèn)識(shí)到通過設(shè)置與離子傳感器天線和場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極連接的復(fù)位單元，利用復(fù)位單元將柵極電極和離子傳感器天線的電位控制到規(guī)定的電位，能夠在進(jìn)行離子濃度的測(cè)定之前將場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極電極和離子傳感器天線的電位復(fù)位到規(guī)定的電位，即能夠校正，從而想到能夠很好地解決上述課題的方案，完成本發(fā)明。
S卩，本發(fā)明的一個(gè)方面是一種離子傳感器，其包含場(chǎng)效應(yīng)晶體管，上述離子傳感器還包含離子傳感器天線和復(fù)位單元，上述離子傳感器天線和上述復(fù)位單元，與上述場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極電極連接，上述復(fù)位單元能夠?qū)⑸鲜鰱艠O電極和上述離子傳感器天線的電位控制為規(guī)定的電位。
以下對(duì)上述離子傳感器進(jìn)行詳述。
上述離子傳感器包含場(chǎng)效應(yīng)晶體管(Field Effect Transistor,以下稱為 “FET”)，F(xiàn)ET的溝道的電阻與感知的離子濃度相應(yīng)地變化，將該變化作為FET的源極與漏極間的電流或電壓變化檢測(cè)(通過檢測(cè)FET的源極與漏極間的電流或電壓變化來獲知該變化)。
上述FET的種類沒有特別限定，但優(yōu)選薄膜晶體管(Thin FilmTransistor, 以下稱為 “TFT”)和 MOSFET(Metal Oxide SemiconductorFET :金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)。TFT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(0rganic Electro-Luminescence :有機(jī)電致發(fā)光)顯示裝置。MOSFET適用于LSI和IC等半導(dǎo)體芯片。
另外，TFT的半導(dǎo)體材料并不特別限定，可以列舉例如非晶硅(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。另外，MOSFET的半導(dǎo)體材料并不特別限定，可以列舉例如硅。
上述離子傳感器還具有離子傳感器天線(以下簡稱為“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(捕捉)空氣中的離子的導(dǎo)電部件。 更詳細(xì)地說，天線遇到離子時(shí)天線的表面因離子而帶電，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。
而且，上述離子傳感器還包含復(fù)位單元，上述復(fù)位單元與上述場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極電極連接，能夠?qū)⑸鲜鰱艠O電極和上述離子傳感器天線的電位控制為規(guī)定的電位。由此， 能夠?qū)ET的柵極電極和天線的電位復(fù)位到規(guī)定的電位，即能夠在校正后開始離子濃度的測(cè)定。因此，對(duì)帶電和電噪聲等外來噪聲的抵抗強(qiáng)，傳感器動(dòng)作穩(wěn)定，能夠?qū)崿F(xiàn)精度高的離子傳感器。
作為上述離子傳感器的結(jié)構(gòu)，只要以這樣的構(gòu)成要素為必須要素形成即可，并不對(duì)其他的構(gòu)成要素作特別限定。
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)選上述復(fù)位單元包含開關(guān)元件，在向上述柵極電極和上述離子傳感器天線施加規(guī)定的電壓后，使上述柵極電極和上述離子傳感器天線成為高阻抗?fàn)顟B(tài)。由此，在利用復(fù)位單元將FET的柵極電極和天線控制為規(guī)定的電位之后，能夠在離子濃度測(cè)定中使柵極電極和天線為高阻抗?fàn)顟B(tài)。因此，能夠在離子濃度測(cè)定中抑制FET的柵極電極和天線的電位因復(fù)位單元而發(fā)生不必要的變化。即，能夠使傳感器工作穩(wěn)定，精度更高。
另外，開關(guān)元件并不特別限定，適宜為FET，更適宜為TFT和M0SFET。
優(yōu)選上述離子傳感器還包含電容器，上述電容器的一個(gè)端子與上述柵極電極和上述離子傳感器天線連接，上述電容器的另一個(gè)端子被設(shè)定為規(guī)定的電位。由此，能夠增大柵極電極和離子傳感器天線的電容，所以能夠抑制離子濃度的測(cè)定中的外來噪聲的影響。因此，能夠使傳感器動(dòng)作更穩(wěn)定，能夠使精度變得更高。
像這樣，本發(fā)明的另一方面是一種離子傳感器，其包含場(chǎng)效應(yīng)晶體管，上述離子傳感器還包含離子傳感器天線和電容器，上述離子傳感器天線和電容器的一個(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)端子是被設(shè)定為規(guī)定的電位的離子傳感器。
優(yōu)選上述FET含有非晶硅或微晶硅。通過使用較為廉價(jià)的a-Si或μ c_Si，能夠提供成本低且精度高的離子傳感器。
也可以上述柵極電極是第一柵極電極，上述場(chǎng)效應(yīng)晶體管還具有第二柵極電極。 由此，能夠使第一柵極電極作為背柵電極、第二柵極電極作為柵極電極主體起作用。因此， 能夠用一個(gè)FET測(cè)定正離子和負(fù)離子兩種離子的濃度。
另一方面，也可以為上述場(chǎng)效應(yīng)晶體管不具有上述柵極電極以外的柵極電極。由此，與具有背柵電極的情況相比，能夠提高傳感器的靈敏度。
本發(fā)明的另一個(gè)方面，是一種顯示裝置，其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，上述顯示裝置具有基板，上述顯示部驅(qū)動(dòng)電路的至少一部分與上述場(chǎng)效應(yīng)晶體管和上述離子傳感器天線，形成在上述基板的同一主面上。由此，能夠?qū)㈦x子傳感器設(shè)置在基板的邊框區(qū)域等空閑的空間，另外，能夠援用形成顯示部驅(qū)動(dòng)電路的工序形成離子傳感器。其結(jié)果是，能夠提供低成本且能夠?qū)崿F(xiàn)小型化的具有上述離子傳感器和顯示部的顯示裝置。
上述顯示裝置的種類并不特別限定，但適宜的可以列舉平板顯示器(FPD)。作為 FPD，可以列舉液晶顯示裝置、有機(jī)EL顯示器、等離子體顯示器等。
上述顯示部包含用于發(fā)揮顯示功能的元件，除了顯示部驅(qū)動(dòng)電路以外，例如包含顯示元件、光學(xué)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，例如包含TFT陣列、柵極驅(qū)動(dòng)器、源極驅(qū)動(dòng)器等電路。其中，上述顯示部驅(qū)動(dòng)電路的至少一部分優(yōu)選為TFT 陣列。
另外，顯示元件是具有發(fā)光功能或調(diào)光功能(光的快門功能)的元件，按顯示裝置的每個(gè)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。更具體地說，液晶顯示裝置的顯示元件通常包含一對(duì)電極和被夾持在兩基板之間的液晶。
另外，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。更具體地說， 有機(jī)EL顯示器的顯示元件通常包含層疊有陽極、有機(jī)發(fā)光層和陰極的結(jié)構(gòu)。
另外，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。更具體地說，等離子體顯示器的發(fā)光元件通常包含一對(duì)電極、在一個(gè)基板形成的突光體和被封入到兩基板之間的稀有氣體。
作為上述顯示裝置的結(jié)構(gòu)，只要以這樣的構(gòu)成要素為必須要素形成即可，并不對(duì)其他的構(gòu)成要素作特別限定。
以下對(duì)上述顯示裝置的優(yōu)選方式進(jìn)行詳細(xì)說明。
優(yōu)選上述復(fù)位單元形成在半導(dǎo)體芯片內(nèi)，上述半導(dǎo)體芯片安裝在上述基板上。由此，與在上述基板上直接形成上述復(fù)位單元的情況相比，能夠在離子濃度測(cè)定中使柵極電極和天線更高效地成為高阻抗?fàn)顟B(tài)。
優(yōu)選上述FET是第一 FET，上述顯示部驅(qū)動(dòng)電路包含第二 FET，上述第一 FET和離子傳感器天線以及上述第二 FET，形成在上述基板的同一主面上。由此，能夠使用于形成第一 FET和第二 FET的材料和工序的至少一部分相同，能夠削減形成第一 FET和第二 FET所需的成本。
另外，在具有現(xiàn)有的離子傳感器和顯示部的裝置中，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，具有相對(duì)的平板型的加速電極和捕捉電極。這種平行平板型的離子傳感器，由于制造上的加工精度的極限，難以加工到Pm級(jí)， 所以難以小型化。專利文獻(xiàn)5中記載的離子傳感器內(nèi)置離子傳感器家電制品用遙控器中， 在離子傳感器中也使用包括一組離子加速電極和離子捕捉電極的平行平板電極，也難以小型化。另一方面，如實(shí)施方式所示，作為離子傳感器元件，利用FET和天線，由此能夠用光刻法制造離子傳感器元件，所以能夠以μ m級(jí)加工，能夠比平行平板型的離子傳感器小型化。 另外可以認(rèn)為，液晶顯示面板中電極間空隙(TFT陣列基板與對(duì)置電極的空隙)一般為3 5 μ m程度，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， 也難以在間隙中導(dǎo)入離子。另一方面，如實(shí)施方式所示，利用FET和天線的離子傳感器元件，由于不需要對(duì)置基板，所以能夠使具有離子傳感器的顯示裝置小型化。
另外，離子傳感器元件是為了將空氣中的離子濃度轉(zhuǎn)換為電學(xué)物理量所需的最低限度的元件。
上述第二 FET的種類沒有特別限定，但優(yōu)選TFT。TFT—般用于有源矩陣驅(qū)動(dòng)方式的液晶顯示裝置和有機(jī)EL顯示裝置等FPD，所以適于上述顯示裝置。
另外，將第二 FET作為TFT時(shí)的半導(dǎo)體材料并未特別限定，可以列舉例如a_Si、 ρ-Si, μ c-Si、CG-Si、氧化物半導(dǎo)體等，其中a-si和μ c_Si較為適宜。
上述離子傳感器天線優(yōu)選具有包含透明導(dǎo)電膜的表面(露出部)。換言之，上述離子傳感器天線的表面優(yōu)選由透明導(dǎo)電膜覆蓋。透明導(dǎo)電膜對(duì)腐蝕的抵抗強(qiáng)，由此能夠防止離子傳感器天線的非露出部(例如，包含金屬配線構(gòu)成的部分)暴露到外部環(huán)境而被腐蝕。
優(yōu)選上述透明導(dǎo)電膜是第一透明導(dǎo)電膜，上述顯示部具有第二透明導(dǎo)電膜。透明導(dǎo)電膜一并具有導(dǎo)電性和光學(xué)透明性，所以根據(jù)上述方式，能夠適于將第二透明導(dǎo)電膜用作顯示部的透明電極。由此，能夠使形成第一透明導(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，所以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)選包含同一材料，更優(yōu)選僅用同一材料形成。由此，能夠以更低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)，并未特別限定，例如適于使用銦錫氧化物(ΙΤ0 Indium Tin Oxide)、銦鋅氧化物(ΙΖ0 Indium Zinc Oxide)、氧化鋅 (ZnO)、氟摻雜的氧化錫(FTO Fluorine-doped Tin Oxide)等。
優(yōu)選上述第一 FET包含特性因光而變化的半導(dǎo)體，上述半導(dǎo)體由遮光膜遮光。作為特性因光而變化的半導(dǎo)體，可以列舉例如a-Si和yc-Si等。因此，為了將這些半導(dǎo)體用于離子傳感器，優(yōu)選進(jìn)行遮光使特性不變化。因此，通過對(duì)特性因光而變化的半導(dǎo)體進(jìn)行遮光，特性因光而變化的半導(dǎo)體不僅能夠適用于顯示部而且能夠適用于離子傳感器。
上述遮光膜對(duì)上述第一 FET進(jìn)行遮光以使其免受顯示裝置外部的光(外光)和/ 或顯示裝置內(nèi)部的光的影響。作為顯示裝置內(nèi)部的光，可以列舉例如在顯示裝置內(nèi)部生成的反射光等。另外，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)，可以列舉來自這些顯示裝置所具有的發(fā)光元件的光。另一方面，在為非自發(fā)光型的液晶顯示裝置時(shí)，可以列舉背光源的光。在顯示裝置內(nèi)部產(chǎn)生的反射光，是幾十Lx程度，賦予第一 FET的影響較小。另一方面，作為外光，可以列舉太陽光、室內(nèi)照明(例如熒光燈)等。太陽光為3000 lOOOOOLx，實(shí)際使用時(shí)(除了暗室中的使用)的室內(nèi)的熒光燈為100 3000Lx，均給予第一 FET很大影響。因此，上述遮光膜適于至少對(duì)第一 FET遮斷外光，更適于遮斷外光和顯示裝置內(nèi)部的光兩者。
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，在應(yīng)用例如液晶顯示裝置和有機(jī)EL顯示器作為上述顯示裝置的情況下，能夠以抑制混色為目的，在顯示部的各像素或子像素的邊界設(shè)置第二遮光膜。另外，能夠用于使形成第一遮光膜和第二遮光膜的材料和工序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)選包含同一材料，更優(yōu)選僅用同一材料形成。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既可以與上述第一 FET的溝道區(qū)域重疊，也可以不重疊。天線由于通常不包含特性因光而變化的半導(dǎo)體，所以不需要遮光。即，即使產(chǎn)生對(duì)第一 FET進(jìn)行遮光的需要，也不需要在天線的周圍配置遮光膜。因此，如前者的方式所示，只要將天線設(shè)置在溝道區(qū)域外，就能夠不受第一 FET的配置場(chǎng)所的制約，自由地決定天線的配置場(chǎng)所。 因此，在能夠更高效地捕捉離子的場(chǎng)所，例如在靠近用于將大氣導(dǎo)入天線的流路或風(fēng)扇的附近的場(chǎng)所等，能夠容易地形成天線。另一方面，如后者的方式所示，如果將天線設(shè)置在溝道區(qū)域內(nèi)，則能夠使第一 FET的柵極電極或背柵電極本身作為天線起作用。因此，能夠進(jìn)一步使離子傳感器元件小型化。
優(yōu)選所述離子傳感器的至少一部分和所述顯示部驅(qū)動(dòng)電路的至少一部分，與共用電源連接。通過使用共用的電源，與離子傳感器和顯示部分別具有電源的方式相比，能夠削減用于形成電源的成本、以及用于配置電源的空間。更具體地說，優(yōu)選至少第一 FET的源極或漏極、以及TFT陣列的TFT的柵極，與共用的電源連接。另外，優(yōu)選復(fù)位單元和TFT陣列 TFT的柵極，與共用的電源連接。
上述顯示裝置的產(chǎn)品并未特別限定，適宜的可以列舉電視機(jī)、個(gè)人計(jì)算機(jī)用顯示器等擱置型顯示器。由此，能夠使擱置型顯示器所放置的室內(nèi)環(huán)境的離子濃度顯示在該顯示器上。另外，也可以將便攜電話機(jī)、PDA (Personal Digital Assistants :個(gè)人數(shù)字助理) 等便攜設(shè)備作為適宜的例子列舉。由此，能夠輕松地計(jì)測(cè)各種場(chǎng)所的離子濃度。進(jìn)而，具有顯示部的離子發(fā)生裝置也能作為適宜的例子列舉，由此，能夠使從離子發(fā)生裝置放出的離子濃度顯示在顯示部上。
發(fā)明效果
根據(jù)本發(fā)明，能夠提供一種能夠穩(wěn)定地以高精度測(cè)定離子濃度的離子傳感器和顯示裝置。


圖I是實(shí)施方式I 4的離子傳感器和顯示裝置的框圖。
圖2是表示實(shí)施方式I 4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的一部分的等價(jià)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1、3、4的復(fù)位單元的等價(jià)電路。
圖7是實(shí)施方式1、3、4的復(fù)位單元的時(shí)序圖。
圖8是表示實(shí)施方式1、3、4的復(fù)位單元的等價(jià)電路。
圖9是實(shí)施方式1、3、4的復(fù)位單元的時(shí)序圖。
圖10是表示實(shí)施方式1、3、4的復(fù)位單元的等價(jià)電路。
圖11是實(shí)施方式1、3、4的復(fù)位單元的時(shí)序圖。
圖12是表示實(shí)施方式1、3、4的復(fù)位單元的等價(jià)電路。
圖13是實(shí)施方式1、3、4的復(fù)位單元的時(shí)序圖。
圖14是表示實(shí)施方式1、3、4的復(fù)位單元的等價(jià)電路。
圖15是實(shí)施方式1、3、4的復(fù)位單元的時(shí)序圖。
圖16是實(shí)施方式2的離子傳感器電路的時(shí)序圖。
圖17是實(shí)施方式3的雙柵極傳感器中使用的傳感器TFT50的截面示意圖。
圖18表示圖17所示的傳感器TFT50的Vg-Id曲線。
圖19是表示實(shí)施方式3、4的離子傳感器和顯示裝置的截面的截面示意圖。
圖20是表示實(shí)施方式3、4的離子傳感器電路307和TFT陣列101的等價(jià)電路。
圖21是實(shí)施方式3的離子傳感器電路的時(shí)序圖。
圖22是實(shí)施方式3的離子傳感器電路的時(shí)序圖。
圖23表示實(shí)施方式I 4的傳感器TFT的Vg-Id曲線。
圖24是實(shí)施方式4的離子傳感器電路的時(shí)序圖。
圖25是實(shí)施方式4的離子傳感器電路的時(shí)序圖。
圖26是表示實(shí)施例I的四種空氣的Id的隨時(shí)間變化的圖。
圖27是表示實(shí)施例I的四種空氣的node-Z電位的隨時(shí)間變化的圖。
具體實(shí)施方式
以下揭示實(shí)施方式，參照附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的說明，但本發(fā)明并不只限定于這些實(shí)施方式。
(實(shí)施方式I)
在本實(shí)施方式中，以具有感知對(duì)象為空氣中的負(fù)離子的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，具有用于測(cè)定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包括顯示部驅(qū)動(dòng)用TFT陣列101、柵極驅(qū)動(dòng)器(顯示部掃描信號(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作為顯示部驅(qū)動(dòng)電路115。離子傳感器120包括離子傳感器驅(qū)動(dòng)/讀出電路105、運(yùn)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是至少包括為了將空氣中的離子濃度轉(zhuǎn)換為電學(xué)物理量所需的元件(優(yōu)選為FET和離子傳感器天線)的電路，也包含檢測(cè)(捕捉) 離子的功能。
顯示部130具有與現(xiàn)有的液晶顯示裝置等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，利用線順序驅(qū)動(dòng)來顯示視頻。
離子傳感器120的功能的概要如下所述。首先，在離子傳感器電路107中，檢測(cè) (捕捉)空氣中的負(fù)離子，生成與檢測(cè)到的負(fù)離子的量相應(yīng)的電壓值。將該電壓值送到驅(qū)動(dòng) /讀出電路105，在此轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。該信號(hào)被送到LSI106，在此基于規(guī)定的計(jì)算方法對(duì)負(fù)離子濃度進(jìn)行運(yùn)算，并且生成用于將該運(yùn)算結(jié)果顯示到顯示區(qū)域的顯示用數(shù)據(jù)。該顯示用數(shù)據(jù)，經(jīng)源極驅(qū)動(dòng)器104發(fā)送到TFT陣列101，最終顯示與顯示數(shù)據(jù)相應(yīng)的負(fù)離子濃度。 電源電路109對(duì)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包括復(fù)位單元，除了上述功能以外，還控制復(fù)位單元，以期望的時(shí)序?qū)?fù)位單元供給規(guī)定的信號(hào)和電源。另外，驅(qū)動(dòng)/讀出電路105以期望的時(shí)序?qū)笫龅妮斎肱渚€供給規(guī)定的電源。
另外，驅(qū)動(dòng)/讀出電路105也可以包含在離子傳感器電路107、柵極驅(qū)動(dòng)器103、源極驅(qū)動(dòng)器104等其他電路中，也可以包含在LSI106中。
另外，在本實(shí)施方式中，可以替代LSI106，使用在個(gè)人計(jì)算機(jī)(PC)上發(fā)揮作用的軟件進(jìn)行運(yùn)算處理。
用圖2對(duì)顯示裝置110的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。圖2是圖I所示的用分割線A1-A2截?cái)嗟臓顟B(tài)的離子傳感器和顯示裝置的截面示意圖。離子傳感器120具有離子傳感器電路107、 空氣離子導(dǎo)入/導(dǎo)出通路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是離子傳感器元件，包括傳感器TFT (第一 FET) 30和離子傳感器天線41。另一方面， 顯示部130具有包含像素TFT (第二 FET) 40的TFT陣列101 ;遮光膜12b (第二遮光膜); 包含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)(捕捉)空氣中的負(fù)離子的導(dǎo)電部件，與傳感器TFT30的柵極連接。 天線41包含暴露在外部環(huán)境中的部分(露出部)，當(dāng)在天線41的表面(露出部)附著負(fù)離子時(shí)天線41的電位發(fā)生變化，與之相應(yīng)地傳感器TFT30的柵極的電位也變化。其結(jié)果是， 傳感器TFT30的源極和漏極間的電流和/或電壓變化。像這樣，通過離子傳感器元件由天線41和傳感器TFT30形成，能夠比現(xiàn)有的平行平板型的離子傳感器小型化。
導(dǎo)入/導(dǎo)出通路42是用于高效地使天線41上方通氣的通路，利用風(fēng)扇使空氣從圖2的跟前向進(jìn)深或者從進(jìn)深向跟前流動(dòng)。
另外，顯示裝置110具有大部分相對(duì)的兩塊絕緣性基板la、lb，在基板la、lb之間夾持有液晶32。傳感器TFT30和TFT陣列101，在基板la、lb相對(duì)的位置，設(shè)置在基板 la (TFT陣列基板)的液晶側(cè)的主面上。在TFT陣列101，矩陣狀地配置有多個(gè)像素TFT40。 天線41、導(dǎo)入/導(dǎo)出通路42和風(fēng)扇，在非基板la、lb相對(duì)的位置，設(shè)置在基板Ia的液晶側(cè)的主面上。像這樣，天線41設(shè)置在傳感器TFT30的溝道區(qū)域外。由此，能夠容易地將天線 41配置在導(dǎo)入/導(dǎo)出通路42和風(fēng)扇附近，所以能夠高效地將大氣送到天線41。另外，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，能夠有效活用邊框區(qū)域中的空閑空間，所以能夠不變更顯示裝置110的尺寸地形成離子傳感器電路107。
像這樣，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中的傳感器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中的TFT陣列101。由此， 援用形成TFT陣列101的工序能夠形成天線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，在基板la、lb相對(duì)的位置，設(shè)置在基板Ib (對(duì)置基板)的液晶側(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包含作為對(duì)光的特性會(huì)發(fā)生變化的半導(dǎo)體的a-Si，對(duì)此會(huì)在后面詳述。如上所述，傳感器TFT30被遮光膜12a遮光，由此能夠抑制a-Si的特性、即傳感器TFT30的輸出特性變化，所以能夠更加高精度地測(cè)定離子濃度。
偏光板31a、31b分別設(shè)置在基板la、Ib的與液晶相反的一側(cè)(外側(cè))的主面上。
用圖3對(duì)顯示裝置110的結(jié)構(gòu)進(jìn)行進(jìn)一步詳述。圖3是表示本實(shí)施方式的離子傳感器和顯示裝置的截面的截面示意圖。
在絕緣性基板Ia的液晶側(cè)的主面上，依次層疊有第一導(dǎo)電層、絕緣膜3、氫化a-Si 層、n+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)電層形成有離子傳感器天線電極2a、復(fù)位配線2b、后述的連接配線22、 node-Z保持電容電極2c和柵極電極2d、2e。這些電極形成于第一導(dǎo)電層，例如通過濺射法和光刻法，能夠用同一材料由同一工序形成。第一導(dǎo)電層由單層或疊層的金屬層形成。具體而言，可以列舉鋁(Al)的單層、下層Al/上層鈦(Ti)的疊層、下層Al/上層鑰(Mo)的疊層等。在后面會(huì)用圖4對(duì)復(fù)位配線2b、連接配線22和保持電容電極2c進(jìn)行詳述。
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、node-Z保持電容電極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node_Z保持電容電極8。源極電極6a、6b、漏極電極7a、7b和保持電容電極8形成于第二導(dǎo)電層,例如通過派射法和光刻法，能夠用同一材料由同一工序形成。第二導(dǎo)電層由單層或疊層的金屬層形成。具體而言，可以列舉鋁(Al)的單層、下層Al/上層Ti的疊層、下層Ti/上層Al的疊層等。另外， 氫化a-Si層4a、4b，能夠例如通過CVD法和光刻法，用同一材料由同一工序形成，n+a_Si層 5a、5b也能夠通過化學(xué)氣相沉積(CVD ChemicalVapor Deposition)法和光刻法,用同一材料由同一工序形成。如上所述，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，能夠削減形成包括各種電極和半導(dǎo)體的傳感器TFT30以及像素TFT40所需的成本。對(duì)TFT30、40的構(gòu)成要素在后面進(jìn)一步詳述。
鈍化膜9以覆蓋氫化a_Si層4a、4b、n+a-Si層5a、5b、源極電極6a、6b、漏極電極7a、7b和保持電容電極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 IIa (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。通過配置透明導(dǎo)電膜Ila使得天線電極2a不因接觸孔IOa而露出，能夠防止天線電極2a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形成于第三導(dǎo)電層，例如通過濺射法和光刻法，能夠用同一材料由同一工序形成。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，可以列舉ITO膜、IZO膜等。另外，構(gòu)成透明導(dǎo)電膜 IlaUlb的全部材料不需要彼此完全相同，另外，用于形成透明導(dǎo)電膜IlaUlb的全部工序不需要完全相同。例如，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)，也能夠用同一材料由同一工序僅形成兩個(gè)透明導(dǎo)電膜共用的層。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。
另外,遮光膜12a和遮光膜12b也能夠用同一材料由同一工序形成。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，可以列舉含碳的丙烯酸樹脂等。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)一步詳述。傳感器TFT30由柵極電極2d、絕緣膜3、氫化a-Si層4a、n+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中作為柵極絕緣膜起作用。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。另外，由node_Z保持電容電極 2c、8和作為電介質(zhì)起作用的絕緣膜3形成node-Z保持電容43 (電容器)。電容電極2c與柵極電極2d以及天線電極2a連接，電容電極8接地。通過設(shè)置保持電容43，能夠增大柵極電極2d和天線41的電容，所以能夠抑制離子濃度的測(cè)定中的外來噪聲的影響。因此，能夠使傳感器動(dòng)作更穩(wěn)定，能夠使精度變得更高。
接著，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的一部分的等價(jià)電路。
首先，說明TFT陣列101。像素TFT40的柵極電極2d經(jīng)柵極總線Gn、Gn+l、……與柵極驅(qū)動(dòng)器103連接，源極電極6b經(jīng)源極總線Sm、Sm+l與源極驅(qū)動(dòng)器104連接。像素TFT40 的漏極電極7b，與作為像素電極起作用的透明導(dǎo)電膜Ilb連接。像素TFT40按每個(gè)子像素設(shè)置，作為開關(guān)元件起作用。從柵極驅(qū)動(dòng)器103以規(guī)定的時(shí)序?qū)艠O總線Gn、Gn+l、……供給掃描脈沖(掃描信號(hào))，該掃描脈沖以線順序方式對(duì)各像素TFT40施加。對(duì)源極總線Sm、 Sm+K……供給由源極驅(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)。而且，以規(guī)定的時(shí)序?qū)εc因掃描脈沖的輸入而在一定期間成為導(dǎo)通狀態(tài)的像素TFT40連接的像素電極(透明導(dǎo)電膜Ilb)供給視頻信號(hào)和/或顯示用數(shù)據(jù)。寫入到液晶的規(guī)定電平的視頻信號(hào)和/或顯示用數(shù)據(jù)，在施加了這些信號(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)之間保持一定期間。在此，與這些像素電極與對(duì)置電極之間形成的液晶電容并聯(lián)地形成有液晶輔助電容(Cs)36。液晶輔助電容36在各子像素中，形成于漏極電極7a與液晶輔助電容線Csn、Csn+1、......之間。另外，電容線Csn、Csn+1、……形成于第一導(dǎo)電層，與柵極配線Gn、Gn+l、……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。對(duì)輸入配線20施加High電壓(+10V)或Low電壓(OV)，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。 另外，天線41經(jīng)連接配線22與傳感器TFT30的柵極電極2d連接。而且，在連接配線22與復(fù)位配線2b連接。配線22、2b彼此的交點(diǎn)(節(jié)點(diǎn))設(shè)為node-Z。復(fù)位配線2b是用于對(duì) node-Z、即傳感器TFT30的柵極和天線41的電壓進(jìn)行復(fù)位的配線。對(duì)復(fù)位配線2b施加High 電壓(+20V)或Low電壓(-10V)，設(shè)復(fù)位配線2b的電壓為Vrst。而且，連接配線22經(jīng)保持電容43接地(GND)。輸出配線21與恒定電流電路25以及模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換電路(ADC) 26連接。恒定電流電路25包括N溝道型TFT (恒定電流TFT)，恒定電流TFT的漏極與輸出配線 21連接。恒定電流TFT的源極與恒定電流源連接，其電壓Vss被固定為比Vdd的High電壓低的電壓。恒定電流TFT的柵極與定電壓源連接。恒定電流TFT的柵極的電壓Vbais固定為規(guī)定的值，使得在恒定電流TFT的源極與漏極之間流過一定的電流(例如I μ A)。恒定電流電路25和ADC26形成在驅(qū)動(dòng)/讀出電路105內(nèi)。
另外，天線41、傳感器TFT30的柵極、復(fù)位配線2b、連接配線22和保持電容43，通過在第一導(dǎo)電層一體形成天線電極2a、柵極電極2d、復(fù)位配線2b、保持電容電極2c和連接配線22，彼此連接。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分別不在基板Ia上直接形成，而是形成于LSI芯片等半導(dǎo)體芯片，半導(dǎo)體芯片安裝在基板Ia 上。
接著，用圖5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是本實(shí)施方式的離子傳感器電路的時(shí)序圖。
在初始狀態(tài)，Vrst被設(shè)定為Low電壓(-10V)。此時(shí),作為用于將Vrst設(shè)定為Low 電壓(-10V)的電源，能夠使用用于對(duì)像素TFT40的柵極電極2e施加Low電壓(-10V)的電源。另外，在初始狀態(tài)，Vdd被設(shè)定為Low電壓(OV)。在開始離子濃度的測(cè)定之前，首先，利用復(fù)位單元對(duì)復(fù)位配線2b施加High電壓(+20V)，天線41的電壓(node-Z的電壓)被復(fù)位為+20V。此時(shí)，作為用于施加Vrst的電源，能夠使用用于對(duì)像素TFT40的柵極電極2e施加High電壓(+20V)的電源。在node-Z的電壓被復(fù)位之后，復(fù)位配線2b由復(fù)位單元保持在高阻抗?fàn)顟B(tài)。然后，開始離子的導(dǎo)入，在天線41捕捉到負(fù)離子時(shí)，復(fù)位到+20V的即被充電為正的node-Z的電壓，被負(fù)離子中和而降低(感應(yīng)動(dòng)作)。負(fù)離子濃度越高，電壓降低的速度越快。在自導(dǎo)入離子經(jīng)過規(guī)定時(shí)間之后，對(duì)輸入配線20暫時(shí)施加High電壓(+10V)。 即，對(duì)輸入配線20施加+10V的脈沖電壓。另外，輸出配線21與恒定電流電路25連接。因此，當(dāng)對(duì)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流過一定的電流。但是，輸出配線21的電壓Vout根據(jù)傳感器TFT30的柵極的打開狀態(tài)、即node-Z的電壓之差而變化。通過用ADC26檢測(cè)該電壓Vout，能夠檢測(cè)負(fù)離子濃度。另外，不設(shè)置恒定電流電路25，而是通過檢測(cè)根據(jù)node-Z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。
在此，對(duì)復(fù)位單元的結(jié)構(gòu)和動(dòng)作機(jī)構(gòu)進(jìn)行說明。
復(fù)位單元90，如圖6所示，形成在驅(qū)動(dòng)/讀出電路105、即半導(dǎo)體芯片內(nèi)，包括作為開關(guān)元件的N溝道型M0SFET61n和P溝道型M0SFET61p。M0SFET61n的源極與復(fù)位配線2b 連接，M0SFET61n的漏極與+20V的電源62連接，M0SFET61n的柵極與控制信號(hào)發(fā)生源63a 連接。M0SFET61p的源極與復(fù)位配線2b連接，M0SFET61p的漏極與-IOV的電源64連接， M0SFET61p的柵極與控制信號(hào)發(fā)生源63b連接。
控制信號(hào)發(fā)生源63b，如圖7所示，將Vrst控制信號(hào)b輸入到M0SFET61p。Vrst 控制信號(hào)b在初始狀態(tài)被設(shè)定為Low電壓，M0SFET61p成為導(dǎo)通狀態(tài)。因此，在初始狀態(tài)， Vrst被設(shè)定為-10V。然后，在臨開始離子濃度的測(cè)定前，控制信號(hào)發(fā)生源63a將作為脈沖信號(hào)的Vrst控制信號(hào)a輸入到M0SFET61n。另外，與Vrst控制信號(hào)a的輸入同步地，Vrst 控制信號(hào)b變?yōu)镠igh電壓。由此，M0SFET61p成為斷開狀態(tài)。另一方面，M0SFET61n暫時(shí)成為導(dǎo)通狀態(tài)，對(duì)復(fù)位配線2b施加+20V的High電壓。然后，在輸入Vrst控制信號(hào)a后， M0SFET61n成為斷開狀態(tài)，所以復(fù)位配線2b、即node-Z保持高阻抗?fàn)顟B(tài)。
以下表示復(fù)位單元的變形例。
復(fù)位單元91也可以如圖8所示形成在驅(qū)動(dòng)/讀出電路105，即半導(dǎo)體芯片內(nèi)， 包括作為開關(guān)元件的N溝道型溝道M0SFET65n。M0SFET65n的源極與復(fù)位配線2b連接， M0SFET65n的漏極與+20V的電源66連接，M0SFET65n的柵極與控制信號(hào)發(fā)生源67連接。
控制信號(hào)發(fā)生源67如圖9所示將作為脈沖信號(hào)的Vrst控制信號(hào)輸入到 M0SFET65n。由此，M0SFET65n暫時(shí)成為導(dǎo)通狀態(tài)，對(duì)復(fù)位配線2b施加+20V的High電壓。 然后，在輸入Vrst控制信號(hào)后，M0SFET65n成為斷開狀態(tài)，所以復(fù)位配線2b、即node-Z保持高阻抗?fàn)顟B(tài)。
另外，在本變形例中，在初始狀態(tài)，沒有控制Vrst的單元，但由于不影響離子濃度的測(cè)定，所以沒有特別的問題。
另外，將M0SFET6In和6Ip的斷開狀態(tài)的電阻分別設(shè)為R_Lla和R_Llb，將 M0SFET65n的斷開狀態(tài)的電阻設(shè)為R_L2時(shí)，各電阻的大小一般為R_L2 > R_Lla > R_Llb的關(guān)系。因此，出于抑制離子濃度檢測(cè)中的不必要的node-Z的電位變化(噪聲)的觀點(diǎn)，相比圖6的方式更優(yōu)選圖8的方式。
復(fù)位單元92如圖10所示，也可以包括作為開關(guān)元件的N溝道型M0SFET68n、P溝道型M0SFET68p和N溝道型TFT72n。M0SFET68n、68p形成在驅(qū)動(dòng)/讀出電路105、即半導(dǎo)體芯片內(nèi)，TFT72n形成在基板Ia上。M0SFET68n的源極與TFT72n的柵極連接，M0SFET68n 的漏極與+20V的電源69連接，M0SFET68n的柵極與控制信號(hào)發(fā)生源70a連接。M0SFET68p 的源極與TFT72n的柵極連接，M0SFET68p的漏極與-IOV的電源71連接，M0SFET68p的柵極與控制信號(hào)發(fā)生源70b連接。TFT72n的源極與復(fù)位配線2b連接，TFT72n的漏極與+20V 的電源73連接，TFT72n的柵極與M0SFET68n、68p的源極連接。
控制信號(hào)發(fā)生源70b，如圖11所示，將Vrst控制信號(hào)b輸入到M0SFET68p。Vrst 控制信號(hào)b在初始狀態(tài)被設(shè)定為Low電壓，M0SFET68p成為導(dǎo)通狀態(tài)。因此，在初始狀態(tài)， 施加到TFT72n的柵極的Vrst合成信號(hào)為-10V的Low電壓，TFT72n為斷開狀態(tài)。然后，在臨開始離子濃度的測(cè)定前，控制信號(hào)發(fā)生源70a將作為脈沖信號(hào)的Vrst控制信號(hào)a輸入到 M0SFET68n。另外，與Vrst控制信號(hào)a的輸入同步地，Vrst控制信號(hào)b暫時(shí)變?yōu)镠igh電壓。 由此，M0SFET68p暫時(shí)成為斷開狀態(tài)。另一方面，M0SFET68n暫時(shí)成為導(dǎo)通狀態(tài)，Vrst合成信號(hào)為+20V的High電壓。其結(jié)果是，TFT72n暫時(shí)成為導(dǎo)通狀態(tài)，對(duì)復(fù)位配線2b施加+20V的High電壓。然后，當(dāng)Vrst控制信號(hào)a、b分別回到Low電壓時(shí)，M0SFET68p成為導(dǎo)通狀態(tài)， TFT72n成為斷開狀態(tài)，所以復(fù)位配線2b、即node-Z保持高阻抗?fàn)顟B(tài)。
復(fù)位單元93如圖12所示，也可以包括作為開關(guān)元件的N溝道型M0SFET74n、P溝道型M0SFET74p和N溝道型TFT78n。M0SFET74n、74p形成在驅(qū)動(dòng)/讀出電路105、即半導(dǎo)體芯片內(nèi)，TFT78n形成在基板Ia上。M0SFET74n的源極與TFT78n的柵極連接，M0SFET74n 的漏極與+20V的電源75連接，M0SFET74n的柵極與控制信號(hào)發(fā)生源76a連接。M0SFET74p 的源極與TFT78n的柵極連接，M0SFET74p的漏極與-IOV的電源77連接，M0SFET74p的柵極與控制信號(hào)發(fā)生源76b連接。TFT78n的源極與復(fù)位配線2b連接，TFT78n的漏極與柵極短路，TFT78n的柵極與M0SFET74n、74p的源極連接。
控制信號(hào)發(fā)生源76b，如圖13所示，將Vrst控制信號(hào)b輸入到M0SFET74p。Vrst 控制信號(hào)b在初始狀態(tài)被設(shè)定為Low電壓，M0SFET74p成為導(dǎo)通狀態(tài)。因此，在初始狀態(tài)， 施加到TFT78n的柵極的Vrst合成信號(hào)為-IOV的Low電壓，TFT78n為斷開狀態(tài)。然后，在臨開始離子濃度的測(cè)定前，控制信號(hào)發(fā)生源76a將作為脈沖信號(hào)的Vrst控制信號(hào)a輸入到 M0SFET74n。另外，與Vrst控制信號(hào)a的輸入同步地，Vrst控制信號(hào)b暫時(shí)變?yōu)镠igh電壓。 由此，M0SFET74p暫時(shí)成為斷開狀態(tài)。另一方面，M0SFET74n暫時(shí)成為導(dǎo)通狀態(tài)，Vrst合成信號(hào)為+20V的High電壓。其結(jié)果是，TFT78n暫時(shí)成為導(dǎo)通狀態(tài)，對(duì)復(fù)位配線2b施加+20V 的High電壓。然后，當(dāng)Vrst控制信號(hào)a、b分別回到Low電壓時(shí)，M0SFET74p成為導(dǎo)通狀態(tài)， TFT78n成為斷開狀態(tài)，所以復(fù)位配線2b、即node-Z保持高阻抗?fàn)顟B(tài)。
復(fù)位單元94如圖14所示，也可以包括在基板Ia上形成、作為開關(guān)元件的N溝道型TFT79n和P溝道型TFT79p。TFT79n的源極與復(fù)位配線2b連接，TFT79n的漏極與+20V 的電源80連接，TFT79n的柵極與控制信號(hào)發(fā)生源81a連接。TFT79p的源極與復(fù)位配線2b 連接，TFT79p的漏極與-10V的電源82連接，TFT79p的柵極與控制信號(hào)發(fā)生源81b連接。
控制信號(hào)發(fā)生源81b，如圖15所示，將Vrst控制信號(hào)b輸入到TFT79p。Vrst控制信號(hào)b在初始狀態(tài)被設(shè)定為Low電壓，TFT79p成為導(dǎo)通狀態(tài)。因此，在初始狀態(tài)，Vrst被設(shè)定為-10V。然后，在臨開始離子濃度的測(cè)定前，控制信號(hào)發(fā)生源81a將作為脈沖信號(hào)的 Vrst控制信號(hào)a輸入到TFT79n。另外，與Vrst控制信號(hào)a的輸入同步地，Vrst控制信號(hào)b 變?yōu)镠igh電壓。由此，TFT79p成為斷開狀態(tài)。另一方面，TFT79n暫時(shí)成為導(dǎo)通狀態(tài)，對(duì)復(fù)位配線2b施加+20V的High電壓。然后，在輸入Vrst控制信號(hào)a后，TFT79n成為斷開狀態(tài)，所以復(fù)位配線2b、即node-Z保持高阻抗?fàn)顟B(tài)。
另外，在本變形例中，由于需要在基板Ia上形成N溝道型和P溝道型的TFT，K& 優(yōu)選形成P-Si層等高遷移率的半導(dǎo)體層作為半導(dǎo)體層。
另外，在本變形例中，為了生成Vrst控制信號(hào)a、b，需要在驅(qū)動(dòng)/讀出電路105、即半導(dǎo)體芯片內(nèi)形成CMOS電路(未圖示)。
另外，將TFT72n的斷開狀態(tài)的電阻設(shè)為R_P1，TFT78n的斷開狀態(tài)的電阻設(shè)為 R_P2，TFT79n和79p的斷開狀態(tài)的電阻設(shè)為R_P3a和R_P3b時(shí)，各電阻的大小一般為R_ Pl ^ R_P3a > R_P3b > R_P2的關(guān)系。因此，出于抑制離子濃度檢測(cè)中的不必要的node-Z 的電位變化(噪聲)的觀點(diǎn)，相比圖12的方式更優(yōu)選圖10和圖14的方式。
而且，如果將在半導(dǎo)體芯片內(nèi)形成的MOSFET的電阻與在基板上形成的TET的電阻作比較，則一般前者較大。因此，出于提高node-Z的電位的保持性、即使node-Z更高效地保持在高阻抗?fàn)顟B(tài)的觀點(diǎn)，與復(fù)位配線2b (node-Z)直接連接的開關(guān)元件優(yōu)選形成在半導(dǎo)體芯片內(nèi)。由此,能夠進(jìn)一步抑制離子濃度檢測(cè)中的不必要的node-Z電位變化(噪聲)。
另外，出于簡化電路和削減成本的觀點(diǎn)，使復(fù)位單元全部形成在半導(dǎo)體芯片內(nèi)的方式(圖6和圖8)與使復(fù)位單元的一部分形成在基板Ia上的方式(圖10、圖12、圖14) 沒有大區(qū)別。
另一方面，出于減小特性的隨時(shí)間變化，提高復(fù)位單元的可靠性的觀點(diǎn)，與復(fù)位配線2b (node-Z)直接連接的開關(guān)元件優(yōu)選形成在半導(dǎo)體芯片內(nèi)。
另外，在本實(shí)施方式中，Vdd的High電壓并未特別限定為+10V，也可以與施加到復(fù)位配線2b的High電壓、即施加到像素TFT40的柵極電極2e的High電壓同為+20V。由此，作為用于施加Vdd的High電壓的電源，能夠使用用于對(duì)像素TFT40的柵極電極2e施加 High電壓的電源。
(實(shí)施方式2)
實(shí)施方式2的顯示裝置，除了以下方面以外，具有與實(shí)施方式I相同的結(jié)構(gòu)。SP， 實(shí)施方式I的顯示裝置，具有能夠用N溝道型的傳感器TFT30測(cè)定大氣中的負(fù)離子濃度的離子傳感器，但實(shí)施方式2的顯示裝置，具有能夠用P溝道型傳感器TFT30測(cè)定大氣中的正離子濃度的離子傳感器。
具體而言,替代n+a-Si層5a、5b形成p+a-Si層，在p+a-Si層摻雜硼(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。
用圖16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16是本實(shí)施方式的離子傳感器電路的時(shí)序圖。
在初始狀態(tài)，Vrst被設(shè)定為High電壓(+20V)。此時(shí)，作為用于將Vrst設(shè)定為High 電壓(+20V)的電源，能夠使用用于對(duì)像素TFT40的柵極電極2e施加High電壓(+20V)的電源。另外，在初始狀態(tài)，Vdd被設(shè)定為Low電壓(OV)。在開始離子濃度的測(cè)定之前，首先， 利用復(fù)位單元對(duì)復(fù)位配線2b施加Low電壓(-20)，天線41的電壓(node-Z的電壓)被復(fù)位為-20V。在node-Z的電壓被復(fù)位之后，復(fù)位配線2b由復(fù)位單元保持在高阻抗?fàn)顟B(tài)。然后， 開始離子的導(dǎo)入，在天線41捕捉到正離子時(shí)，復(fù)位到-20V的即被充電為負(fù)的node-Z的電壓，被正離子中和而上升。正離子濃度越高，電壓上升的速度越快。在自導(dǎo)入離子經(jīng)過規(guī)定時(shí)間之后，對(duì)輸入配線20暫時(shí)施加High電壓(+10V)。即，對(duì)輸入配線20施加+10V的脈沖電壓。另外，輸出配線21與恒定電流電路25連接。因此，當(dāng)對(duì)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流過一定的電流。但是，輸出配線21的電壓Vout 根據(jù)傳感器TFT30的柵極的打開狀態(tài)、即node-Z的電壓之差而變化。通過用ADC26檢測(cè)該電壓Vout，能夠檢測(cè)正離子濃度。另外，不設(shè)置恒定電流電路25，而是通過檢測(cè)根據(jù)node-Z 的電壓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。
另外，本實(shí)施方式的復(fù)位單元，具有與實(shí)施方式I導(dǎo)電型相反的MOSFET或TFT，由與實(shí)施方式I極性相反的信號(hào)進(jìn)行控制。
另外，在本實(shí)施方式中，施加到復(fù)位配線2b的Low電壓并未特別限定于-20V，也可以與施加到像素TFT40的柵極電極2e的Low電壓同為-10V。由此，作為用于施加對(duì)復(fù)位配線2b施加的Low電壓的電源，能夠使用用于對(duì)像素TFT40的柵極電極2e施加Low電壓的電源。另外，Vdd的High電壓也并未特別限定為+10V，也可以與施加到復(fù)位配線2b的High電壓、即施加到像素TFT40的柵極電極2e的High電壓同為+20V。由此，作為用于施加Vdd 的High電壓的電源，能夠使用用于對(duì)像素TFT40的柵極電極2e施加High電壓的電源。
(實(shí)施方式3)
實(shí)施方式3的顯示裝置，除了以下方面以外，具有與實(shí)施方式I相同的結(jié)構(gòu)。SP， 實(shí)施方式I的顯示裝置，具有使用僅在半導(dǎo)體層的單側(cè)形成有柵極電極的TFT的類型的離子傳感器(以下稱為“單柵極傳感器(single gate sensor)”)。另一方面，實(shí)施方式3的顯示裝置，具有使用在半導(dǎo)體層的兩側(cè)形成有柵極電極的TFT的類型的離子傳感器(以下稱為“雙柵極傳感器(double gate sensor)”)。
用圖17、圖18對(duì)本實(shí)施方式的雙柵極傳感器進(jìn)行說明。圖17是本實(shí)施方式的雙柵極傳感器中使用的傳感器TFT50的截面示意圖。
傳感器TFT50包括柵極電極2d、作為柵極絕緣膜起作用的絕緣膜3、氫化a_Si層 4a、n+a_Si層5a、電極層、鈍化膜9和背柵電極14，這些部件從基板Ia側(cè)起以此順序?qū)盈B。 電極層包含源極電極6a和漏極電極7a。在n+a_Si層5a摻雜有磷(P)等V族元素。S卩，傳感器TFT50是N溝道型TFT。像這樣，除了在鈍化膜9上具有與氫化a_Si層4a相對(duì)的背柵電極14以外，傳感器TFT50具有與傳感器TFT30相同的結(jié)構(gòu)。另外，在本實(shí)施方式中，鈍化膜9作為柵極絕緣膜起作用。
圖18表示圖17所示的傳感器TFT50的IchVg曲線，是表示背柵電極14的電位 (Vb)從-6V變化到+6V時(shí)的Id-Vg曲線的圖。S卩，圖18表示傳感器TFT50作為雙柵極傳感器起作用時(shí)的Vg-Id曲線。另外，使用厚350nm的SiNx膜作為鈍化膜9。另外，源極與漏極間的電壓被設(shè)定為+10V。
背柵電極14的電位(Vb)為負(fù)電位時(shí)，傳感器TFT50的閾值向正側(cè)移動(dòng)。即，Vb為負(fù)電位，施加到柵極電極2d的電位一定(例如+15V)時(shí)，Vb越大，漏極與源極間流動(dòng)的 Id越小。另一方面，Vb為正電位時(shí)，傳感器TFT50的閾值向負(fù)側(cè)移動(dòng)。S卩，Vb為正電位，施加到柵極電極2d的電位一定(例如+15V)時(shí)，Vb越大，漏極與源極間流動(dòng)的Id越大。因此，將離子傳感器天線與背柵電極14連接，當(dāng)Vb因離子傳感器天線檢測(cè)(捕捉)到的離子量而變得不同時(shí)，雙柵極傳感器能夠基于Id測(cè)定正離子和負(fù)離子兩者的濃度。
用圖19對(duì)本實(shí)施方式的離子傳感器和顯示裝置的結(jié)構(gòu)進(jìn)行進(jìn)一步詳述。圖19是表示本實(shí)施方式的離子傳感器和顯示裝置的截面的截面示意圖。在此省略對(duì)與實(shí)施方式I 的顯示裝置共通的構(gòu)成要素的說明。
在鈍化膜9上形成有背柵電極14。背柵電極14經(jīng)貫通絕緣膜3和鈍化膜9的接觸孔(未圖示)與柵極電極2d以及天線電極2a連接。背柵電極14形成于第三導(dǎo)電層。因此，背柵電極14能夠用與透明導(dǎo)電膜Ila和/或Ilb相同的材料由與該透明導(dǎo)電膜Ila和 /或Ilb相同的工序形成。
接著，用圖20對(duì)本實(shí)施方式的離子傳感器電路307的電路結(jié)構(gòu)和動(dòng)作機(jī)構(gòu)進(jìn)行說明。圖20是表示本實(shí)施方式離子傳感器電路307和TFT陣列101的等價(jià)電路。本實(shí)施方式的顯示裝置由于具有與實(shí)施方式I相同的TFT陣列101，所以在此省略對(duì)其的說明。
對(duì)離子傳感器電路307的電路結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。在傳感器TFT50的漏極電極7a連接有輸入配線20。對(duì)輸入配線20施加High電壓(+10V)或Low電壓(OV)，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。將輸出配線21的電壓設(shè)為Vout。另外，傳感器TFT50的背柵電極14，經(jīng)連接配線22連接天線41。而且，在連接配線22連接有復(fù)位配線2b。將配線22、2b彼此的交點(diǎn)(節(jié)點(diǎn))設(shè)為node-Z。復(fù)位配線2b是用于對(duì)node-Z、 即傳感器TFT50的背柵和天線41的電壓進(jìn)行復(fù)位的配線。對(duì)復(fù)位配線2b施加High電壓 (+20V)或Low電壓(-10V)，將復(fù)位配線2b的電壓設(shè)為Vrst。而且，連接配線22經(jīng)保持電容43接地(GND)。柵極控制配線23與傳感器TFT50的柵極電極2d連接。對(duì)柵極控制配線23施加High電壓(+20V)或Low電壓(-10V)，將柵極控制配線23的電壓設(shè)為Vrw。與實(shí)施方式I同樣地，恒定電流電路25和模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換電路(ADC) 26與輸出配線21連接。
另外，天線41、傳感器TFT50的柵極、復(fù)位配線2b、連接配線22、柵極控制配線23 和保持電容43，通過在第一導(dǎo)電層一體形成天線電極2a、柵極電極2d、復(fù)位配線2b、保持電容電極2c、連接配線22和柵極控制配線23，彼此連接。
接著，用圖21、圖22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21是檢測(cè)負(fù)離子時(shí)的本實(shí)施方式的離子傳感器電路的時(shí)序圖，首先對(duì)檢測(cè)負(fù)離子時(shí)的情況進(jìn)行說明。
在初始狀態(tài)，Vrst被設(shè)定為Low電壓(-10V)。此時(shí),作為用于將Vrst設(shè)定為Low 電壓(-10V)的電源，能夠使用用于對(duì)像素TFT40的柵極電極2e施加Low電壓(-10V)的電源。另外，在初始狀態(tài)，Vdd被設(shè)定為Low電壓(OV)。在開始離子濃度的測(cè)定之前，首先，利用復(fù)位單元對(duì)復(fù)位配線2b施加High電壓(+20)，天線41的電壓(node-Z的電壓)被復(fù)位為+20V。此時(shí)，作為用于施加Vrst的電源，能夠使用用于對(duì)像素TFT40的柵極電極2e施加 High電壓(+20V)的電源。在node-Z的電壓被復(fù)位之后，復(fù)位配線2b由復(fù)位單元保持在高阻抗?fàn)顟B(tài)。然后，開始離子的導(dǎo)入，在天線41捕捉到負(fù)離子時(shí)，復(fù)位到+20V的即被充電為正的node-Z的電壓，被負(fù)離子中和而降低。負(fù)離子濃度越高，電壓降低的速度越快。在自導(dǎo)入離子經(jīng)過規(guī)定時(shí)間之后，對(duì)輸入配線20暫時(shí)施加High電壓(+10V)。即，對(duì)輸入配線 20施加+IOV的脈沖電壓。同時(shí)，對(duì)柵極控制配線23暫時(shí)施加High電壓(+20V)。S卩，對(duì)柵極控制配線23施加+20V的脈沖電壓。此時(shí)，作為用于施加Vrw的電源，能夠使用用于對(duì)像素TFT40的柵極電極2e施加High電壓(+20V)的電源。另外，輸出配線21與恒定電流電路25連接。因此，如果在對(duì)輸入配線20施加+10V的脈沖電壓的同時(shí)，對(duì)柵極控制配線23 施加+20V的脈沖電壓，則在輸入配線20和輸出配線21流過一定的電流。但是，輸出配線 21的電壓Vout根據(jù)傳感器TFT50的背柵的打開狀態(tài)、即node-Z的電壓之差而變化。通過用ADC26檢測(cè)該電壓Vout，能夠檢測(cè)負(fù)離子濃度。負(fù)離子濃度越低，電壓Vout越大，負(fù)離子濃度越高，電壓Vout越小。另外，不設(shè)置恒定電流電路25，而是通過檢測(cè)根據(jù)node-Z的電壓之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。
另外，在本實(shí)施方式中，Vdd的High電壓并未特別限定為+10V，也可以與施加到復(fù)位配線2b的High電壓、即施加到像素TFT40的柵極電極2e的High電壓同為+20V。由此，作為用于施加Vdd的High電壓的電源，能夠使用用于對(duì)像素TFT40的柵極電極2e施加 High電壓的電源。
接著，用圖22對(duì)檢測(cè)正離子時(shí)的離子傳感器電路的動(dòng)作機(jī)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)說明。圖22 是檢測(cè)正離子時(shí)的本實(shí)施方式的離子傳感器電路的時(shí)序圖。
在初始狀態(tài)，Vrst被設(shè)定為High電壓(+20V)。另外，在初始狀態(tài)，Vdd被設(shè)定為 Low電壓(OV)。在開始離子濃度的測(cè)定之前，首先，利用復(fù)位單元對(duì)復(fù)位配線2b施加Low 電壓(-10V)，天線41的電壓(node-Z的電壓)被復(fù)位為-10V。在node-Z的電壓被復(fù)位之后，復(fù)位配線2b由復(fù)位單元保持在高阻抗?fàn)顟B(tài)。然后，開始離子的導(dǎo)入，在天線41捕捉到正離子時(shí)，復(fù)位到-IOV的即被充電為負(fù)的node-Z的電壓，被正離子中和而上升。正離子濃度越高，電壓上升的速度越快。在自導(dǎo)入離子經(jīng)過規(guī)定時(shí)間之后，對(duì)輸入配線20暫時(shí)施加 High電壓(+10V)。即，對(duì)輸入配線20施加+IOV的脈沖電壓。同時(shí)，對(duì)柵極控制配線23暫時(shí)施加High電壓(+20V)。即，對(duì)柵極控制配線23施加+20V的脈沖電壓。另外，輸出配線 21與恒定電流電路25連接。因此，如果在對(duì)輸入配線20施加+IOV的脈沖電壓的同時(shí)，對(duì)柵極控制配線23施加+20V的脈沖電壓，則輸入配線20和輸出配線21流過一定的電流。但是，輸出配線21的電壓Vout根據(jù)傳感器TFT50的背柵的打開狀態(tài)、即node-Z的電壓之差變化。通過用ADC26檢測(cè)該電壓Vout，能夠檢測(cè)正離子濃度。正離子濃度越低，電壓Vout 越小，正離子濃度越高，電壓Vout越大。另外，不設(shè)置恒定電流電路25，而是通過檢測(cè)根據(jù) node-Z的電壓之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。
如上所述，根據(jù)本實(shí)施方式的離子傳感器，能夠用一個(gè)傳感器TFT50檢測(cè)正離子和負(fù)離子兩種離子。
但是，關(guān)于傳感器的靈敏度，一般實(shí)施方式1、2比本實(shí)施方式好。對(duì)其理由進(jìn)行說明。
首先，對(duì)離子傳感器的靈敏度進(jìn)行說明。設(shè)離子濃度計(jì)測(cè)開始時(shí)的天線的電位為 V0、經(jīng)過規(guī)定時(shí)間t計(jì)測(cè)離子濃度后的天線的電位為Vt，差VO-Vt為At。而且，設(shè)離子濃度計(jì)測(cè)開始時(shí)的漏極電流為Id, O,經(jīng)過規(guī)定時(shí)間t后的漏極電流為Id, t,差I(lǐng)d, 0-Id, t為 Aid。此時(shí)，靈敏度用Ald/AV表示。S卩，可以說對(duì)AV而言，AId越大，靈敏度越高。
根據(jù)TFT的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)，一般而言，對(duì)溝道的導(dǎo)電性的影響，通常的柵極電極比背柵電極大，即可以認(rèn)為，起因于通常的柵極電極的電場(chǎng)比起因于背柵電極的電場(chǎng)對(duì)溝道的影響大。例如，如圖23所示，將柵極電極的電位Vg固定為0V，背柵電極的電位Vb從+6V變化為OV時(shí)的漏極電流的變化設(shè)為Λ Id, b，不設(shè)置背柵電極14，柵極電極的電位Vg從+6V 變化為OV時(shí)的漏極電極的變化設(shè)為AId，g。于是，Aid, g > Λ Id，b，可知不利用背柵電極的電位變化而利用柵極電極的電位變化的方式△ Id/Λν變大，即傳感器的靈敏度變高。
另外，作為本實(shí)施方式的復(fù)位單元，在測(cè)定負(fù)離子濃度時(shí)，能夠使用與實(shí)施方式I 相同的復(fù)位單元。另一方面，在測(cè)定正離子濃度時(shí)，本實(shí)施方式的復(fù)位單元，具有與實(shí)施方式I導(dǎo)電型相反的MOSFET或TFT，由與實(shí)施方式I極性相反的信號(hào)進(jìn)行控制。
(實(shí)施方式4)
實(shí)施方式4的顯示裝置，除了以下方面以外，具有與實(shí)施方式3相同的結(jié)構(gòu)。SP， 實(shí)施方式3的顯示裝置，具有能夠用具有背柵的N溝道型的傳感器TFT50測(cè)定大氣中的離子濃度的離子傳感器，但實(shí)施方式4的顯示裝置，具有能夠用具有背柵的P溝道型的傳感器 TFT50測(cè)定大氣中的離子濃度的離子傳感器。
具體而言,替代n+a-Si層5a、5b形成p+a-Si層，在p+a-Si層摻雜硼(B)等III 族元素。即，在本實(shí)施方式中，傳感器TFT50和像素TFT40是P溝道型TFT。
接著，用圖24、圖25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24是檢測(cè)負(fù)離子時(shí)的本實(shí)施方式的離子傳感器電路的時(shí)序圖，首先對(duì)檢測(cè)負(fù)離子時(shí)的情況進(jìn)行說明。
在初始狀態(tài)，Vrst被設(shè)定為Low電壓(-10V)。此時(shí)，作為用于將Vrst設(shè)定為Low 電壓(-10V)的電源，能夠使用用于對(duì)像素TFT40的柵極電極2e施加Low電壓(-10V)的電源。另外，在初始狀態(tài)，Vdd被設(shè)定為Low電壓(OV)。在開始離子濃度的測(cè)定之前，首先，利用復(fù)位單元對(duì)復(fù)位配線2b施加High電壓(+20V)，天線41的電壓(node-Z的電壓)被復(fù)位為+20V。此時(shí)，作為用于施加Vrst的電源，能夠使用用于對(duì)像素TFT40的柵極電極2e施加 High電壓(+20V)的電源。在node-Z的電壓被復(fù)位之后，復(fù)位配線2b由復(fù)位單元保持在高阻抗?fàn)顟B(tài)。然后，開始離子的導(dǎo)入，在天線41捕捉到負(fù)離子時(shí)，復(fù)位到+20V的即被充電為正的node-Z的電壓，被負(fù)離子中和而降低。負(fù)離子濃度越高，電壓降低的速度越快。在自導(dǎo)入離子經(jīng)過規(guī)定時(shí)間之后，對(duì)輸入配線20暫時(shí)施加High電壓(+10V)。即，對(duì)輸入配線 20施加+IOV的脈沖電壓。同時(shí)，對(duì)柵極控制配線23暫時(shí)施加Low電壓(-10V)。S卩，對(duì)柵極控制配線23施加-10V的脈沖電壓。此時(shí)，作為用于施加Vrw的電源，能夠使用用于對(duì)像素TFT40的柵極電極2e施加Low電壓(-10V)的電源。另外，輸出配線21與恒定電流電路 25連接。因此，如果在對(duì)輸入配線20施加+10V的脈沖電壓的同時(shí)，對(duì)柵極控制配線23施加-10V的脈沖電壓，則在輸入配線20和輸出配線21流過一定的電流。但是，輸出配線21 的電壓Vout根據(jù)傳感器TFT50的背柵的打開狀態(tài)、即node-Z的電壓之差而變化。通過用 ADC26檢測(cè)該電壓Vout，能夠檢測(cè)負(fù)離子濃度。負(fù)離子濃度越低，電壓Vout越小，負(fù)離子濃度越高，電壓Vout越大。另外，不設(shè)置恒定電流電路25，而是通過檢測(cè)根據(jù)node-Z的電壓之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。
另外，在本實(shí)施方式中，Vdd的High電壓并未特別限定為+10V，也可以與施加到復(fù)位配線2b的High電壓、即施加到像素TFT40的柵極電極2e的High電壓同為+20V。由此，作為用于施加Vdd的High電壓的電源，能夠使用用于對(duì)像素TFT40的柵極電極2e施加 High電壓的電源。
接著，用圖25對(duì)檢測(cè)正離子時(shí)的離子傳感器電路的動(dòng)作機(jī)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)說明。圖25 是檢測(cè)正離子時(shí)的本實(shí)施方式的離子傳感器電路的時(shí)序圖。
在初始狀態(tài)，Vrst被設(shè)定為High電壓(+20V)。另外，在初始狀態(tài)，Vdd被設(shè)定為 Low電壓(OV)。在開始離子濃度的測(cè)定之前，首先，利用復(fù)位單元對(duì)復(fù)位配線2b施加Low 電壓(-10V)，天線41的電壓(node-Z的電壓)被復(fù)位為-10V。在node-Z的電壓被復(fù)位之后，復(fù)位配線2b由復(fù)位單元保持在高阻抗?fàn)顟B(tài)。然后，開始離子的導(dǎo)入，在天線41捕捉到正離子時(shí)，復(fù)位到-IOV的即被充電為負(fù)的node-Z的電壓，被正離子中和而上升。正離子濃度越高，電壓上升的速度越快。在自導(dǎo)入離子經(jīng)過規(guī)定時(shí)間之后，對(duì)輸入配線20暫時(shí)施加 High電壓(+10V)。即，對(duì)輸入配線20施加+IOV的脈沖電壓。同時(shí)，對(duì)柵極控制配線23暫時(shí)施加Low電壓(-10V)。即，對(duì)柵極控制配線23施加-IOV的脈沖電壓。另外，輸出配線 21與恒定電流電路25連接。因此，如果在對(duì)輸入配線20施加+10V的脈沖電壓的同時(shí)，對(duì)柵極控制配線23施加-10V的脈沖電壓，則在輸入配線20和輸出配線21流過一定的電流。 但是，輸出配線21的電壓Vout根據(jù)傳感器TFT50的背柵的打開狀態(tài)、即node-Z的電壓之差而變化。通過用ADC26檢測(cè)該電壓Vout，能夠檢測(cè)正離子濃度。正離子濃度越低，電壓 Vout越大，正離子濃度越高，電壓Vout越小。另外，不設(shè)置恒定電流電路25，而是通過檢測(cè)根據(jù)node-Z的電壓之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。
如上所述，根據(jù)本實(shí)施方式的離子傳感器，能夠用一個(gè)傳感器TFT50檢測(cè)正離子和負(fù)離子兩種離子。
另外，作為本實(shí)施方式的復(fù)位單元，在測(cè)定負(fù)離子濃度時(shí)，能夠使用與實(shí)施方式I相同的復(fù)位單元。另一方面，在測(cè)定正離子濃度時(shí)，本實(shí)施方式的復(fù)位單元，具有與實(shí)施方式I導(dǎo)電型相反的MOSFET或TFT，由與實(shí)施方式I極性相反的信號(hào)進(jìn)行控制。
以下表示實(shí)施方式I 4的變形例。
在實(shí)施方式I 4中，以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是有機(jī)EL顯示器、等離子體顯示器等FPD。
也可以不設(shè)置恒定電流電路25。即，也可以通過測(cè)定傳感器TFT30的源極與漏極間的電流來計(jì)算離子濃度。
形成于離子傳感器120的TFT的導(dǎo)電型與形成于顯示部130的TFT的導(dǎo)電型也可以彼此不同。
也可以替代氫化a-Si層，使用μ C-Si層、p-Si層、CG-Si層、氧化物半導(dǎo)體層。但是，μ C-Si與a-Si同樣，對(duì)光的靈敏度高，所以包含μ c_Si層的TFT優(yōu)選被遮光。另一方面，p-Si、CG-Si和氧化物半導(dǎo)體，對(duì)光的靈敏度低，所以包含ρ-Si層、CG-Si層或氧化物半導(dǎo)體層的TFT可以不被遮光。
另外，形成于離子傳感器120的TFT中包含的半導(dǎo)體的種類與形成于顯示部130 的TFT的半導(dǎo)體的種類可以彼此不同，但出于簡化制造工序的觀點(diǎn)，優(yōu)選相同。
形成在基板Ia上的TFT的種類，并不限定于底柵型和雙柵型，也可以是頂柵型、平面(planar)型等。另外，例如在實(shí)施方式1、2中，在傳感器TFT30為平面型的情況下，天線 41可以形成在TFT30的溝道區(qū)域上。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起作用。進(jìn)而，例如在實(shí)施方式3、4中，天線41也可以形成在TFT50的溝道區(qū)域上。即，也可以使背柵電極14露出，使背柵電極14自身作為離子傳感器天線起作用。
另外，形成于離子傳感器120的TFT的種類與形成于顯示部130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也可以單片化，直接形成在基板Ia上。
上述的實(shí)施方式，只要在未脫離本發(fā)明的主旨的范圍內(nèi)，可以適當(dāng)組合。
實(shí)施例I
(顯示裝置)
與實(shí)施方式I同樣地，制作具有檢測(cè)對(duì)象為空氣中的負(fù)離子的離子傳感器的液晶顯示裝置。更具體地說，傳感器TFT30是由氫化a-Si形成的底柵型且為N溝道型的TFT，令溝道長度(L)/溝道寬度(W) = 4 μ m/60 μ m0令天線41的面積為400 μ mX 400 μ m。作為 node-Z保持電容43，使用電容為IpF的電容器。
(驅(qū)動(dòng)條件)
令Vdd的Low電壓為0V，High電壓為+10V。令Vrst的Low電壓為-10V，High電壓為+20V。
(離子發(fā)生器)
使用夏普株式會(huì)社制的等離子體簇離子發(fā)生器IG-820-W。所謂等離子體簇離子， 是指對(duì)放電電極施加正和負(fù)的電壓，將空氣中的水分子和氧分子電解，形成正離子(H+)和負(fù)離子(O-)，在這些離子中分別聚集水分子，穩(wěn)定化后的產(chǎn)物。
(測(cè)定內(nèi)容)
在溫度條件27°C下，對(duì)干燥空氣、等離子體簇離子濃度低(700 X IO3個(gè)/cm3)、等離子體簇離子濃度中(1500X IO3個(gè)/cm3)、等離子體簇離子濃度高(2000X IO3個(gè)/cm3)四種空氣，測(cè)定流過輸出配線的電流Id和node-Z的電壓的隨時(shí)間變化。
用圖26表示四種空氣的Id的隨時(shí)間變化。從測(cè)定開始起8秒后的負(fù)離子濃度高的Id與負(fù)離子濃度低的Id之差，大致為1.5μΑ。
用圖27表示四種空氣的node-Z的電壓的隨時(shí)間變化。如上所述，負(fù)離子濃度越高，node-Z的電壓越低。從測(cè)定開始起8秒后的負(fù)離子濃度高的node-Z的電壓與負(fù)離子濃度低的node-Z的電壓之差，大致為2V。
如上所述可以明確，根據(jù)具有本實(shí)施例的離子傳感器的顯示裝置，能夠良好地測(cè)定大氣中的負(fù)離子濃度。
另外，實(shí)施例I的離子傳感器電路107的占用面積是微米級(jí)。另一方面，本發(fā)明者對(duì)現(xiàn)有的離子發(fā)生裝置中設(shè)置的離子傳感器的大小進(jìn)行了調(diào)查發(fā)現(xiàn)，離子傳感器包括幾個(gè)電容器、幾個(gè)電阻、I個(gè)運(yùn)算放大器、I個(gè)連接器、天線墊、印制電路板(PWB)等，離子傳感器的占用面積為大致15mmX 45mm程度,其中天線墊的占用面積為大致IOmmX 10mm。像這樣, 與現(xiàn)有的離子傳感器部為毫米級(jí)的較大的大小相對(duì)地，實(shí)施例I的離子傳感器電路107充分小。
另外，現(xiàn)有的離子發(fā)生裝置中設(shè)置的離子傳感器部，進(jìn)行從天線部到傳感器信號(hào)的輸出為止的動(dòng)作，發(fā)揮與形成在基板Ia上的離子傳感器電路107相同的功能。
另外，本申請(qǐng)以2010年6月3日提出的日本專利申請(qǐng)2010-128168號(hào)為基礎(chǔ)，基于巴黎公約或進(jìn)入國家階段的該國法規(guī)主張優(yōu)先權(quán)。該申請(qǐng)的全部內(nèi)容作為參考被引入本申請(qǐng)。
符號(hào)說明
IaUb :絕緣性基板
2a:離子傳感器天線電極
2b :復(fù)位配線
2c、8 node-Z保持電容電極
2d、2e :柵極電極
3 :絕緣膜
4a、4b :氫化 a_Si 層
5a、5b n+a-Si 層
6a、6b :源極電極
7a、7b :漏極電極
9 :鈍化膜
IOaUOb :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
14:背柵電極
20 :輸入配線
21 :輸出配線
22 :連接配線
23 :柵極控制配線
25 :恒定電流電路
26 :模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換電路(ADC)
30,50 :傳感器 TFT (第一 FET)
31a、31b :偏光板
32 :液晶
36 :液晶輔助電容(Cs)
40 :像素 TFT (第二 FET)
41 :離子傳感器天線
42:空氣離子導(dǎo)入/導(dǎo)出通路
43 :node-Z保持電容
61n、65n、68n、74n N 溝道型 MOSFET
61p、68p、74p P 溝道型 MOSFET
62、64、66、69、71、73、75、77、80、82 :電源
63a、63b、67、70a、70b、76a、76b、81a、81b :控制信號(hào)發(fā)生源
72n、78n、79n、79p TFT
90、91、92、93、94 :復(fù)位單元
101 :顯示部驅(qū)動(dòng)用TFT陣列
103 :柵極驅(qū)動(dòng)器(顯示部掃描信號(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 :運(yùn)算處理LSI
107,307 :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
權(quán)利要求
1.一種離子傳感器，其特征在于所述離子傳感器包含場(chǎng)效應(yīng)晶體管，所述離子傳感器還包含離子傳感器天線和復(fù)位單元，所述離子傳感器天線和所述復(fù)位單元，與所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極電極連接，所述復(fù)位單元能夠?qū)⑺鰱艠O電極和所述離子傳感器天線的電位控制為規(guī)定的電位。
2.如權(quán)利要求I所述的離子傳感器，其特征在于所述復(fù)位單元包含開關(guān)元件，在向所述柵極電極和所述離子傳感器天線施加規(guī)定的電壓后，使所述柵極電極和所述離子傳感器天線成為高阻抗?fàn)顟B(tài)。
3.如權(quán)利要求I或2所述的離子傳感器，其特征在于所述離子傳感器還包含電容器，所述電容器的一個(gè)端子與所述柵極電極和所述離子傳感器天線連接，所述電容器的另一個(gè)端子被設(shè)定為規(guī)定的電位。
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)晶體管含有非晶硅或微晶硅。
5.如權(quán)利要求I至4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)晶體管不具有所述柵極電極以外的柵極電極。
6.如權(quán)利要求I至4中任一項(xiàng)所述的離子傳感器，其特征在于所述柵極電極是第一柵極電極，所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管還具有第二柵極電極。
7.—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6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)電路的至少一部分與所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管和所述離子傳感器天線，形成在所述基板的同一主面上。
8.如權(quán)利要求7所述的顯示裝置，其特征在于所述復(fù)位單元形成在半導(dǎo)體芯片內(nèi)，所述半導(dǎo)體芯片安裝在所述基板上。
9.如權(quán)利要求7或8所述的顯示裝置，其特征在于所述離子傳感器的至少一部分和所述顯示部驅(qū)動(dòng)電路的至少一部分，與共用的電源連
全文摘要
本發(fā)明提供一種穩(wěn)定地以高精度測(cè)定離子濃度的離子傳感器和顯示裝置。本發(fā)明是一種離子傳感器，其包含場(chǎng)效應(yīng)晶體管，上述離子傳感器還包含離子傳感器天線和復(fù)位單元，上述離子傳感器天線和上述復(fù)位單元，與上述場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極電極連接，上述復(fù)位單元能夠?qū)⑸鲜鰱艠O電極和上述離子傳感器天線的電位控制為規(guī)定的電位。
文檔編號(hào)G01N27/00GK102939533SQ20118002698
公開日2013年2月20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