专利名称：离子传感器和显示装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及离子传感器和显示装置。更详细地说，涉及在离子发生装置等中以适当的高精度测定离子浓度的离子传感器和具有该离子传感器的显示装置。
背景技术：
近年来，发现利用产生到空气中的正离子和负离子(以下称为“两种离子”或简称为“离子”)杀死浮游在空气中的细菌从而清洁空气的技术，应用该技术的空气净化器等的离子发生装置与注重舒适性和健康的时代相符，因而备受瞩目。
然而，由于离子不能被肉眼看到,所以不能直接用看来确认。而另一方面，对空气净化器的使用者而言，自然会想要知道离子是否在正常地产生，是否实际上产生了期望浓度的尚子。
关于这一点，已知具有计测大气中的离子浓度的离子传感器、并具有显示由该离子传感器计测到的离子浓度的显示部的空气调节机或空气净化器(例如参照专利文献I)。
当然，为了正确地获知产生到空气中的离子的浓度，优选离子传感器为高精度。
关于这一点，公开了 通过使施加于背栅(back gate)的电压变化，来调节栅极电极的电位，抑制阈值的偏差的生物传感器(例如参照专利文献2);和将场效应晶体管和离子传感器一体形成，使测定环境的影响降低的场效应晶体管型离子传感器(例如参照专利文献3)。
另外，已知具有对从离子发生部产生的正离子和负离子进行定量的离子传感器部和显示所定量的离子量的显示部的离子发生元件(例如参照专利文献4)。而且，已知具有对大气中的离子浓度进行计测的离子传感器和显示家电制品当前是何种状态的显示部的内置离子传感器家电制品用�？仄�(例如参照专利文献5)。
现有技术文献
专利文献
专利文献I :日本特开平10-332164号公报
专利文献2:日本特开2002-296229号公报
专利文献3:日本特开2008-215974号公报
专利文献4:日本特开2003-336872号公报
专利文献5:日本特开2004-156855号公报发明内容
发明要解决的课题
但是，专利文献I 3中记载的现有的离子传感器，对于带电和电噪声等外来噪声的抵抗弱，传感器的动作不稳定，难以稳定地以高精度测定离子浓度。
本发明是鉴于上述现状而完成的，其目的在于提供一种能够稳定地以高精度测定离子浓度的离子传感器和显示装置。
用于解决课题的方法
技术领域：
本发明者对稳定地以高精度测定离子浓度的离子传感器进行各种探讨后，着眼于作为检测(捕捉)空气中的离子的导电部件的离子传感器天线。而且，认识到在现有的离子传感器中，离子传感器天线被置于电浮置的状态，因此，对于带电和电噪声等外来噪声的抵抗弱，传感器的动作不稳定，不能稳定地以高精度测定离子浓度，并且认识到通过设置与离子传感器天线和场效应晶体管的栅极连接的复位单元，利用复位单元将栅极电极和离子传感器天线的电位控制到规定的电位，能够在进行离子浓度的测定之前将场效应晶体管的栅极电极和离子传感器天线的电位复位到规定的电位，即能够校正，从而想到能够很好地解决上述课题的方案，完成本发明。
S卩，本发明的一个方面是一种离子传感器，其包含场效应晶体管，上述离子传感器还包含离子传感器天线和复位单元，上述离子传感器天线和上述复位单元，与上述场效应晶体管的栅极电极连接，上述复位单元能够将上述栅极电极和上述离子传感器天线的电位控制为规定的电位。
以下对上述离子传感器进行详述。
上述离子传感器包含场效应晶体管(Field Effect Transistor,以下称为 “FET”)，FET的沟道的电阻与感知的离子浓度相应地变化，将该变化作为FET的源极与漏极间的电流或电压变化检测(通过检测FET的源极与漏极间的电流或电压变化来获知该变化)。
上述FET的种类没有特别限定，但优选薄膜晶体管(Thin FilmTransistor, 以下称为 “TFT”)和 MOSFET(Metal Oxide SemiconductorFET :金属氧化物半导体场效应晶体管)。TFT适用于有源矩阵驱动方式的液晶显示装置和有机EL(0rganic Electro-Luminescence :有机电致发光)显示装置。MOSFET适用于LSI和IC等半导体芯片。
另外，TFT的半导体材料并不特别限定，可以列举例如非晶硅(a-Si)、多晶硅 (P-Si)、微晶硅(μ c-Si)、连续晶粒硅(CG-Si)、氧化物半导体等。另外，MOSFET的半导体材料并不特别限定，可以列举例如硅。
上述离子传感器还具有离子传感器天线(以下简称为“天线”)，上述离子传感器天线与上述场效应晶体管的栅极电极连接。天线是感知(捕捉)空气中的离子的导电部件。 更详细地说，天线遇到离子时天线的表面因离子而带电，然后，与天线连接的FET的栅极电极的电位变化，其结果是，FET的沟道的电阻变化。
而且，上述离子传感器还包含复位单元，上述复位单元与上述场效应晶体管的栅极电极连接，能够将上述栅极电极和上述离子传感器天线的电位控制为规定的电位。由此， 能够将FET的栅极电极和天线的电位复位到规定的电位，即能够在校正后开始离子浓度的测定。因此，对带电和电噪声等外来噪声的抵抗强，传感器动作稳定，能够实现精度高的离子传感器。
作为上述离子传感器的结构，只要以这样的构成要素为必须要素形成即可，并不对其他的构成要素作特别限定。
以下对上述离子传感器的优选方式进行详细说明。
优选上述复位单元包含开关元件，在向上述栅极电极和上述离子传感器天线施加规定的电压后，使上述栅极电极和上述离子传感器天线成为高阻抗状态。由此，在利用复位单元将FET的栅极电极和天线控制为规定的电位之后，能够在离子浓度测定中使栅极电极和天线为高阻抗状态。因此，能够在离子浓度测定中抑制FET的栅极电极和天线的电位因复位单元而发生不必要的变化。即，能够使传感器工作稳定，精度更高。
另外，开关元件并不特别限定，适宜为FET，更适宜为TFT和M0SFET。
优选上述离子传感器还包含电容器，上述电容器的一个端子与上述栅极电极和上述离子传感器天线连接，上述电容器的另一个端子被设定为规定的电位。由此，能够增大栅极电极和离子传感器天线的电容，所以能够抑制离子浓度的测定中的外来噪声的影响。因此，能够使传感器动作更稳定，能够使精度变得更高。
像这样，本发明的另一方面是一种离子传感器，其包含场效应晶体管，上述离子传感器还包含离子传感器天线和电容器，上述离子传感器天线和电容器的一个端子，与上述场效应晶体管的栅极电极连接，上述电容器的另一个端子是被设定为规定的电位的离子传感器。
优选上述FET含有非晶硅或微晶硅。通过使用较为廉价的a-Si或μ c_Si，能够提供成本低且精度高的离子传感器。
也可以上述栅极电极是第一栅极电极，上述场效应晶体管还具有第二栅极电极。 由此，能够使第一栅极电极作为背栅电极、第二栅极电极作为栅极电极主体起作用。因此， 能够用一个FET测定正离子和负离子两种离子的浓度。
另一方面，也可以为上述场效应晶体管不具有上述栅极电极以外的栅极电极。由此，与具有背栅电极的情况相比，能够提高传感器的灵敏度。
本发明的另一个方面，是一种显示装置，其包括上述离子传感器和包含显示部驱动电路的显示部，上述显示装置具有基板，上述显示部驱动电路的至少一部分与上述场效应晶体管和上述离子传感器天线，形成在上述基板的同一主面上。由此，能够将离子传感器设置在基板的边框区域等空闲的空间，另外，能够援用形成显示部驱动电路的工序形成离子传感器。其结果是，能够提供低成本且能够实现小型化的具有上述离子传感器和显示部的显示装置。
上述显示装置的种类并不特别限定，但适宜的可以列举平板显示器(FPD)。作为 FPD，可以列举液晶显示装置、有机EL显示器、等离子体显示器等。
上述显示部包含用于发挥显示功能的元件，除了显示部驱动电路以外，例如包含显示元件、光学膜等。上述显示部驱动电路是用于驱动显示元件的电路，例如包含TFT阵列、栅极驱动器、源极驱动器等电路。其中，上述显示部驱动电路的至少一部分优选为TFT 阵列。
另外，显示元件是具有发光功能或调光功能(光的快门功能)的元件，按显示装置的每个像素或子像素设置。
例如，液晶显不装置通常具备相对的一对基板和在两基板之间具有调光功能的显示元件。更具体地说，液晶显示装置的显示元件通常包含一对电极和被夹持在两基板之间的液晶。
另外，有机EL显示器通常在基板上具备具有发光功能的显示元件。更具体地说， 有机EL显示器的显示元件通常包含层叠有阳极、有机发光层和阴极的结构。
另外，等离子体显示器通常具备相对的一对基板和在两基板之间具有发光功能的显示元件。更具体地说，等离子体显示器的发光元件通常包含一对电极、在一个基板形成的突光体和被封入到两基板之间的稀有气体。
作为上述显示装置的结构，只要以这样的构成要素为必须要素形成即可，并不对其他的构成要素作特别限定。
以下对上述显示装置的优选方式进行详细说明。
优选上述复位单元形成在半导体芯片内，上述半导体芯片安装在上述基板上。由此，与在上述基板上直接形成上述复位单元的情况相比，能够在离子浓度测定中使栅极电极和天线更高效地成为高阻抗状态。
优选上述FET是第一 FET，上述显示部驱动电路包含第二 FET，上述第一 FET和离子传感器天线以及上述第二 FET，形成在上述基板的同一主面上。由此，能够使用于形成第一 FET和第二 FET的材料和工序的至少一部分相同，能够削减形成第一 FET和第二 FET所需的成本。
另外，在具有现有的离子传感器和显示部的装置中，离子传感器一般利用平行平板型的电极。例如，专利文献4中记载的离子传感器，具有相对的平板型的加速电极和捕捉电极。这种平行平板型的离子传感器，由于制造上的加工精度的极限，难以加工到Pm级， 所以难以小型化。专利文献5中记载的离子传感器内置离子传感器家电制品用遥控器中， 在离子传感器中也使用包括一组离子加速电极和离子捕捉电极的平行平板电极，也难以小型化。另一方面，如实施方式所示，作为离子传感器元件，利用FET和天线，由此能够用光刻法制造离子传感器元件，所以能够以μ m级加工，能够比平行平板型的离子传感器小型化。 另外可以认为，液晶显示面板中电极间空隙(TFT阵列基板与对置电极的空隙)一般为3 5 μ m程度，即使在TFT阵列基板和对置基板分别设置电极，形成平行平板型的离子传感器， 也难以在间隙中导入离子。另一方面，如实施方式所示，利用FET和天线的离子传感器元件，由于不需要对置基板，所以能够使具有离子传感器的显示装置小型化。
另外，离子传感器元件是为了将空气中的离子浓度转换为电学物理量所需的最低限度的元件。
上述第二 FET的种类没有特别限定，但优选TFT。TFT—般用于有源矩阵驱动方式的液晶显示装置和有机EL显示装置等FPD，所以适于上述显示装置。
另外，将第二 FET作为TFT时的半导体材料并未特别限定，可以列举例如a_Si、 ρ-Si, μ c-Si、CG-Si、氧化物半导体等，其中a-si和μ c_Si较为适宜。
上述离子传感器天线优选具有包含透明导电膜的表面(露出部)。换言之，上述离子传感器天线的表面优选由透明导电膜覆盖。透明导电膜对腐蚀的抵抗强，由此能够防止离子传感器天线的非露出部(例如，包含金属配线构成的部分)暴露到外部环境而被腐蚀。
优选上述透明导电膜是第一透明导电膜，上述显示部具有第二透明导电膜。透明导电膜一并具有导电性和光学透明性，所以根据上述方式，能够适于将第二透明导电膜用作显示部的透明电极。由此，能够使形成第一透明导电膜和第二透明导电膜的材料和工序的至少一部分彼此相同，所以能够以低成本形成第一透明导电膜。
上述第一透明导电膜和上述第二透明导电膜优选包含同一材料，更优选仅用同一材料形成。由此，能够以更低成本形成第一透明导电膜。
作为上述第一透明导电膜和第二透明导电膜的材质，并未特别限定，例如适于使用铟锡氧化物(ΙΤ0 Indium Tin Oxide)、铟锌氧化物(ΙΖ0 Indium Zinc Oxide)、氧化锌 (ZnO)、氟掺杂的氧化锡(FTO Fluorine-doped Tin Oxide)等。
优选上述第一 FET包含特性因光而变化的半导体，上述半导体由遮光膜遮光。作为特性因光而变化的半导体，可以列举例如a-Si和yc-Si等。因此，为了将这些半导体用于离子传感器，优选进行遮光使特性不变化。因此，通过对特性因光而变化的半导体进行遮光，特性因光而变化的半导体不仅能够适用于显示部而且能够适用于离子传感器。
上述遮光膜对上述第一 FET进行遮光以使其免受显示装置外部的光(外光)和/ 或显示装置内部的光的影响。作为显示装置内部的光，可以列举例如在显示装置内部生成的反射光等。另外，在显示装置为有机EL和等离子体显示器等自发光型时，可以列举来自这些显示装置所具有的发光元件的光。另一方面，在为非自发光型的液晶显示装置时，可以列举背光源的光。在显示装置内部产生的反射光，是几十Lx程度，赋予第一 FET的影响较小。另一方面，作为外光，可以列举太阳光、室内照明(例如荧光灯)等。太阳光为3000 lOOOOOLx，实际使用时(除了暗室中的使用)的室内的荧光灯为100 3000Lx，均给予第一 FET很大影响。因此，上述遮光膜适于至少对第一 FET遮断外光，更适于遮断外光和显示装置内部的光两者。
优选上述遮光膜是第一遮光膜，上述显示部具有第二遮光膜。由此，在应用例如液晶显示装置和有机EL显示器作为上述显示装置的情况下，能够以抑制混色为目的，在显示部的各像素或子像素的边界设置第二遮光膜。另外，能够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，能够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优选包含同一材料，更优选仅用同一材料形成。由此，能够以更低成本形成第一遮光膜。
上述离子传感器天线既可以与上述第一 FET的沟道区域重叠，也可以不重叠。天线由于通常不包含特性因光而变化的半导体，所以不需要遮光。即，即使产生对第一 FET进行遮光的需要，也不需要在天线的周围配置遮光膜。因此，如前者的方式所示，只要将天线设置在沟道区域外，就能够不受第一 FET的配置场所的制约，自由地决定天线的配置场所。 因此，在能够更高效地捕捉离子的场所，例如在靠近用于将大气导入天线的流路或风扇的附近的场所等，能够容易地形成天线。另一方面，如后者的方式所示，如果将天线设置在沟道区域内，则能够使第一 FET的栅极电极或背栅电极本身作为天线起作用。因此，能够进一步使离子传感器元件小型化。
优选所述离子传感器的至少一部分和所述显示部驱动电路的至少一部分，与共用电源连接。通过使用共用的电源，与离子传感器和显示部分别具有电源的方式相比，能够削减用于形成电源的成本、以及用于配置电源的空间。更具体地说，优选至少第一 FET的源极或漏极、以及TFT阵列的TFT的栅极，与共用的电源连接。另外，优选复位单元和TFT阵列 TFT的栅极，与共用的电源连接。
上述显示装置的产品并未特别限定，适宜的可以列举电视机、个人计算机用显示器等搁置型显示器。由此，能够使搁置型显示器所放置的室内环境的离子浓度显示在该显示器上。另外，也可以将便携电话机、PDA (Personal Digital Assistants :个人数字助理) 等便携设备作为适宜的例子列举。由此，能够轻松地计测各种场所的离子浓度。进而，具有显示部的离子发生装置也能作为适宜的例子列举，由此，能够使从离子发生装置放出的离子浓度显示在显示部上。
发明效果
根据本发明，能够提供一种能够稳定地以高精度测定离子浓度的离子传感器和显示装置。
图I是实施方式I 4的离子传感器和显示装置的框图。
图2是表示实施方式I 4的离子传感器和显示装置的截面的截面示意图。
图3是表示实施方式1、2的离子传感器和显示装置的截面的截面示意图。
图4是表示实施方式1、2的离子传感器电路107和TFT阵列101的一部分的等价电路。
图5是实施方式I的离子传感器电路的时序图。
图6是表示实施方式1、3、4的复位单元的等价电路。
图7是实施方式1、3、4的复位单元的时序图。
图8是表示实施方式1、3、4的复位单元的等价电路。
图9是实施方式1、3、4的复位单元的时序图。
图10是表示实施方式1、3、4的复位单元的等价电路。
图11是实施方式1、3、4的复位单元的时序图。
图12是表示实施方式1、3、4的复位单元的等价电路。
图13是实施方式1、3、4的复位单元的时序图。
图14是表示实施方式1、3、4的复位单元的等价电路。
图15是实施方式1、3、4的复位单元的时序图。
图16是实施方式2的离子传感器电路的时序图。
图17是实施方式3的双栅极传感器中使用的传感器TFT50的截面示意图。
图18表示图17所示的传感器TFT50的Vg-Id曲线。
图19是表示实施方式3、4的离子传感器和显示装置的截面的截面示意图。
图20是表示实施方式3、4的离子传感器电路307和TFT阵列101的等价电路。
图21是实施方式3的离子传感器电路的时序图。
图22是实施方式3的离子传感器电路的时序图。
图23表示实施方式I 4的传感器TFT的Vg-Id曲线。
图24是实施方式4的离子传感器电路的时序图。
图25是实施方式4的离子传感器电路的时序图。
图26是表示实施例I的四种空气的Id的随时间变化的图。
图27是表示实施例I的四种空气的node-Z电位的随时间变化的图。
具体实施方式
以下揭示实施方式，参照附图对本发明进行更详细的说明，但本发明并不只限定于这些实施方式。
(实施方式I)
在本实施方式中，以具有感知对象为空气中的负离子的离子传感器的液晶显示装置为例进行说明。图I是本实施方式的离子传感器和显示装置的框图。
本实施方式的显示装置110是液晶显示装置，具有用于测定空气中的离子浓度的离子传感器120 (离子传感器部)和用于显示各种视频的显示部130。显示部130包括显示部驱动用TFT阵列101、栅极驱动器(显示部扫描信号线驱动电路)103和源极驱动器(显示用视频信号线驱动电路)104作为显示部驱动电路115。离子传感器120包括离子传感器驱动/读出电路105、运算处理LSI106和离子传感器电路107。电源电路109被离子传感器120和显示部130共用。离子传感器电路107是至少包括为了将空气中的离子浓度转换为电学物理量所需的元件(优选为FET和离子传感器天线)的电路，也包含检测(捕捉) 离子的功能。
显示部130具有与现有的液晶显示装置等有源矩阵型的显示装置同样的电路结构。即，在形成有TFT阵列101的区域、即显示区域，利用线顺序驱动来显示视频。
离子传感器120的功能的概要如下所述。首先，在离子传感器电路107中，检测 (捕捉)空气中的负离子，生成与检测到的负离子的量相应的电压值。将该电压值送到驱动 /读出电路105，在此转换为数字信号。该信号被送到LSI106，在此基于规定的计算方法对负离子浓度进行运算，并且生成用于将该运算结果显示到显示区域的显示用数据。该显示用数据，经源极驱动器104发送到TFT阵列101，最终显示与显示数据相应的负离子浓度。 电源电路109对TFT阵列101、栅极驱动器103、源极驱动器104和驱动/读出电路105供给电源。驱动/读出电路105包括复位单元，除了上述功能以外，还控制复位单元，以期望的时序对复位单元供给规定的信号和电源。另外，驱动/读出电路105以期望的时序对后述的输入配线供给规定的电源。
另外，驱动/读出电路105也可以包含在离子传感器电路107、栅极驱动器103、源极驱动器104等其他电路中，也可以包含在LSI106中。
另外，在本实施方式中，可以替代LSI106，使用在个人计算机(PC)上发挥作用的软件进行运算处理。
用图2对显示装置110的结构进行说明。图2是图I所示的用分割线A1-A2截断的状态的离子传感器和显示装置的截面示意图。离子传感器120具有离子传感器电路107、 空气离子导入/导出通路42、风扇(未图示)和遮光膜12a(第一遮光膜)。离子传感器电路107是离子传感器元件，包括传感器TFT (第一 FET) 30和离子传感器天线41。另一方面， 显示部130具有包含像素TFT (第二 FET) 40的TFT阵列101 ;遮光膜12b (第二遮光膜); 包含RGB、RGBY等颜色的彩色滤光片13 ;液晶32 ;和偏光板31a、31b。
天线41是检测(捕捉)空气中的负离子的导电部件，与传感器TFT30的栅极连接。 天线41包含暴露在外部环境中的部分(露出部)，当在天线41的表面(露出部)附着负离子时天线41的电位发生变化，与之相应地传感器TFT30的栅极的电位也变化。其结果是， 传感器TFT30的源极和漏极间的电流和/或电压变化。像这样，通过离子传感器元件由天线41和传感器TFT30形成，能够比现有的平行平板型的离子传感器小型化。
导入/导出通路42是用于高效地使天线41上方通气的通路，利用风扇使空气从图2的跟前向进深或者从进深向跟前流动。
另外，显示装置110具有大部分相对的两块绝缘性基板la、lb，在基板la、lb之间夹持有液晶32。传感器TFT30和TFT阵列101，在基板la、lb相对的位置，设置在基板 la (TFT阵列基板)的液晶侧的主面上。在TFT阵列101，矩阵状地配置有多个像素TFT40。 天线41、导入/导出通路42和风扇，在非基板la、lb相对的位置，设置在基板Ia的液晶侧的主面上。像这样，天线41设置在传感器TFT30的沟道区域外。由此，能够容易地将天线 41配置在导入/导出通路42和风扇附近，所以能够高效地将大气送到天线41。另外，传感器TFT30和遮光膜12a，设置在显示部130的端部(边框区域)。由此，能够有效活用边框区域中的空闲空间，所以能够不变更显示装置110的尺寸地形成离子传感器电路107。
像这样，在基板Ia的同一主面上，至少形成包含于离子传感器电路107中的传感器TFT30和离子传感器天线41、以及包含于显示部驱动电路115中的TFT阵列101。由此， 援用形成TFT阵列101的工序能够形成天线TFT30和离子传感器天线41。
另一方面，遮光膜12a、12b和彩色滤光片13，在基板la、lb相对的位置，设置在基板Ib (对置基板)的液晶侧的主面上。遮光膜12a设置在与传感器TFT30相对的位置，遮光膜12b和彩色滤光片13设置在与TFT阵列101相对的位置。传感器TFT30包含作为对光的特性会发生变化的半导体的a-Si，对此会在后面详述。如上所述，传感器TFT30被遮光膜12a遮光，由此能够抑制a-Si的特性、即传感器TFT30的输出特性变化，所以能够更加高精度地测定离子浓度。
偏光板31a、31b分别设置在基板la、Ib的与液晶相反的一侧(外侧)的主面上。
用图3对显示装置110的结构进行进一步详述。图3是表示本实施方式的离子传感器和显示装置的截面的截面示意图。
在绝缘性基板Ia的液晶侧的主面上，依次层叠有第一导电层、绝缘膜3、氢化a-Si 层、n+a-Si层、第二导电层、钝化膜9和第三导电层。
在第一导电层形成有离子传感器天线电极2a、复位配线2b、后述的连接配线22、 node-Z保持电容电极2c和栅极电极2d、2e。这些电极形成于第一导电层，例如通过溅射法和光刻法，能够用同一材料由同一工序形成。第一导电层由单层或叠层的金属层形成。具体而言，可以列举铝(Al)的单层、下层Al/上层钛(Ti)的叠层、下层Al/上层钥(Mo)的叠层等。在后面会用图4对复位配线2b、连接配线22和保持电容电极2c进行详述。
绝缘膜3以覆盖离子传感器天线电极2a、复位配线2b、连接配线22、node-Z保持电容电极2c和栅极电极2d、2e的方式，设置在基板Ia上。在绝缘膜3上形成有氢化a_Si 层4a、4b、n+a_Si层5a、5b、源极电极6a、6b、漏极电极7a、7b和node_Z保持电容电极8。源极电极6a、6b、漏极电极7a、7b和保持电容电极8形成于第二导电层,例如通过派射法和光刻法，能够用同一材料由同一工序形成。第二导电层由单层或叠层的金属层形成。具体而言，可以列举铝(Al)的单层、下层Al/上层Ti的叠层、下层Ti/上层Al的叠层等。另外， 氢化a-Si层4a、4b，能够例如通过CVD法和光刻法，用同一材料由同一工序形成，n+a_Si层 5a、5b也能够通过化学气相沉积(CVD ChemicalVapor Deposition)法和光刻法,用同一材料由同一工序形成。如上所述，形成各种电极和半导体时，能够使材料和工序的至少一部分相同。由此，能够削减形成包括各种电极和半导体的传感器TFT30以及像素TFT40所需的成本。对TFT30、40的构成要素在后面进一步详述。
钝化膜9以覆盖氢化a_Si层4a、4b、n+a-Si层5a、5b、源极电极6a、6b、漏极电极7a、7b和保持电容电极8的方式设置在绝缘膜3上。在钝化膜9上形成有透明导电膜 IIa (第一透明导电膜)和透明导电膜Ilb (第二透明导电膜)。透明导电膜Ila经贯通绝缘膜3和钝化膜9的接触孔IOa与天线电极2a连接。通过配置透明导电膜Ila使得天线电极2a不因接触孔IOa而露出，能够防止天线电极2a暴露在外部环境而腐蚀。透明导电膜Ilb经贯通钝化膜9的接触孔IOb与漏极电极7b连接。透明导电膜IlaUlb形成于第三导电层，例如通过溅射法和光刻法，能够用同一材料由同一工序形成。第三导电层由单层或叠层的透明导电膜形成。具体而言，可以列举ITO膜、IZO膜等。另外，构成透明导电膜 IlaUlb的全部材料不需要彼此完全相同，另外，用于形成透明导电膜IlaUlb的全部工序不需要完全相同。例如，透明导电膜Ila和/或透明导电膜Ilb具有多层结构时，也能够用同一材料由同一工序仅形成两个透明导电膜共用的层。如上所述，通过将用于形成透明导电膜Ilb的材料和工序的至少一部分用于透明导电膜Ila的形成，能够以低成本形成透明导电膜11a。
另外,遮光膜12a和遮光膜12b也能够用同一材料由同一工序形成。具体而言，遮光膜12a、12b由铬(Cr)等不透明的金属膜、不透明的树脂膜等形成。作为该树脂膜，可以列举含碳的丙烯酸树脂等。如上所述，通过将用于形成遮光膜12b的材料和工序的至少一部分用于遮光膜12a的形成,能够以低成本形成遮光膜12a。
对TFT30、40的构成要素进一步详述。传感器TFT30由栅极电极2d、绝缘膜3、氢化a-Si层4a、n+a_Si层5a、源极电极6a和漏极电极7a形成。像素TFT40由栅极电极2e、 绝缘膜3、氢化a-Si层4b、n+a-Si层5b、源极电极6b和漏极电极7b形成。绝缘膜3在传感器TFT30和像素TFT40中作为栅极绝缘膜起作用。TFT30、40是底栅型的TFT。在n+a-Si 层5a、5b掺杂有磷(P)等V族元素。即，传感器TFT30和像素TFT40是N沟道型TFT。
天线41由透明导电膜Ila和天线电极2a形成。另外，由node_Z保持电容电极 2c、8和作为电介质起作用的绝缘膜3形成node-Z保持电容43 (电容器)。电容电极2c与栅极电极2d以及天线电极2a连接，电容电极8接地。通过设置保持电容43，能够增大栅极电极2d和天线41的电容，所以能够抑制离子浓度的测定中的外来噪声的影响。因此，能够使传感器动作更稳定，能够使精度变得更高。
接着，用图4对离子传感器电路107和TFT阵列101的电路结构和动作机构进行说明。图4是表示本实施方式的离子传感器电路107和TFT阵列101的一部分的等价电路。
首先，说明TFT阵列101。像素TFT40的栅极电极2d经栅极总线Gn、Gn+l、……与栅极驱动器103连接，源极电极6b经源极总线Sm、Sm+l与源极驱动器104连接。像素TFT40 的漏极电极7b，与作为像素电极起作用的透明导电膜Ilb连接。像素TFT40按每个子像素设置，作为开关元件起作用。从栅极驱动器103以规定的时序对栅极总线Gn、Gn+l、……供给扫描脉冲(扫描信号)，该扫描脉冲以线顺序方式对各像素TFT40施加。对源极总线Sm、 Sm+K……供给由源极驱动器104生成的任意的视频信号和/或基于负离子浓度计算出的显示用数据。而且，以规定的时序对与因扫描脉冲的输入而在一定期间成为导通状态的像素TFT40连接的像素电极(透明导电膜Ilb)供给视频信号和/或显示用数据。写入到液晶的规定电平的视频信号和/或显示用数据，在施加了这些信号和/或数据的像素电极和与该像素电极相对的对置电极(未图示)之间保持一定期间。在此，与这些像素电极与对置电极之间形成的液晶电容并联地形成有液晶辅助电容(Cs)36。液晶辅助电容36在各子像素中，形成于漏极电极7a与液晶辅助电容线Csn、Csn+1、......之间。另外，电容线Csn、Csn+1、……形成于第一导电层，与栅极配线Gn、Gn+l、……平行地设置。
接着，对离子传感器电路107的电路结构进行说明。在传感器TFT30的漏极电极 7a连接有输入配线20。对输入配线20施加High电压(+10V)或Low电压(OV)，设输入配线20的电压为Vdd。在源极电极6a连接有输出配线21。设输出配线21的电压为Vout。 另外，天线41经连接配线22与传感器TFT30的栅极电极2d连接。而且，在连接配线22与复位配线2b连接。配线22、2b彼此的交点(节点)设为node-Z。复位配线2b是用于对 node-Z、即传感器TFT30的栅极和天线41的电压进行复位的配线。对复位配线2b施加High 电压(+20V)或Low电压(-10V)，设复位配线2b的电压为Vrst。而且，连接配线22经保持电容43接地(GND)。输出配线21与恒定电流电路25以及模拟-数字转换电路(ADC) 26连接。恒定电流电路25包括N沟道型TFT (恒定电流TFT)，恒定电流TFT的漏极与输出配线 21连接。恒定电流TFT的源极与恒定电流源连接，其电压Vss被固定为比Vdd的High电压低的电压。恒定电流TFT的栅极与定电压源连接。恒定电流TFT的栅极的电压Vbais固定为规定的值，使得在恒定电流TFT的源极与漏极之间流过一定的电流(例如I μ A)。恒定电流电路25和ADC26形成在驱动/读出电路105内。
另外，天线41、传感器TFT30的栅极、复位配线2b、连接配线22和保持电容43，通过在第一导电层一体形成天线电极2a、栅极电极2d、复位配线2b、保持电容电极2c和连接配线22，彼此连接。另一方面，驱动/读出电路105、栅极驱动器103和源极驱动器104分别不在基板Ia上直接形成，而是形成于LSI芯片等半导体芯片，半导体芯片安装在基板Ia 上。
接着，用图5对离子传感器电路的动作机构进行详细说明。图5是本实施方式的离子传感器电路的时序图。
在初始状态，Vrst被设定为Low电压(-10V)。此时,作为用于将Vrst设定为Low 电压(-10V)的电源，能够使用用于对像素TFT40的栅极电极2e施加Low电压(-10V)的电源。另外，在初始状态，Vdd被设定为Low电压(OV)。在开始离子浓度的测定之前，首先，利用复位单元对复位配线2b施加High电压(+20V)，天线41的电压(node-Z的电压)被复位为+20V。此时，作为用于施加Vrst的电源，能够使用用于对像素TFT40的栅极电极2e施加High电压(+20V)的电源。在node-Z的电压被复位之后，复位配线2b由复位单元保持在高阻抗状态。然后，开始离子的导入，在天线41捕捉到负离子时，复位到+20V的即被充电为正的node-Z的电压，被负离子中和而降低(感应动作)。负离子浓度越高，电压降低的速度越快。在自导入离子经过规定时间之后，对输入配线20暂时施加High电压(+10V)。 即，对输入配线20施加+10V的脉冲电压。另外，输出配线21与恒定电流电路25连接。因此，当对输入配线20施加+10V的脉冲电压时，在输入配线20和输出配线21流过一定的电流。但是，输出配线21的电压Vout根据传感器TFT30的栅极的打开状态、即node-Z的电压之差而变化。通过用ADC26检测该电压Vout，能够检测负离子浓度。另外，不设置恒定电流电路25，而是通过检测根据node-Z而变化的输出配线21的电流Id，也能够检测负离子浓度。
在此，对复位单元的结构和动作机构进行说明。
复位单元90，如图6所示，形成在驱动/读出电路105、即半导体芯片内，包括作为开关元件的N沟道型M0SFET61n和P沟道型M0SFET61p。M0SFET61n的源极与复位配线2b 连接，M0SFET61n的漏极与+20V的电源62连接，M0SFET61n的栅极与控制信号发生源63a 连接。M0SFET61p的源极与复位配线2b连接，M0SFET61p的漏极与-IOV的电源64连接， M0SFET61p的栅极与控制信号发生源63b连接。
控制信号发生源63b，如图7所示，将Vrst控制信号b输入到M0SFET61p。Vrst 控制信号b在初始状态被设定为Low电压，M0SFET61p成为导通状态。因此，在初始状态， Vrst被设定为-10V。然后，在临开始离子浓度的测定前，控制信号发生源63a将作为脉冲信号的Vrst控制信号a输入到M0SFET61n。另外，与Vrst控制信号a的输入同步地，Vrst 控制信号b变为High电压。由此，M0SFET61p成为断开状态。另一方面，M0SFET61n暂时成为导通状态，对复位配线2b施加+20V的High电压。然后，在输入Vrst控制信号a后， M0SFET61n成为断开状态，所以复位配线2b、即node-Z保持高阻抗状态。
以下表示复位单元的变形例。
复位单元91也可以如图8所示形成在驱动/读出电路105，即半导体芯片内， 包括作为开关元件的N沟道型沟道M0SFET65n。M0SFET65n的源极与复位配线2b连接， M0SFET65n的漏极与+20V的电源66连接，M0SFET65n的栅极与控制信号发生源67连接。
控制信号发生源67如图9所示将作为脉冲信号的Vrst控制信号输入到 M0SFET65n。由此，M0SFET65n暂时成为导通状态，对复位配线2b施加+20V的High电压。 然后，在输入Vrst控制信号后，M0SFET65n成为断开状态，所以复位配线2b、即node-Z保持高阻抗状态。
另外，在本变形例中，在初始状态，没有控制Vrst的单元，但由于不影响离子浓度的测定，所以没有特别的问题。
另外，将M0SFET6In和6Ip的断开状态的电阻分别设为R_Lla和R_Llb，将 M0SFET65n的断开状态的电阻设为R_L2时，各电阻的大小一般为R_L2 > R_Lla > R_Llb的关系。因此，出于抑制离子浓度检测中的不必要的node-Z的电位变化(噪声)的观点，相比图6的方式更优选图8的方式。
复位单元92如图10所示，也可以包括作为开关元件的N沟道型M0SFET68n、P沟道型M0SFET68p和N沟道型TFT72n。M0SFET68n、68p形成在驱动/读出电路105、即半导体芯片内，TFT72n形成在基板Ia上。M0SFET68n的源极与TFT72n的栅极连接，M0SFET68n 的漏极与+20V的电源69连接，M0SFET68n的栅极与控制信号发生源70a连接。M0SFET68p 的源极与TFT72n的栅极连接，M0SFET68p的漏极与-IOV的电源71连接，M0SFET68p的栅极与控制信号发生源70b连接。TFT72n的源极与复位配线2b连接，TFT72n的漏极与+20V 的电源73连接，TFT72n的栅极与M0SFET68n、68p的源极连接。
控制信号发生源70b，如图11所示，将Vrst控制信号b输入到M0SFET68p。Vrst 控制信号b在初始状态被设定为Low电压，M0SFET68p成为导通状态。因此，在初始状态， 施加到TFT72n的栅极的Vrst合成信号为-10V的Low电压，TFT72n为断开状态。然后，在临开始离子浓度的测定前，控制信号发生源70a将作为脉冲信号的Vrst控制信号a输入到 M0SFET68n。另外，与Vrst控制信号a的输入同步地，Vrst控制信号b暂时变为High电压。 由此，M0SFET68p暂时成为断开状态。另一方面，M0SFET68n暂时成为导通状态，Vrst合成信号为+20V的High电压。其结果是，TFT72n暂时成为导通状态，对复位配线2b施加+20V的High电压。然后，当Vrst控制信号a、b分别回到Low电压时，M0SFET68p成为导通状态， TFT72n成为断开状态，所以复位配线2b、即node-Z保持高阻抗状态。
复位单元93如图12所示，也可以包括作为开关元件的N沟道型M0SFET74n、P沟道型M0SFET74p和N沟道型TFT78n。M0SFET74n、74p形成在驱动/读出电路105、即半导体芯片内，TFT78n形成在基板Ia上。M0SFET74n的源极与TFT78n的栅极连接，M0SFET74n 的漏极与+20V的电源75连接，M0SFET74n的栅极与控制信号发生源76a连接。M0SFET74p 的源极与TFT78n的栅极连接，M0SFET74p的漏极与-IOV的电源77连接，M0SFET74p的栅极与控制信号发生源76b连接。TFT78n的源极与复位配线2b连接，TFT78n的漏极与栅极短路，TFT78n的栅极与M0SFET74n、74p的源极连接。
控制信号发生源76b，如图13所示，将Vrst控制信号b输入到M0SFET74p。Vrst 控制信号b在初始状态被设定为Low电压，M0SFET74p成为导通状态。因此，在初始状态， 施加到TFT78n的栅极的Vrst合成信号为-IOV的Low电压，TFT78n为断开状态。然后，在临开始离子浓度的测定前，控制信号发生源76a将作为脉冲信号的Vrst控制信号a输入到 M0SFET74n。另外，与Vrst控制信号a的输入同步地，Vrst控制信号b暂时变为High电压。 由此，M0SFET74p暂时成为断开状态。另一方面，M0SFET74n暂时成为导通状态，Vrst合成信号为+20V的High电压。其结果是，TFT78n暂时成为导通状态，对复位配线2b施加+20V 的High电压。然后，当Vrst控制信号a、b分别回到Low电压时，M0SFET74p成为导通状态， TFT78n成为断开状态，所以复位配线2b、即node-Z保持高阻抗状态。
复位单元94如图14所示，也可以包括在基板Ia上形成、作为开关元件的N沟道型TFT79n和P沟道型TFT79p。TFT79n的源极与复位配线2b连接，TFT79n的漏极与+20V 的电源80连接，TFT79n的栅极与控制信号发生源81a连接。TFT79p的源极与复位配线2b 连接，TFT79p的漏极与-10V的电源82连接，TFT79p的栅极与控制信号发生源81b连接。
控制信号发生源81b，如图15所示，将Vrst控制信号b输入到TFT79p。Vrst控制信号b在初始状态被设定为Low电压，TFT79p成为导通状态。因此，在初始状态，Vrst被设定为-10V。然后，在临开始离子浓度的测定前，控制信号发生源81a将作为脉冲信号的 Vrst控制信号a输入到TFT79n。另外，与Vrst控制信号a的输入同步地，Vrst控制信号b 变为High电压。由此，TFT79p成为断开状态。另一方面，TFT79n暂时成为导通状态，对复位配线2b施加+20V的High电压。然后，在输入Vrst控制信号a后，TFT79n成为断开状态，所以复位配线2b、即node-Z保持高阻抗状态。
另外，在本变形例中，由于需要在基板Ia上形成N沟道型和P沟道型的TFT，K& 优选形成P-Si层等高迁移率的半导体层作为半导体层。
另外，在本变形例中，为了生成Vrst控制信号a、b，需要在驱动/读出电路105、即半导体芯片内形成CMOS电路(未图示)。
另外，将TFT72n的断开状态的电阻设为R_P1，TFT78n的断开状态的电阻设为 R_P2，TFT79n和79p的断开状态的电阻设为R_P3a和R_P3b时，各电阻的大小一般为R_ Pl ^ R_P3a > R_P3b > R_P2的关系。因此，出于抑制离子浓度检测中的不必要的node-Z 的电位变化(噪声)的观点，相比图12的方式更优选图10和图14的方式。
而且，如果将在半导体芯片内形成的MOSFET的电阻与在基板上形成的TET的电阻作比较，则一般前者较大。因此，出于提高node-Z的电位的保持性、即使node-Z更高效地保持在高阻抗状态的观点，与复位配线2b (node-Z)直接连接的开关元件优选形成在半导体芯片内。由此,能够进一步抑制离子浓度检测中的不必要的node-Z电位变化(噪声)。
另外，出于简化电路和削减成本的观点，使复位单元全部形成在半导体芯片内的方式(图6和图8)与使复位单元的一部分形成在基板Ia上的方式(图10、图12、图14) 没有大区别。
另一方面，出于减小特性的随时间变化，提高复位单元的可靠性的观点，与复位配线2b (node-Z)直接连接的开关元件优选形成在半导体芯片内。
另外，在本实施方式中，Vdd的High电压并未特别限定为+10V，也可以与施加到复位配线2b的High电压、即施加到像素TFT40的栅极电极2e的High电压同为+20V。由此，作为用于施加Vdd的High电压的电源，能够使用用于对像素TFT40的栅极电极2e施加 High电压的电源。
(实施方式2)
实施方式2的显示装置，除了以下方面以外，具有与实施方式I相同的结构。SP， 实施方式I的显示装置，具有能够用N沟道型的传感器TFT30测定大气中的负离子浓度的离子传感器，但实施方式2的显示装置，具有能够用P沟道型传感器TFT30测定大气中的正离子浓度的离子传感器。
具体而言,替代n+a-Si层5a、5b形成p+a-Si层，在p+a-Si层掺杂硼(B)等III 族元素。即，在本实施方式中，传感器TFT30和像素TFT40是P沟道型TFT。
用图16对离子传感器电路的动作机构进行详细说明。图16是本实施方式的离子传感器电路的时序图。
在初始状态，Vrst被设定为High电压(+20V)。此时，作为用于将Vrst设定为High 电压(+20V)的电源，能够使用用于对像素TFT40的栅极电极2e施加High电压(+20V)的电源。另外，在初始状态，Vdd被设定为Low电压(OV)。在开始离子浓度的测定之前，首先， 利用复位单元对复位配线2b施加Low电压(-20)，天线41的电压(node-Z的电压)被复位为-20V。在node-Z的电压被复位之后，复位配线2b由复位单元保持在高阻抗状态。然后， 开始离子的导入，在天线41捕捉到正离子时，复位到-20V的即被充电为负的node-Z的电压，被正离子中和而上升。正离子浓度越高，电压上升的速度越快。在自导入离子经过规定时间之后，对输入配线20暂时施加High电压(+10V)。即，对输入配线20施加+10V的脉冲电压。另外，输出配线21与恒定电流电路25连接。因此，当对输入配线20施加+10V的脉冲电压时，在输入配线20和输出配线21流过一定的电流。但是，输出配线21的电压Vout 根据传感器TFT30的栅极的打开状态、即node-Z的电压之差而变化。通过用ADC26检测该电压Vout，能够检测正离子浓度。另外，不设置恒定电流电路25，而是通过检测根据node-Z 的电压差而变化的输出配线21的电流Id，也能够检测正离子浓度。
另外，本实施方式的复位单元，具有与实施方式I导电型相反的MOSFET或TFT，由与实施方式I极性相反的信号进行控制。
另外，在本实施方式中，施加到复位配线2b的Low电压并未特别限定于-20V，也可以与施加到像素TFT40的栅极电极2e的Low电压同为-10V。由此，作为用于施加对复位配线2b施加的Low电压的电源，能够使用用于对像素TFT40的栅极电极2e施加Low电压的电源。另外，Vdd的High电压也并未特别限定为+10V，也可以与施加到复位配线2b的High电压、即施加到像素TFT40的栅极电极2e的High电压同为+20V。由此，作为用于施加Vdd 的High电压的电源，能够使用用于对像素TFT40的栅极电极2e施加High电压的电源。
(实施方式3)
实施方式3的显示装置，除了以下方面以外，具有与实施方式I相同的结构。SP， 实施方式I的显示装置，具有使用仅在半导体层的单侧形成有栅极电极的TFT的类型的离子传感器(以下称为“单栅极传感器(single gate sensor)”)。另一方面，实施方式3的显示装置，具有使用在半导体层的两侧形成有栅极电极的TFT的类型的离子传感器(以下称为“双栅极传感器(double gate sensor)”)。
用图17、图18对本实施方式的双栅极传感器进行说明。图17是本实施方式的双栅极传感器中使用的传感器TFT50的截面示意图。
传感器TFT50包括栅极电极2d、作为栅极绝缘膜起作用的绝缘膜3、氢化a_Si层 4a、n+a_Si层5a、电极层、钝化膜9和背栅电极14，这些部件从基板Ia侧起以此顺序层叠。 电极层包含源极电极6a和漏极电极7a。在n+a_Si层5a掺杂有磷(P)等V族元素。S卩，传感器TFT50是N沟道型TFT。像这样，除了在钝化膜9上具有与氢化a_Si层4a相对的背栅电极14以外，传感器TFT50具有与传感器TFT30相同的结构。另外，在本实施方式中，钝化膜9作为栅极绝缘膜起作用。
图18表示图17所示的传感器TFT50的IchVg曲线，是表示背栅电极14的电位 (Vb)从-6V变化到+6V时的Id-Vg曲线的图。S卩，图18表示传感器TFT50作为双栅极传感器起作用时的Vg-Id曲线。另外，使用厚350nm的SiNx膜作为钝化膜9。另外，源极与漏极间的电压被设定为+10V。
背栅电极14的电位(Vb)为负电位时，传感器TFT50的阈值向正侧移动。即，Vb为负电位，施加到栅极电极2d的电位一定(例如+15V)时，Vb越大，漏极与源极间流动的 Id越小。另一方面，Vb为正电位时，传感器TFT50的阈值向负侧移动。S卩，Vb为正电位，施加到栅极电极2d的电位一定(例如+15V)时，Vb越大，漏极与源极间流动的Id越大。因此，将离子传感器天线与背栅电极14连接，当Vb因离子传感器天线检测(捕捉)到的离子量而变得不同时，双栅极传感器能够基于Id测定正离子和负离子两者的浓度。
用图19对本实施方式的离子传感器和显示装置的结构进行进一步详述。图19是表示本实施方式的离子传感器和显示装置的截面的截面示意图。在此省略对与实施方式I 的显示装置共通的构成要素的说明。
在钝化膜9上形成有背栅电极14。背栅电极14经贯通绝缘膜3和钝化膜9的接触孔(未图示)与栅极电极2d以及天线电极2a连接。背栅电极14形成于第三导电层。因此，背栅电极14能够用与透明导电膜Ila和/或Ilb相同的材料由与该透明导电膜Ila和 /或Ilb相同的工序形成。
接着，用图20对本实施方式的离子传感器电路307的电路结构和动作机构进行说明。图20是表示本实施方式离子传感器电路307和TFT阵列101的等价电路。本实施方式的显示装置由于具有与实施方式I相同的TFT阵列101，所以在此省略对其的说明。
对离子传感器电路307的电路结构进行说明。在传感器TFT50的漏极电极7a连接有输入配线20。对输入配线20施加High电压(+10V)或Low电压(OV)，设输入配线20的电压为Vdd。在源极电极6a连接有输出配线21。将输出配线21的电压设为Vout。另外，传感器TFT50的背栅电极14，经连接配线22连接天线41。而且，在连接配线22连接有复位配线2b。将配线22、2b彼此的交点(节点)设为node-Z。复位配线2b是用于对node-Z、 即传感器TFT50的背栅和天线41的电压进行复位的配线。对复位配线2b施加High电压 (+20V)或Low电压(-10V)，将复位配线2b的电压设为Vrst。而且，连接配线22经保持电容43接地(GND)。栅极控制配线23与传感器TFT50的栅极电极2d连接。对栅极控制配线23施加High电压(+20V)或Low电压(-10V)，将栅极控制配线23的电压设为Vrw。与实施方式I同样地，恒定电流电路25和模拟-数字转换电路(ADC) 26与输出配线21连接。
另外，天线41、传感器TFT50的栅极、复位配线2b、连接配线22、栅极控制配线23 和保持电容43，通过在第一导电层一体形成天线电极2a、栅极电极2d、复位配线2b、保持电容电极2c、连接配线22和栅极控制配线23，彼此连接。
接着，用图21、图22对离子传感器电路的动作机构进行详细说明。图21是检测负离子时的本实施方式的离子传感器电路的时序图，首先对检测负离子时的情况进行说明。
在初始状态，Vrst被设定为Low电压(-10V)。此时,作为用于将Vrst设定为Low 电压(-10V)的电源，能够使用用于对像素TFT40的栅极电极2e施加Low电压(-10V)的电源。另外，在初始状态，Vdd被设定为Low电压(OV)。在开始离子浓度的测定之前，首先，利用复位单元对复位配线2b施加High电压(+20)，天线41的电压(node-Z的电压)被复位为+20V。此时，作为用于施加Vrst的电源，能够使用用于对像素TFT40的栅极电极2e施加 High电压(+20V)的电源。在node-Z的电压被复位之后，复位配线2b由复位单元保持在高阻抗状态。然后，开始离子的导入，在天线41捕捉到负离子时，复位到+20V的即被充电为正的node-Z的电压，被负离子中和而降低。负离子浓度越高，电压降低的速度越快。在自导入离子经过规定时间之后，对输入配线20暂时施加High电压(+10V)。即，对输入配线 20施加+IOV的脉冲电压。同时，对栅极控制配线23暂时施加High电压(+20V)。S卩，对栅极控制配线23施加+20V的脉冲电压。此时，作为用于施加Vrw的电源，能够使用用于对像素TFT40的栅极电极2e施加High电压(+20V)的电源。另外，输出配线21与恒定电流电路25连接。因此，如果在对输入配线20施加+10V的脉冲电压的同时，对栅极控制配线23 施加+20V的脉冲电压，则在输入配线20和输出配线21流过一定的电流。但是，输出配线 21的电压Vout根据传感器TFT50的背栅的打开状态、即node-Z的电压之差而变化。通过用ADC26检测该电压Vout，能够检测负离子浓度。负离子浓度越低，电压Vout越大，负离子浓度越高，电压Vout越小。另外，不设置恒定电流电路25，而是通过检测根据node-Z的电压之差而变化的输出配线21的电流Id，也能够检测负离子浓度。
另外，在本实施方式中，Vdd的High电压并未特别限定为+10V，也可以与施加到复位配线2b的High电压、即施加到像素TFT40的栅极电极2e的High电压同为+20V。由此，作为用于施加Vdd的High电压的电源，能够使用用于对像素TFT40的栅极电极2e施加 High电压的电源。
接着，用图22对检测正离子时的离子传感器电路的动作机构进行详细说明。图22 是检测正离子时的本实施方式的离子传感器电路的时序图。
在初始状态，Vrst被设定为High电压(+20V)。另外，在初始状态，Vdd被设定为 Low电压(OV)。在开始离子浓度的测定之前，首先，利用复位单元对复位配线2b施加Low 电压(-10V)，天线41的电压(node-Z的电压)被复位为-10V。在node-Z的电压被复位之后，复位配线2b由复位单元保持在高阻抗状态。然后，开始离子的导入，在天线41捕捉到正离子时，复位到-IOV的即被充电为负的node-Z的电压，被正离子中和而上升。正离子浓度越高，电压上升的速度越快。在自导入离子经过规定时间之后，对输入配线20暂时施加 High电压(+10V)。即，对输入配线20施加+IOV的脉冲电压。同时，对栅极控制配线23暂时施加High电压(+20V)。即，对栅极控制配线23施加+20V的脉冲电压。另外，输出配线 21与恒定电流电路25连接。因此，如果在对输入配线20施加+IOV的脉冲电压的同时，对栅极控制配线23施加+20V的脉冲电压，则输入配线20和输出配线21流过一定的电流。但是，输出配线21的电压Vout根据传感器TFT50的背栅的打开状态、即node-Z的电压之差变化。通过用ADC26检测该电压Vout，能够检测正离子浓度。正离子浓度越低，电压Vout 越�。胱优ǘ仍礁撸缪筕out越大。另外，不设置恒定电流电路25，而是通过检测根据 node-Z的电压之差而变化的输出配线21的电流Id，也能够检测正离子浓度。
如上所述，根据本实施方式的离子传感器，能够用一个传感器TFT50检测正离子和负离子两种离子。
但是，关于传感器的灵敏度，一般实施方式1、2比本实施方式好。对其理由进行说明。
首先，对离子传感器的灵敏度进行说明。设离子浓度计测开始时的天线的电位为 V0、经过规定时间t计测离子浓度后的天线的电位为Vt，差VO-Vt为At。而且，设离子浓度计测开始时的漏极电流为Id, O,经过规定时间t后的漏极电流为Id, t,差Id, 0-Id, t为 Aid。此时，灵敏度用Ald/AV表示。S卩，可以说对AV而言，AId越大，灵敏度越高。
根据TFT的结构和设计，一般而言，对沟道的导电性的影响，通常的栅极电极比背栅电极大，即可以认为，起因于通常的栅极电极的电场比起因于背栅电极的电场对沟道的影响大。例如，如图23所示，将栅极电极的电位Vg固定为0V，背栅电极的电位Vb从+6V变化为OV时的漏极电流的变化设为Λ Id, b，不设置背栅电极14，栅极电极的电位Vg从+6V 变化为OV时的漏极电极的变化设为AId，g。于是，Aid, g > Λ Id，b，可知不利用背栅电极的电位变化而利用栅极电极的电位变化的方式△ Id/Λν变大，即传感器的灵敏度变高。
另外，作为本实施方式的复位单元，在测定负离子浓度时，能够使用与实施方式I 相同的复位单元。另一方面，在测定正离子浓度时，本实施方式的复位单元，具有与实施方式I导电型相反的MOSFET或TFT，由与实施方式I极性相反的信号进行控制。
(实施方式4)
实施方式4的显示装置，除了以下方面以外，具有与实施方式3相同的结构。SP， 实施方式3的显示装置，具有能够用具有背栅的N沟道型的传感器TFT50测定大气中的离子浓度的离子传感器，但实施方式4的显示装置，具有能够用具有背栅的P沟道型的传感器 TFT50测定大气中的离子浓度的离子传感器。
具体而言,替代n+a-Si层5a、5b形成p+a-Si层，在p+a-Si层掺杂硼(B)等III 族元素。即，在本实施方式中，传感器TFT50和像素TFT40是P沟道型TFT。
接着，用图24、图25对离子传感器电路的动作机构进行详细说明。图24是检测负离子时的本实施方式的离子传感器电路的时序图，首先对检测负离子时的情况进行说明。
在初始状态，Vrst被设定为Low电压(-10V)。此时，作为用于将Vrst设定为Low 电压(-10V)的电源，能够使用用于对像素TFT40的栅极电极2e施加Low电压(-10V)的电源。另外，在初始状态，Vdd被设定为Low电压(OV)。在开始离子浓度的测定之前，首先，利用复位单元对复位配线2b施加High电压(+20V)，天线41的电压(node-Z的电压)被复位为+20V。此时，作为用于施加Vrst的电源，能够使用用于对像素TFT40的栅极电极2e施加 High电压(+20V)的电源。在node-Z的电压被复位之后，复位配线2b由复位单元保持在高阻抗状态。然后，开始离子的导入，在天线41捕捉到负离子时，复位到+20V的即被充电为正的node-Z的电压，被负离子中和而降低。负离子浓度越高，电压降低的速度越快。在自导入离子经过规定时间之后，对输入配线20暂时施加High电压(+10V)。即，对输入配线 20施加+IOV的脉冲电压。同时，对栅极控制配线23暂时施加Low电压(-10V)。S卩，对栅极控制配线23施加-10V的脉冲电压。此时，作为用于施加Vrw的电源，能够使用用于对像素TFT40的栅极电极2e施加Low电压(-10V)的电源。另外，输出配线21与恒定电流电路 25连接。因此，如果在对输入配线20施加+10V的脉冲电压的同时，对栅极控制配线23施加-10V的脉冲电压，则在输入配线20和输出配线21流过一定的电流。但是，输出配线21 的电压Vout根据传感器TFT50的背栅的打开状态、即node-Z的电压之差而变化。通过用 ADC26检测该电压Vout，能够检测负离子浓度。负离子浓度越低，电压Vout越�。豪胱优ǘ仍礁撸缪筕out越大。另外，不设置恒定电流电路25，而是通过检测根据node-Z的电压之差而变化的输出配线21的电流Id，也能够检测负离子浓度。
另外，在本实施方式中，Vdd的High电压并未特别限定为+10V，也可以与施加到复位配线2b的High电压、即施加到像素TFT40的栅极电极2e的High电压同为+20V。由此，作为用于施加Vdd的High电压的电源，能够使用用于对像素TFT40的栅极电极2e施加 High电压的电源。
接着，用图25对检测正离子时的离子传感器电路的动作机构进行详细说明。图25 是检测正离子时的本实施方式的离子传感器电路的时序图。
在初始状态，Vrst被设定为High电压(+20V)。另外，在初始状态，Vdd被设定为 Low电压(OV)。在开始离子浓度的测定之前，首先，利用复位单元对复位配线2b施加Low 电压(-10V)，天线41的电压(node-Z的电压)被复位为-10V。在node-Z的电压被复位之后，复位配线2b由复位单元保持在高阻抗状态。然后，开始离子的导入，在天线41捕捉到正离子时，复位到-IOV的即被充电为负的node-Z的电压，被正离子中和而上升。正离子浓度越高，电压上升的速度越快。在自导入离子经过规定时间之后，对输入配线20暂时施加 High电压(+10V)。即，对输入配线20施加+IOV的脉冲电压。同时，对栅极控制配线23暂时施加Low电压(-10V)。即，对栅极控制配线23施加-IOV的脉冲电压。另外，输出配线 21与恒定电流电路25连接。因此，如果在对输入配线20施加+10V的脉冲电压的同时，对栅极控制配线23施加-10V的脉冲电压，则在输入配线20和输出配线21流过一定的电流。 但是，输出配线21的电压Vout根据传感器TFT50的背栅的打开状态、即node-Z的电压之差而变化。通过用ADC26检测该电压Vout，能够检测正离子浓度。正离子浓度越低，电压 Vout越大，正离子浓度越高，电压Vout越小。另外，不设置恒定电流电路25，而是通过检测根据node-Z的电压之差而变化的输出配线21的电流Id，也能够检测正离子浓度。
如上所述，根据本实施方式的离子传感器，能够用一个传感器TFT50检测正离子和负离子两种离子。
另外，作为本实施方式的复位单元，在测定负离子浓度时，能够使用与实施方式I相同的复位单元。另一方面，在测定正离子浓度时，本实施方式的复位单元，具有与实施方式I导电型相反的MOSFET或TFT，由与实施方式I极性相反的信号进行控制。
以下表示实施方式I 4的变形例。
在实施方式I 4中，以液晶显示装置为例进行了说明，但各实施方式的显示装置也可以是有机EL显示器、等离子体显示器等FPD。
也可以不设置恒定电流电路25。即，也可以通过测定传感器TFT30的源极与漏极间的电流来计算离子浓度。
形成于离子传感器120的TFT的导电型与形成于显示部130的TFT的导电型也可以彼此不同。
也可以替代氢化a-Si层，使用μ C-Si层、p-Si层、CG-Si层、氧化物半导体层。但是，μ C-Si与a-Si同样，对光的灵敏度高，所以包含μ c_Si层的TFT优选被遮光。另一方面，p-Si、CG-Si和氧化物半导体，对光的灵敏度低，所以包含ρ-Si层、CG-Si层或氧化物半导体层的TFT可以不被遮光。
另外，形成于离子传感器120的TFT中包含的半导体的种类与形成于显示部130 的TFT的半导体的种类可以彼此不同，但出于简化制造工序的观点，优选相同。
形成在基板Ia上的TFT的种类，并不限定于底栅型和双栅型，也可以是顶栅型、平面(planar)型等。另外，例如在实施方式1、2中，在传感器TFT30为平面型的情况下，天线 41可以形成在TFT30的沟道区域上。即，也可以使栅极电极2d露出，使栅极电极2d自身作为离子传感器天线起作用。进而，例如在实施方式3、4中，天线41也可以形成在TFT50的沟道区域上。即，也可以使背栅电极14露出，使背栅电极14自身作为离子传感器天线起作用。
另外，形成于离子传感器120的TFT的种类与形成于显示部130的TFT的种类也可以彼此不同。
栅极驱动器103、源极驱动器104和驱动/读出电路105也可以单片化，直接形成在基板Ia上。
上述的实施方式，只要在未脱离本发明的主旨的范围内，可以适当组合。
实施例I
(显示装置)
与实施方式I同样地，制作具有检测对象为空气中的负离子的离子传感器的液晶显示装置。更具体地说，传感器TFT30是由氢化a-Si形成的底栅型且为N沟道型的TFT，令沟道长度(L)/沟道宽度(W) = 4 μ m/60 μ m0令天线41的面积为400 μ mX 400 μ m。作为 node-Z保持电容43，使用电容为IpF的电容器。
(驱动条件)
令Vdd的Low电压为0V，High电压为+10V。令Vrst的Low电压为-10V，High电压为+20V。
(离子发生器)
使用夏普株式会社制的等离子体簇离子发生器IG-820-W。所谓等离子体簇离子， 是指对放电电极施加正和负的电压，将空气中的水分子和氧分子电解，形成正离子(H+)和负离子(O-)，在这些离子中分别聚集水分子，稳定化后的产物。
(测定内容)
在温度条件27°C下，对干燥空气、等离子体簇离子浓度低(700 X IO3个/cm3)、等离子体簇离子浓度中(1500X IO3个/cm3)、等离子体簇离子浓度高(2000X IO3个/cm3)四种空气，测定流过输出配线的电流Id和node-Z的电压的随时间变化。
用图26表示四种空气的Id的随时间变化。从测定开始起8秒后的负离子浓度高的Id与负离子浓度低的Id之差，大致为1.5μΑ。
用图27表示四种空气的node-Z的电压的随时间变化。如上所述，负离子浓度越高，node-Z的电压越低。从测定开始起8秒后的负离子浓度高的node-Z的电压与负离子浓度低的node-Z的电压之差，大致为2V。
如上所述可以明确，根据具有本实施例的离子传感器的显示装置，能够良好地测定大气中的负离子浓度。
另外，实施例I的离子传感器电路107的占用面积是微米级。另一方面，本发明者对现有的离子发生装置中设置的离子传感器的大小进行了调查发现，离子传感器包括几个电容器、几个电阻、I个运算放大器、I个连接器、天线垫、印制电路板(PWB)等，离子传感器的占用面积为大致15mmX 45mm程度,其中天线垫的占用面积为大致IOmmX 10mm。像这样, 与现有的离子传感器部为毫米级的较大的大小相对地，实施例I的离子传感器电路107充分小。
另外，现有的离子发生装置中设置的离子传感器部，进行从天线部到传感器信号的输出为止的动作，发挥与形成在基板Ia上的离子传感器电路107相同的功能。
另外，本申请以2010年6月3日提出的日本专利申请2010-128168号为基�。诎屠韫蓟蚪牍医锥蔚母霉ü嬷髡庞畔热�。该申请的全部内容作为参考被引入本申请。
符号说明
IaUb :绝缘性基板
2a:离子传感器天线电极
2b :复位配线
2c、8 node-Z保持电容电极
2d、2e :栅极电极
3 :绝缘膜
4a、4b :氢化 a_Si 层
5a、5b n+a-Si 层
6a、6b :源极电极
7a、7b :漏极电极
9 :钝化膜
IOaUOb :接触孔
Ila:透明导电膜(第一透明导电膜)
Ilb:透明导电膜(第二透明导电膜)
12a :遮光膜(第一遮光膜)
12b :遮光膜(第二遮光膜)
13 :彩色滤光片
14:背栅电极
20 :输入配线
21 :输出配线
22 :连接配线
23 :栅极控制配线
25 :恒定电流电路
26 :模拟-数字转换电路(ADC)
30,50 :传感器 TFT (第一 FET)
31a、31b :偏光板
32 :液晶
36 :液晶辅助电容(Cs)
40 :像素 TFT (第二 FET)
41 :离子传感器天线
42:空气离子导入/导出通路
43 :node-Z保持电容
61n、65n、68n、74n N 沟道型 MOSFET
61p、68p、74p P 沟道型 MOSFET
62、64、66、69、71、73、75、77、80、82 :电源
63a、63b、67、70a、70b、76a、76b、81a、81b :控制信号发生源
72n、78n、79n、79p TFT
90、91、92、93、94 :复位单元
101 :显示部驱动用TFT阵列
103 :栅极驱动器(显示部扫描信号线驱动电路)
104 :源极驱动器(显示用视频信号线驱动电路)
105 :离子传感器驱动/读出电路
106 :运算处理LSI
107,307 :离子传感器电路
109 :电源电路
110 :显示装置
115 :显示部驱动电路
120、125 :离子传感器
130,135 :显示部
权利要求
1.一种离子传感器，其特征在于所述离子传感器包含场效应晶体管，所述离子传感器还包含离子传感器天线和复位单元，所述离子传感器天线和所述复位单元，与所述场效应晶体管的栅极电极连接，所述复位单元能够将所述栅极电极和所述离子传感器天线的电位控制为规定的电位。
2.如权利要求I所述的离子传感器，其特征在于所述复位单元包含开关元件，在向所述栅极电极和所述离子传感器天线施加规定的电压后，使所述栅极电极和所述离子传感器天线成为高阻抗状态。
3.如权利要求I或2所述的离子传感器，其特征在于所述离子传感器还包含电容器，所述电容器的一个端子与所述栅极电极和所述离子传感器天线连接，所述电容器的另一个端子被设定为规定的电位。
4.如权利要求I至3中任一项所述的离子传感器，其特征在于所述场效应晶体管含有非晶硅或微晶硅。
5.如权利要求I至4中任一项所述的离子传感器，其特征在于所述场效应晶体管不具有所述栅极电极以外的栅极电极。
6.如权利要求I至4中任一项所述的离子传感器，其特征在于所述栅极电极是第一栅极电极，所述场效应晶体管还具有第二栅极电极。
7.—种显示装置，其特征在于所述显示装置包括权利要求I至6中任一项所述的离子传感器和包含显示部驱动电路的显示部，所述显示装置具有基板，所述显示部驱动电路的至少一部分与所述场效应晶体管和所述离子传感器天线，形成在所述基板的同一主面上。
8.如权利要求7所述的显示装置，其特征在于所述复位单元形成在半导体芯片内，所述半导体芯片安装在所述基板上。
9.如权利要求7或8所述的显示装置，其特征在于所述离子传感器的至少一部分和所述显示部驱动电路的至少一部分，与共用的电源连
全文摘要
本发明提供一种稳定地以高精度测定离子浓度的离子传感器和显示装置。本发明是一种离子传感器，其包含场效应晶体管，上述离子传感器还包含离子传感器天线和复位单元，上述离子传感器天线和上述复位单元，与上述场效应晶体管的栅极电极连接，上述复位单元能够将上述栅极电极和上述离子传感器天线的电位控制为规定的电位。
文档编号G01N27/00GK102939533SQ20118002698
公开日2013年2月20日 申请日期2011年5月18日 优先权日2010年6月3日
发明者村井淳人, 片冈义晴, 渡部卓哉, 久田祐子, 堀内智 申请人:夏普株式会社
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