离子传感器、显示装置、离子传感器驱动方法和离子浓度计算方法

专利名称：离子传感器、显示装置、离子传感器驱动方法和离子浓度计算方法
技术领域：
本发明涉及离子传感器、显示装置、离子传感器的驱动方法和离子浓度的计算方法。更详细来说，涉及适合于包括场效应晶体管(Field Effect Transistor,以下,称为“FET”)的离子传感器的离子传感器、具备该离子传感器的显示装置、该离子传感器的驱动方法和使用该离子传感器的离子浓度的计算方法。
背景技术：
近年来，利用使在空气中产生的正离子和负离子(以下，也称为“两离子”或仅称为“离子”)对浮游于空气中的细菌进行杀菌而清洁空气的作用被发现，运用该技术 的空气清洁机等离子产生装置也因适应提倡舒适和健康的时代的需要而大受瞩目。但是，因为离子无法用眼看到，所以不能直接目视确认。另一方面，从空气清净机的使用者的角度看，想知道是否正常地产生离子、是否实际产生所期望的浓度的离子也是自然的。关于这一点，公开有具备包括FET的离子传感器，显示由该离子传感器测量的离子浓度的显示部的空调机(例如，参照专利文献I。)、场效应型生物传感器(例如，参照专利文献2)、场效应晶体管型离子传感器(例如，参照专利文献3)等。FET通过半导体集成电路制造工序制造，包括FET的离子传感器容易实现小型化、规格化，并且也容易实现量产化。此外，已知有具备将从离子产生部产生的正离子和负离子定量的离子传感器部和显示被定量的离子量的显示部的离子产生元件(例如，参照专利文献4。)。进一步，已知有具备测量大气中的离子浓度的离子传感器和显示家电产品现在处于怎样的状态的显示部的离子传感器内置家电产品用遥控装置(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
发明要解决的课题本发明者发现在使用包括低耐压的薄膜设备的离子传感器，对两离子混合存在的检体连续测量单方的离子的情况下，不能够高精度地测量单方的离子的浓度。例如，在两离子混合存在的检体中，使用包括FET的离子传感器仅测量负离子的情况下，存在受到正离子阻碍而无法高精度地测量负离子浓度的情况。在此，使用图22和图23，说明该现象和原因。首先，对本发明者使用的包括FET的离子传感器的结构进行说明。图22为表示作为FET具有N沟道型的薄膜晶体管(Thin film Transistor,以下称为“TFT”)的离子传感器的等效电路。TFT50的漏极电极与输入配线27连接。输入配线27被施加高(High)电压(+ 10V)或低(Low)电压(0V)，设输入配线27的电压为Vdd。源极电极与输出配线21c连接。设输出配线21c的电压为Vout。此外，TFT50的栅极电极经由连接配线22c与离子传感器天线41c连接。而且,连接配线22c与复位配线2i连接。设配线22c、2i彼此的交点(结点)为node — Z0复位配线2i是用于使node — Z、即TFT50的栅极和天线41c的电压复位的配线。复位配线2i被施加高电压(+20V)或低电压(一 10V)，设复位配线2i的电压为Vrst。而且，连接配线2i经由保持电容43c与大地(GND)连接。接着，说明上述离子传感器的动作结构。在初始状态，Vrst被设定在低电压(一10V)，Vdd被设定在低电压(0V)。在负离子浓度的测量开始前，首先，向复位配线2i施加高 电压(+ 20V)，天线41c的电压(node — Z电压)被复位到+ 20V。在node — Z的电压被复位后，复位配线2i保持在高阻抗状态。之后，开始离子的导入，当负离子在天线41c被捕集时，复位到+ 20V。S卩，充电为正的node — Z电压由于负离子而被中和降低(传感动作)。负离子浓度越高，电压下降的速度越快。导入离子并经过规定的时间之后，暂时向输入配线27施加高电压(+ 10V)。即，向输入配线27施加+ IOV的脉冲电压。当输入配线27被施加+ IOV的脉冲电压时,根据传感器TFT50的栅极的打开状态，即node — Z的电压差,输出配线21c的电流Id发生变化。基于该输出配线21c的电流Id，计算负离子浓度。接着，显示测量结果。图23为表示利用图22所示的离子传感器测量两离子的混合比不同的检体的负离子浓度的结果的图。作为检体，测量不含两离子的干燥空气(DA)、包含1400X 103个/cm3的负离子和2000X 103个/cm3的正离子的空气、包含1400X IO3个/cm3的负离子和1300X IO3个/cm3的正离子的空气、包含1400 X IO3个/cm3的负离子和800 X IO3个/cm3的正离子的空气、包含1400 X IO3个/cm3的负离子和600 X IO3个/cm3的正离子的空气5种气体。其结果，如图23所示，发现传感器输出(感度曲线)依存于两离子的总量和两离子的平衡(存在比)发生很大变化。除去DA之外的4种检体的负离子浓度虽然任一个都为1400X IO3个/cm3，但是时间t中的Id在4种检体中为不同的值。而且，越是正离子量多的检体，越能够抑制Id的降低。这是因为正离子量越多，向离子传感器天线41c的负离子的吸附由于正离子而被阻碍。由此，离子传感器天线与测量对象的离子的反应，由于具有与测量对象的离子相反的极性的离子而被阻碍，因此，存在两离子的检体，特别是在存在相对多的具有与测量对象的离子相反的极性的离子的检体中，不能够高精度地对测量对象的离子浓度进行测量。为了防止具有相反极性的离子引起的阻碍，考虑向离子传感器天线施加高电压(例如，超过1000V的电压)。但是，以FET和TFT为主的薄膜设备的耐压为数10V，较低，在通常的具有FET的离子传感器，无法将高电压施加在离子传感器天线，其中，该高电压为能够防止由具有相反极性的离子引起的阻碍那样的电压。本发明是鉴于上述现状而完成的，其目的在于提供一种在两离子混合存在的检体中能够高精度地测量离子浓度的离子传感器、显示装置、离子传感器的驱动方法和离子浓度的计算方法。用于解决课题的手段本发明者对能够高精度地对正离子和负离子混合存在的检体测量离子浓度的离子传感器进行了各种研究后，发现在两离子的浓度比与检测正离子或负离子时的传感器输出之间存在相关关系，根据检测正离子时的传感器输出和检测负离子时的传感器输出，能够高精度地计算正离子和/或负离子的浓度。此外，使用FET检测负离子和正离子中的一个之后，接着，使用该FET检测负离子和正离子中的另一个，或者使用第一FET检测负离子，使用第二 FET检测正离子，由此，如上所述，能够得到正离子的检测结果和负离子的检测结果，其结果，发现能够高精度地检测离子浓度，想到能够完全解决上述课题的方法，由此达成本发明。S卩，本发明的一个侧面是包括场效应晶体管的离子传感器，上述离子传感器是使 用上述场效应晶体管检测负离子和正离子中的一个后，接着使用上述场效应晶体管检测负离子和正离子中的另一个的传感器(以下，称为“第一本发明”)。作为第一本发明的结构，只要将这样的构成要素作为必须的构成要素形成，就不特别地被其它的构成要素限定。本发明还具有以下侧面，即其是包括第一场效应晶体管和第二场效应晶体管的离子传感器，上述离子传感器使用上述第一场效应晶体管检测负离子，使用上述第二场效应晶体管检测正离子(以下，称为“第二本发明”)。作为第二本发明的结构，只要将这样的构成要素作为必须的构成要素形成，就不特别地被其它的构成要素限定。本发明还具有以下侧面，即其是包括场效应晶体管的离子传感器的驱动方法，在上述驱动方法中，使用上述场效应晶体管检测负离子和正离子中的一个后，接着使用上述场效应晶体管检测负离子和正离子中的另一个(以下，称为“第三本发明”)。作为第三本发明的结构，只要将这样的构成要素作为必须的构成要素形成，就不特别地被其它的构成要素限定。本发明还具有以下侧面，即其是包括第一场效应晶体管和第二场效应晶体管的离子传感器的驱动方法，在上述驱动方法中，使用上述第一场效应晶体管检测负离子，使用上述第二场效应晶体管检测正离子(以下，称为“第四本发明”)。作为第四本发明的结构，只要将这样的构成要素作为必须的构成要素形成，就不特别地被其它的构成要素限定。本发明还具有以下侧面，即其是使用了包括场效应晶体管的离子传感器的离子浓度的计算方法，上述计算方法包括使用上述场效应晶体管检测负离子和正离子中的一个的第一步骤；和在上述第一步骤后，接着使用上述场效应晶体管检测负离子和正离子中的另一个的第二步骤(以下，称为“第五本发明”)。作为第五本发明的结构，只要将这样的构成要素和步骤作为必须的构成要素形成，就不特别地被其它的构成要素和步骤限定。本发明还具有以下侧面，即其是使用了包括第一场效应晶体管和第二场效应晶体管的离子传感器的离子浓度的计算方法，上述计算方法包括使用上述第一场效应晶体管检测负离子的第一步骤；和使用上述第二场效应晶体管检测正离子的第二步骤(以下，称为“第六本发明”)。作为第六本发明的结构，只要将这样的构成要素和步骤作为必须的构成要素形成，就不特别地被其它的构成要素和步骤限定。本发明还具有以下侧面，即其是使用了包括至少一个场效应晶体管的离子传感器的离子浓度的计算方法，上述计算方法包括使用通过上述至少一个场效应晶体管得到的负离子的检测结果和正离子的检测结果来决定负离子浓度和正离子浓度中的至少一个的步骤(以下，称为“第七本发明”)。作为第七本发明的结构，只要将这样的构成要素和步骤作为必须的构成要素形成，就不特别地被其它的构成要素和步骤限定。
此外，根据第一、第三和第五本发明，能够使用仅包括一个FET的单一的离子传感器电路测量离子浓度，因此与第二、第四和第六本发明相比，离子传感器能够小型化。此外，根据第二、第四、第六本发明，能够考虑成为各个FET测量对象的离子的种类，适当地设计包括第一 FET的负离子检测用传感器电路和包括第二 FET的正离子检测用传感器电路。此外，如后所述，能够同时检测负离子和正离子。因此，根据第二、第四和第六本发明，与第一、第三和第五本发明相比，能够更高精度地测量离子浓度。以下，详细叙述本发明。在第一 第七本发明中，上述离子传感器包括至少一个FET，根据感知的离子的浓度，该FET的沟道的电阻发生变化，将该变化作为该FET的源极和漏极之间的电流或电压变化来检测。在第一 第七本发明中，各FET的种类没有特别限定，优选TFT和MOSFET (MetalOxide Semiconductor FET :金属氧化物半导体FET)。TFT优选用于有源矩阵驱动方式的液晶显示装置和有机EL (Organic Electro — Luminescence)显示装置。MOSFET适合应用于LSI和IC等半导体芯片。此外，在第二、第四和第六本发明中，第一 FET和第二 FET的种类相互可以相同也可以不同。此外，在第七本发明中，在上述离子传感器包括多个FET的情况下，各FET种类相互可以相同也可以不同。另外，TFT的半导体材料并无特别限定，例如能够列举非晶硅(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。此外，MOSFET的半导体材料并无特别限定，例如能够列举硅。以下，对第一 第七本发明中的优选方式进行详细说明。在第一和第二本发明中，优选上述离子传感器使用负离子的检测结果和正离子的检测结果，计算负离子浓度和正离子浓度中的至少一个。由此，即使存在由于具有与测量对象的离子相反的极性的离子而引起的阻碍，也能够高精度地计算测量对象的离子浓度。从同样观点出发，第三和第四本发明优选使用负离子的检测结果和正离子的检测结果，计算负离子浓度和正离子浓度中的至少一个，第五和第六本发明优选包括使用负离子的检测结果和正离子的检测结果，计算负离子浓度和正离子浓度中的至少一个的第三步骤。另外，在第一 第七本发明中，测量对象的离子没有特别限定，可以根据用途适当地设定。即，可以只测量正或负离子的浓度，也可以测量两离子的浓度。在第一 第七本发明中，上述负离子浓度和正离子浓度中的至少一个优选使用预先制成的检量线或查找表(LUT :Look Up Table)来决定。由此，能够根据两离子的测量结果简便地计算两离子的浓度。在第一、第三和第五本发明中，优选上述离子传感器还包括电容器，上述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被施加电压。由此，在测量FET的源极和漏极之间的电流或电压时，在FET的导电型为N沟道型的情况下，FET的栅极电位上突到正，在FET的导电型为P沟道型的情况下，FET的栅极电位下突到负。因此，在N沟道型或P沟道型中，能够在适合于高精度地检测离子的电压区域使栅极的电位位移。其结果，仅使用N沟道型和P沟道型中的任一个的导电型的FET，能够高精度地检测正离子和负离子双方。此外，因为可以仅形成N沟道型和P沟道型中的任一个的导电型的FET，所以能够削减制造成本。
上述电容器的种类没有特别限定，优选为具有单板型的结构的电容器。该电容器能够同时形成FET电极和配线，能够实现低成本化。在第一、第三和第五本发明中，上述电容器的另一个端子被施加的电压优选是可变的。由此，能够适当地调整上突或下突量，能够容易将栅极电位移动到最适当的电压区域。在第一 第七本发明中，各FET优选包括非晶硅或微晶硅。使用比较廉价的a —Si或μ c — Si，能够提供能以低成本且高精度地检测两离子的离子传感器。在第二、第四、第六本发明中，只要在能够测量能容许的精度的离子浓度的范围内，负离子的检测定时和正离子的检测定时可以叉开。但是，从能够更高精度地检测离子浓度的观点出发，在第二本发明中，优选上述离子传感器在使用上述第一场效应晶体管检测负离子的同时，使用上述第二场效应晶体管检测正离子。从同样的观点出发，在第四本发明中，优选在使用上述第一场效应晶体管检测负离子的同时，使用上述第二场效应晶体管检测正离子，在第六本发明中，优选上述第一步骤和第二步骤同时进行。另外，所谓同时是指只要在能够测量期望的精度的离子浓度的范围内，就不必为严密上的同时，而为实质上的同时即可。在第一、第三和第五本发明中，优选上述离子传感器还包括离子传感器天线(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。天线为感知(捕集)空气中的离子的导电部件。因此，根据上述实施方式，能够使离子传感器有效发挥功能。更详细来说，在离子到达天线时，天线的表面由于该离子而带电，然后，与天线连接的FET的栅极电极电位发生变化，其结果，FET的沟道的电阻变化。从同样观点出发，在第二、第四和第六本发明中，优选上述离子传感器还包括第一离子传感器天线和第二离子传感器天线，上述第一离子传感器天线与上述第一场效应晶体管的栅极电极连接，上述第二离子传感器天线与上述第二场效应晶体管的栅极电极连接。此外，在第七本发明中，优选上述离子传感器还包括至少一个离子传感器天线，各离子传感器天线与上述至少一个场效应晶体管的栅极电极连接。在第一、第三和第五的本发明中，优选上述离子传感器天线的表面由透明导电膜覆盖。由此,能够防止天线暴露在外部环境中而被腐蚀。
从同样观点出发，在第二、第四、第六的本发明中，优选上述第一离子传感器天线的表面由第一透明导电膜覆盖，上述第二离子传感器天线的表面由第二透明导电膜覆盖。此外，在第七本发明中，各离子传感器天线优选由透明导电膜覆盖。在第一、第三和第五本发明中，优选上述第一 FET包括特性根据光而变化的半导体，上述半导体被遮光膜遮光。作为特性根据光而变化的半导体，例如能够列举a — Si和μ c — Si等。因此，为了在离子传感器中使用这些半导体，优选进行遮光而使得特性不发生变化。因此，通过对特性根据光而变化的半导体进行遮光，能够使特性根据光而变化的半导体在离子传感器中很好地被使用。基于同样的观点，在第二、第四和第六的本发明中，优选上述第一 FET包括特性根据光而变化的第一半导体，上述第一半导体被第一遮光膜遮光，上述第二 FET包括特性根据光而变化的第二半导体，上述第二半导体被第二遮光膜遮光。此外，在第七本发明中，优选上述至少一个场效应晶体管包括特性根据光而变化的半导体，上述半导体被遮光膜遮光。
在第一、第三和第五的本发明中，上述离子传感器天线可以与上述FET的沟道区域不重叠，也可以重叠。天线通常由于不包括特性根据光而变化的半导体而不需要被遮光。SP，即使例如需要对FET进行遮光，也不需要在天线的周边配置遮光膜。从而，如果如前者的方式那样将天线设置在沟道区域外，则能够不受FET的配置场所制约地、自由地决定天线的配置场所。因此，能够容易地在能够更有效地检测离子的场所、例如用于将大气导向天线的流路或风扇附近的场所等形成天线。另一方面，如果如后者的方式那样将天线设置在沟道区域内，则能够使FET的栅极电极本身作为天线发挥作用。从而，能够进一步实现离子传感器元件的小型化。基于同样的观点，在第二、第四和第六的本发明中，优选上述第一离子传感器天线可以设置在上述第一 FET的沟道区域上也可以不设置在其上，上述第二离子传感器天线可以设置在上述第二 FET的沟道区域上也可以不设置在其上。此外，在第七本发明中，上述至少一个离子传感器天线可以设置在上述至少一个FET的沟道区域上也可以不设置在其上。本发明还具有以下侧面，S卩其为包括第一本发明和包含显示部驱动电路的显示部的显示装置，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和上述场效应晶体管在上述基板的同一主面上形成(以下，称为“第八本发明”)。作为第八本发明的结构，只要将这样的构成要素作为必须的构成要素形成，就不特别地被其它的构成要素限定。本发明还具有一侧面，为具备第二本发明和包括显示部驱动电路的显示部的显示装置，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、上述第一场效应晶体管和上述第二场效应晶体管形成于上述基板的同一主面上(以下，称为“第九本发明”)。作为第九本发明的结构，只要将这样的构成要素作为必须的构成要素形成，就不特别地被其它的构成要素限定。根据第八和第九本发明，能够将离子传感器设置在基板的边框区域等空着的区域，此外，能够利用形成显示部驱动电路的工序形成离子传感器。其结果是，能够提供具备上述离子传感器和显示部的、低成本且能够实现小型化的显示装置。第八和第九本发明的种类没有特别限定，能够优选列举平板面板显示器(FPD)。作为FPD，例如能够列举液晶显示装置、有机EL显示器、等离子体显示器等。上述显示部包括用于发挥显示功能的要素，除了显示部驱动电路之外，例如包括显示元件、光学薄膜等。上述显示部驱动电路是用于驱动显示元件的电路，例如包括TFT阵列、栅极驱动器、源极驱动器等电路。其中，优选上述显示部驱动电路的至少一部分为TFT阵列。另外，所谓显示元件是指具有发光功能或调光功能(光闸功能)的元件，按显示装置的每像素或子像素设置。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。更具体而言，液晶显示装置的显示元件通常包括一对电极和被夹持在两基板之间的液晶。此外，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。更具体而言，有机EL显示器的显示元件通常包括将阳极、有机发光层和阴极叠层而得到的结构。 此外，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。更具体而言，等离子体显示器的显示元件通常包括一对电极；在一个基板形成的突光体；和被封入在两基板之间的稀有气体。以下对第八和第九本发明中的优选方式进行详细说明。在第八本发明中，优选上述FET是第一 FET，上述显示部驱动电路包括第二 FET，上述第一 FET和离子传感器天线在上述基板的同一主面上形成。由此，能够使得用于形成第一和第二 FET的材料和工序的至少一部分相同，能够削减第一和第二 FET的形成所需的成本。此外，在具备现有的离子传感器和显示部的装置，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备相对的平板型的加速电极和捕集电极。这样的平行平板型的离子传感器由于制造上的加工精度的界限而难以进行Pm级别的加工，因此难以实现小型化。在专利文献5中记载的离子传感器内置家电产品用遥控装置中，也在离子传感器使用包括一组离子加速电极和离子捕集电极的平行平板电极，因此也难以实现小型化。另一方面，通过如上述方式那样利用FET和天线作为离子传感器元件，能够利用光刻法制造离子传感器元件，因此能够进行μ m级别的加工，与平行平板型离子传感器相比能够进一步实现小型化。此外，在液晶显示面板，电极间间隙(TFT阵列基板与对置基板的间隙)一般为3 5μπι左右，考虑即使在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，也难以将离子导入间隙。另一方面，如上述方式那样利用FET和天线的离子传感器元件不需要对置基板，因此能够实现具备离子传感器的显示装置的小型化。从同样观点出发，在第九本发明中，上述显示部驱动电路包括第三FET，上述第一FET、上述第二 FET和上述第三FET优选形成于上述基板的同一主面上。另外，所谓离子传感器元件是指用于将空气中的离子浓度转换为电的物理量所需的最低限的元件。第八本发明中的第二 FET和第九本发明中的第三FET的种类各无特别限定，优选为TFT。TFT优选适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。另外，以第八本发明中的第二 FET和第九本发明中的第三FET设为TFT的情况下的半导体材料并无特别限定，例如能够列举a — Si、P — Si、μ c — Si、CG — Si、氧化物半导体等，其中，优选a — Si和μ c — Si。在第八本发明中，优选上述离子传感器天线优选具有包括第一透明导电膜的表面(露出部)，上述显示部具有第二透明导电膜。换言之，优选上述离子传感器天线的表面由第一透明导电膜覆盖，上述显示部具有第二透明导电膜。透明导电膜具有导电性和光学上的透明性，因此，通过上述实施方式，第二透明导电膜能够作为显示部的透明电极使用。此外，能够使用于形成第一透明导电膜和第二透明导电膜的材料或工序的至少一部分相互相同，因此能够以低成本形成第一透明导电膜。此外，能够防止天线暴露在外部环境中，防止腐蚀。上述第一透明导电膜和第二透明导电膜优选包括相同的材料，更优选仅包括相同的材料。由此，能够以更低成本形成第一透明导电膜。从同样观点出发，在第九本发明中，优选上述第一离子传感器天线具有包括第一 透明导电膜的表面(露出部)，上述第二离子传感器天线具有包括第二透明导电膜的表面(露出部)，上述显示部具有第三透明导电膜。换言之，优选上述第一离子传感器天线的表面由第一透明导电膜覆盖，上述第二离子传感器天线的表面由第二透明导电膜覆盖，上述显示部具有第三透明导电膜。作为上述第一、第二和第三透明导电膜的材质，没有特别限定，例如优选使用氧化铟锡(ITO :Indium Tin Oxide)、氧化铟锋(IZO :Indium Zinc Oxide)、氧化锋(ZnO)、氟惨杂氧化锡(FTO Fluorine — doped TinOxide)等。在第八本发明中，优选上述第一 FET包括特性根据光而变化的半导体，上述半导体被第一遮光膜遮光，上述显示部具有第二遮光膜。由此，在作为本发明的显示装置适用于例如液晶显示装置或有机EL显示器的情况下，以抑制混色为目的，能够在显示部的各像素或子像素的边界设置第二遮光膜。此外，能够使用于形成第一遮光膜和第二遮光膜用的材料或工序的至少一部分相互相同，因此能够以低成本形成第一遮光膜。此外，特性根据光而变化的半导体不仅适用于显示部也可以在离子传感器中适用。上述第一遮光膜和第二遮光膜优选包括相同材料，更优选仅包括相同材料。由此，能够以更低成本形成第一遮光膜。上述第一遮光膜是从显示装置外部的光(外光)和/或显示装置内部的光遮挡上述第一 FET的遮光膜。作为显示装置内部的光，例如能够列举在显示装置内部产生的反射光等。此外，在显示装置为有机EL和等离子体显示器等自发光型时，能够列举来自这些显示装置所具备的发光元件的光。另一方面，在作为非自发光型的液晶显示装置时，能够列举背光源的光。在显示装置内部产生的反射光等为几IOLx左右，对第一FET的影响比较小。另一方面，作为外光，能够列举太阳光、室内照明(例如荧光灯)等。太阳光为3000 100000LX，实际使用时(除了在暗室中的使用)的室内的荧光灯为100 3000Lx，均对第一 FET产生较大影响。因此，上述遮光膜优选为至少从外光遮挡上述第一 FET的遮光膜，更优选为遮挡外光和显示装置的内部的光双方的遮光膜。从同样观点出发，在第九本发明中，优选上述第一 FET包括特性根据光而变化的第一半导体，上述第一半导体被第一遮光膜遮光，上述第二 FET包括特性根据光而变化的第二半导体，上述第二半导体被第二遮光膜遮光，上述显示部具有第三遮光膜。此外，上述第一遮光膜优选为至少从外光遮挡上述第一 FET的遮光膜，更优选为遮挡外光和显示装置的内部的光双方的遮光膜，上述第二遮光膜优选为至少从外光遮挡上述第二 FET的遮光膜，更优选为遮挡外光和显示装置的内部的光双方的遮光膜。在第八和第九的本发明中，优选上述离子传感器的至少一部分和上述显示部驱动电路的至少一部分与共用的电源连接。通过使用共用的电源，与分别具有电源的离子传感器和显示部相比，能够削减用于形成电源的成本和用于配置电源的空间。更具体而言，在第八本发明中，优选至少FET的源极或漏极和TFT阵列的TFT的栅极与共用的电源连接。在第九本发明中，优选第一 FET的源极或漏极、第二 FET的源极或漏极和TFT阵列的TFT的栅极与共同的电源连接。第八和第九本发明的产品没有特别限定，能够优选列举电视机、个人计算机用显示器等放置型显示器。由此，能够使该显示器显示放置型显示器所放置的室内环境的离子浓度。此外，作为优选例子，还能够列举移动电话机、PDA (Personal Digital Assistants 个人数字助理)等便携式设备。由此，能够简便地测量各种场所的离子浓度。进一步，作为 优选例子，还能够列举具备显示部的离子产生装置，由此能够使显示部显示从离子产生装置放出的离子的浓度。发明效果根据本发明，能够提供在两离子混合存在的检体中能高精度地测量离子浓度的离子传感器、显示装置、离子传感器的驱动方法和离子浓度的计算方法。


图I为实施方式I 4的离子传感器和显示装置的框图。图2为表示实施方式I 4的离子传感器和显示装置的截面的截面示意图。图3为表示实施方式I的离子传感器和显示装置的截面的截面示意图。图4为表示实施方式I的离子传感器电路和TFT阵列的一部分的等效电路。图5为实施方式I的离子传感器电路的时序图。图6为表示实施方式2 4的离子传感器和显示装置的截面的截面示意图。图7为表示实施方式2的离子传感器电路和TFT阵列的一部分的等效电路。图8为实施方式2的离子传感器电路的时序图。图9为实施方式2的离子传感器电路的时序图。图10为表示实施方式3的离子传感器电路和TFT阵列的一部分的等效电路。图11为实施方式3的离子传感器电路的时序图。图12为实施方式3的离子传感器电路的时序图。图13为表示Id (—)和负离子浓度的关系的曲线(检量线)。图14为表示Id (+)和正离子浓度的关系的曲线(检量线)。图15为表示Id (—)和负离子浓度的关系的曲线(检量线)。图16为表示Id (+)和正离子浓度的关系的曲线(检量线)。图17为表示Id (—)和负离子浓度的关系的曲线(检量线)。图18为表示Id (+)和正离子浓度的关系的曲线(检量线)。图19为表示实施方式4的离子传感器电路和TFT阵列的一部分的等效电路。
图20为实施方式4的离子传感器电路的时序图。图21为实施方式4的离子传感器电路的时序图。图22为表示具有N沟道型的TFT的离子传感器的等效电路。图23为表示具有N沟道型的TFT的离子传感器测量两离子混合比例不同的检体的负离子浓度的结果的图。图24为表示实施方式I的离子传感器电路的一部分的等效电路。图25为表示实施方式I的其他的离子传感器电路的一部分的等效电路。图26为实施方式I 4的LUT。
具体实施方法以下，列举实施方式，参照附图对本发明进行更详细的说明，本发明并不仅限于这些实施方式。(实施方式I)在本实施方式中，以包括N沟道型的TFT且检测对象为空气中的离子的离子传感器和具备该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，包括用于检测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作为显示部驱动电路115包括显示部驱动用TFT阵列101、栅极驱动器(显示用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。离子传感器120包括离子传感器驱动/读出电力105、演算处理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是至少包括将空气中的离子浓度转换为电的物理量所需的元件(优选为FET和离子传感器天线)的电路，包括检测(捕集)离子的功能。显示部130具有与现有的液晶显示装置等的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，通过线串行驱动来显示视频。对离子传感器120的功能进行概略说明如下。首先，在离子传感器电路107，检测(捕集)空气中的离子，生成与所检测到的离子的量相应的电压值。该电压值被发送至驱动/读出电路105，在此被转换为数字信号。该信号被发送至LSI106，在此基于规定的计算方法演算离子浓度，并且生成用于在显示区域显示该演算结果的显示用数据。该显示用数据经源极驱动器104被发送至TFT阵列101，最终显示与显示数据相应的离子浓度。电源电路109向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除了上述功能以外，还控制后述的上突/下突配线、复位配线和输入配线，在所期望的定时向各个配线供给规定的电源。另外，驱动/读出电路105也可以被包括在离子传感器电路107、栅极驱动器103、源极驱动器104等其它电路，还可以被包括在LSI106。 此外，在本实施方式中，也可以代替LSI106使用在个人计算机(PC)上发挥作用的软件进行演算处理。使用图2对显示装置110的结构进行说明。图2是通过图I所示的线段Al — A2切断的状态下的离子传感器和显示装置的截面示意图。离子传感器120包括离子传感器电路107、空气离子导入/导出路径42、风扇(未图示)和遮光膜12a。离子传感器电路107包括作为离子传感器元件的、传感器TFT30和离子传感器天线41。另一方面，显示部130具备包括像素TFT40的TFT阵列101、遮光膜12b、包括RGB、RGBY等颜色的彩色滤光片13、液晶32和偏光板3la、3lb。天线41是检测(捕集)空气中的离子的导电部件，与传感器TFT30的栅极连接。天线41包括被暴露在外部环境的部分(露出部)，当在天线41的表面(露出部)附着离子时天线41的电位发生变化，与此相应地，传感器TFT30的栅极的电位也发生变化。其结果是，传感器TFT30的源极与漏极间的电流和/或电压发生变化。这样，离子传感器元件由天线41和传感器TFT30形成，由此，能够比现有的平行平板型的离子传感器更小型化。导入/导出路径42是用于有效地使天线41上通气的路径，通过风扇，空气从图2的跟前一侧流向内侧或从内侧流向跟前一侧。此外，显示装置110包括大部分相对的两个绝缘性基板la、lb，在基板la、lb之间夹持有液晶32。传感器TFT30和TFT阵列101设置在基板la、lb相对的位置的、基板Ia(TFT阵列基板)的液晶一侧的主面上。在TFT阵列101，像素TFT40呈矩阵状地大量配置。 天线41、导入/导出路径42和风扇设置在基板la、Ib不相对的位置的、基板Ia的液晶一侧的主面上。这样，天线41设置在传感器TFT30的沟道区域外。由此，能够容易地在导入/导出路径42和风扇的附近配置天线41，因此能够高效地将大气送入天线41。此外，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，能够有效地利用边框区域的空着的空间，因此，能够不改变显示装置110的尺寸地形成离子传感器电路107。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的TFT阵列101。由此，能够利用形成TFT阵列101的工序形成传感器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设置在基板la、Ib相对的位置的、基板Ib (对置基板)的液晶一侧的主面上。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包括作为特性根据光而变化的半导体的a — Si，这一点在之后详述。如上所述，传感器TFT30通过被遮光膜12a遮光，能够抑制a — Si的特性、即传感器TFT30的输出特性发生变化，因此能够更高精度地检测离子浓度。偏光板31a、31b分别设置在基板la、Ib的与液晶相反一侧(外侧)的主面上。使用图3对显示装置110的结构进行更详细的说明。图3是本实施方式的离子传感器和显示装置的截面示意图。在绝缘性基板Ia的液晶一侧的主面上依次叠层有第一导电层、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。在第一导电层形成离子传感器天线电极2a、复位配线2b、后述的连接配线22、电容电极2c和栅极电极2d、2e。这些电极在第一导电层形成，例如能够利用溅射法和光刻法通过相同的工序由相同的材料形成。第一导电层由单层或叠层的金属层形成。具体而言，能够列举铝(Al)的单层、下层为Al/上层为钛(Ti)的叠层、下层为Al/上层为钥(Mo)的叠层等。关于复位配线2b、连接配线22和电容电极2c，使用图4在之后进行详细说明。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、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、η + a — Si层5a、5b、源极电极6a、6b、漏极电极7a、7b和电容电极8。源极电极6a、6b、漏极电极7a、7b和电容电极8在第二导电层形成，例如能够利用溅射法和光刻法通过相同的工序由相同的材料形成。第二导电层由单层或叠层的金属层形成。具体而言，能够列举铝(Al)的单层、下层为Al/上层为Ti的叠层、下层为Ti/上层为Al的叠层等。此外，氢化a —Si层4a、4b例如能够利用化学气象沉积(CVD Chemical Vapor Deposition)法和光刻法通过相同的工序由相同的材料形成。n + a — Si层5a、5b例如也能够利用CVD法和光刻法通过相同的工序由相同的材料形成。如上所述,在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，能够削减包括各种电极和半导体的传感器TFT30和像素TFT40的形成所需的成本。关于TFT30、40的构成要素，在之后进行更详细的说明。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Ila和透明导电膜lib。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。通过以使得天线电极2a不由于接触孔IOa而裸露的方式配置透明导电膜11a，能够防止天线电极2a被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在第三导电层形成，例如能够利用溅射法和光刻法通过相同的工序由相同的材料形成。第三导电层由单层或叠层的透明导电膜形成。具体而言，能够列举ΙΤ0、ΙΖ0膜等。另外，不需要构成透明导电膜IlaUlb的所有的材料彼此完全相同，此外，不需要用于形成透明导电膜IlaUlb的所有工序完全相同。例如，在透明导电膜Ila和/或透明导电膜Ilb具有多层结构时，还能够仅将在两个透明导电膜共通的层通过相同的工序由相同的材料形成。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挪用于透明导电膜Ila的形成，能够以低成本形成透明导电膜11a。此外，遮光膜12a和遮光膜12b也能够通过相同的工序由相同的材料形成。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，能够列举含有碳的丙烯树脂等。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挪用于遮光膜12a的形成,能够以低成本形成遮光膜12a。对TFT30、40的构成要素进行更详细的说明。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作为栅极绝缘膜发挥作用。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。此外，由电容电极2c、8和作为介电体发挥作用的绝缘膜3形成电容(电容器)43。电容电极2c与栅极电极2d和天线电极2a连接，电容电极8与上/下突配线23连接。由此，能够增大栅极电极2d和天线41的电容，因此能够抑制离子浓度的检测中的外来噪声的影响。从而，能够使传感器动作更稳定，能够使精度更高。另外，能够高精度地检测两离子，在之后进行更详细的说明。接着，使用图4，对离子传感器电路107和TFT阵列101的电路结构进行说明。图4是表示本实施方式的离子传感器电路107和TFT阵列101的一部分的等效电路。首先，对TFT阵列101进行说明。像素TFT40的栅极电极2d经栅极总线Gn、Gn +I、…与栅极驱动器103连接,源极电极6b经源极总线Sm、Sm + I、…与源极驱动器104连接。像素TFT40的漏极电极7b与作为像素电极发挥作用的透明导电膜Ilb连接。像素TFT40按每子像素设置，作为开关元件发挥作用。在栅极总线Gn、Gn+ I、…，以规定的定时从栅极驱动器103被供给扫描脉冲(扫描信号),该扫描脉冲以线串行方式被施加至各像素TFT40。在源极总线Sm、Sm+ I、…，被供给在源极驱动器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。然后，在与通过扫描脉冲的输入在仅一定期间为导通状态的像素TFT40连接的像素电极(透明导电膜11b)，以规定的定时被供给视频信号和/或显示用数据。被写入液晶的规定电平的视频信号和/或显示用数据在被施加这些信号和/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)之间被保持一定期间。此处，与在这些像素电极和对置电极之间形成的液晶电容并列地形成液晶辅助电容(Cs)36。液晶辅助电容36在各子像素、在漏极电极7a与液晶辅助电容线CsruCsn+丨、…之间形成。另外，电容线Csn、Csn + I、…在第一导电层形成,与栅极配线Gn、Gn + I、…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。离子传感器电路107检测正 和负两极性的离子。在传感器TFT30的漏极电极7a连接有输入配线20。输入配线20被施加高电压(High电压)(+ 10V)或低电压(Low电压)(0V)，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。此外，在传感器TFT30的栅极电极2d经连接配线22连接天线41。进一步，在连接配线22连接有复位配线2b。设配线22、2b彼此的交点(节点)为node — Z。复位配线2b是用于使node — Z、即传感器TFT30的栅极和天线41的电压复位的配线。复位配线2b被施加高电压(十20V)或低电压(一 20V)，设复位配线2b的电压为Vrst。进一步，在连接配线22，经上突/下突电容43连接有上突/下突配线23。上突/下突配线23被施加高电压或低电压(例如一 10V)，设上突/下突配线23的电压为Vrw。Vrw的高电压和低电压、即Vrw的波形能够通过使分别供给高电压和低电压的电源的值变化而调整为所期望的值。另外，作为使电源的值变化的方法，能够列举下述(I)或(2)的方法。(I)准备多个电源，通过开关(例如，半导体开关、晶体管等)切换与配线23连接的电源的方法。与哪一个电源连接、即该开关的连接目标由来自主机一侧的信号控制。更具体而言，能够列举如图24所示那样准备电源的值彼此不同的电源62、63，通过开关65、66切换与配线23连接的电源的方法。(2)在一个电源连接阶梯电阻、选择所要输出的电压(电阻)的方法。与哪一电压(电阻)连接由来自主机一侧的信号控制。更具体而言，能够列举如图25所示那样在电源64连接阶梯电阻、通过开关67、68、69的导通断开来选择所要输出的电压(电阻)的方法。在输出配线21连接有定电流电路25和模拟-数字转换电路(ADC) 26。定电流电路25包括N沟道型的TFT (定电流TFT)，定电流TFT的漏极与输出配线21连接。定电流TFT的源极与定电流源连接，其电压Vss被固定在比Vdd的高电压低的电压。定电流TFT的栅极与定电压源连接。定电流TFT的栅极的电压Vbais以在定电流TFT的源极与漏极之间流动一定的电流(例如，I μ Α)的方式被固定在规定的值。定电流电路25和ADC26在驱动/读出电路105内形成。另外，天线41、传感器TFT30的栅极、复位配线2b、连接配线22和电容43通过天线电极2a、栅极电极2d、复位配线2b、电容电极2c和连接配线22在第一导电层一体地形成而相互连接。另一方面，驱动/读出电路105、栅极驱动器103和源极驱动器104各自不在基板Ia上直接形成，而在LSI芯片等半导体芯片形成，半导体芯片安装在基板Ia上。接着，使用图5对离子传感器电路的动作机构进行详细说明。图5为本实施方式的离子传感器电路的时序图。如图5所示，离子传感器电路107首先检测负离子后，接着检测正离子。即，交替进行负离子检测用的驱动和正离子检测用的驱动。在初始状态，Vrst被设定在低电压(一 10V)。此时，作为用于将Vrst设定在低电压(一 IOV)的电源，能够挪用用于向像素TFT40的栅极电极2e施加低电压(一 IOV)的电源。此外，在初始状态，Vdd被设定在低电压(0V)。在开始离子浓度的检测之前，首先，对复位配线2b施加高电压(+ 20V)，天线41的电压(node — Z的电压)被复位至+ 20V。此时，作为用于在复位配线2b设定为高电压(+ 20V)的电源，能够挪用用于向像素TFT40的栅极电极2e施加高电压(+ 20V)的电源。在node — Z的电压被复位后，复位配线2b被保持在高阻抗状态。然后，开始离子的导入，当负离子在天线41被捕集时，被复位至+ 20V的、即被充电为正的node - Z的电压被负离子中和而下降(传感动作)。负离子浓度越高，电压下降的速度越快。从导入离子起经过规定的时间之后，向输入配线20暂时施加高电压(+ 10V)。 即，向输入配线20施加+ IOV的脉冲电压。同时，向上突/下突配线23施加任意的正的脉冲电压(高电压)，经电容43使node — Z的电压上突。此外，输出配线21与定电流电路25连接。从而，当向输入配线20施加+ IOV的脉冲电压时，在输入配线20和输出配线21流动一定的电流。不过，输出配线21的电压Vout (—)根据传感器TFT30的栅极的打开情况、即上突的node —Z的电压的差而变化。该电压Vout (—)通过ADC26被检测作为用于计算离子浓度的数值。另外，不设置定电流电路25，也能够通过检测根据node — Z的电压的差而变化的输出配线21的电流Id (—)。向上突/下突配线23施加的正的电压以使得栅极电位进入适合高精度地检测负离子的电压区域的方式设定。由此，即使不使node - Z的电压上突，只要栅极电位进入适合于负离子浓度的检测的电压区域，就不需要使node -Z的电压上突。负离子的检测之后，接着，向复位配线2b施加低电压(一 10V)，将天线41的电压(node - Z的电压)复位到一 10V。此时，作为用于将复位配线2b设定在低电压(一 10V)的电源,能够挪用用于向像素TFT40的栅极电极2e施加低电压(一 10V)的电源。在node —Z的电压被复位后，复位配线2b被保持在高阻抗状态。然后，开始正离子检测动作，当正离子在天线41被捕集时，被复位至一 10V的、即被充电为负的node — Z的电压被正离子中和而上升(传感动作)。正离子浓度越高，电压上升的速度越快。从导入离子起经过规定的时间之后，向输入配线20暂时施加高电压(+ 10V)。即，向输入配线20施加+ 10V的脉冲电压。同时，向上突/下突配线23施加任意的正的脉冲电压(高电压)，经电容43使node — Z的电压上突。此外，输出配线21与定电流电路25连接。从而，当向输入配线20施加+ 10V的脉冲电压时，在输入配线20和输出配线21流动一定的电流。不过，输出配线21的电压Vout (+)根据传感器TFT30的栅极的打开情况、即上突的node — Z的电压的差而变化。该电压Vout (+)利用ADC26检测作为用于计算离子浓度的数值。另外，不设置定电流电路25，也能够检测根据node — Z的电压的差而变化的输出配线21的电流Id (+)。向上突/下突配线23施加的正的电压以使得栅极电位进入适合于高精度地检测正离子的电压区域的方式设定。另外，根据两离子的比率，Vout (或Id)为0，或相反为很高的值。此时，导入离子，调整直到检查Vout (或Id)为止的时间t，由此能够得到适当的Vout (或Id)。负离子检测和正离子检测的时间(间隔)，即从负离子检测的读出动作后(向Vrw的脉冲施加)到正离子检测的复位动作(向Vrst的一 IOV施加)的时间，为以下的(1)、(2)所述。(I)在连续地导入离子的情况下，即，负离子检测/正离子检测动作的切换时不停止离子导入的情况下，空开读取动作后的Vrw配线和Vout配线到达规定的电位(在图5分别为一10V、0V)为止的时间间隔即可，具体来说，空开10微秒以上的时间即可。(2)在负离子检测/正离子检测动作的切换时停止离子导入的情况下，需要离子浓度稳定化为止的时间，因此比(I)需要的时间更长。在本实施方式中，Vdd的高电压不是特别限定在+ 10V，与向复位配线2b施加的高电压，即向像素TFT40的栅极电极2e施加的高电压相同为+ 20V也可以。由此，作为用于施加Vdd的高电压的电源，能够挪用用于向像素TFT40的栅极电极2e施加高电压的电源。此外，node - Z的电压不上突的状态时的上突/下突配线23的电压(Vrw的低电压)也可以与向像素TFT40的栅极电极2e施加的低电压相同为一 10V。由此，作为用于施加Vrw的 低电压的电源，能够挪用用于向像素TFT40的栅极电极2e施加低电压的电源。以上，根据实施方式1，能够在两离子混合存在的检体中，使用正离子和负离子的检测结果，简便并且高精度地计算离子浓度。另外，其计算方法在各实施方式共通，在实施方式3详细叙述。此外，根据实施方式1，能够使用一个传感器TFT30检测两离子，由此能够实现装置的小型化，削减制造成本。此外，在实施方式I中，使用N沟道型的传感器TFT30和像素TFT40，但也可以使用P沟道型的TFT。此外，负离子和正离子的检测顺序没有特别限定，也可以检测正离子后，接着检测负离子。(实施方式2)实施方式2的显示装置，除了以下点外，具有与实施方式I同样的结构。即，实施方式2的离子传感器电路2107包括负离子检测用传感器电路201和正离子检测用传感器电路202，负离子检测用传感器电路201包括如实施方式I所说明的N沟道型的传感器TFT30和天线41，正离子检测用传感器电路202包括P沟道型的传感器TFT30b和天线41b。使用图6对正离子检测用传感器电路202的结构进行更详细的说明。图6为本实施方式的离子传感器和显示装置的截面示意图，包括正离子检测用传感器电路的一部分。对于与实施方式I的显示装置相同的构成要素，在此省略其说明。如图6所示，传感器电路202包括作为离子传感器元件的传感器TFT30b和离子传感器天线41b。天线41b是检测(捕集)空气中的离子的导电部件，与传感器TFT30b的栅极连接。当在天线41b的表面附着离子时，天线41b的电位发生变化，与此相应地，传感器TFT30b的栅极的电位也发生变化。其结果是，传感器TFT30b的源极与漏极间的电流和/或电压发生变化。传感器TFT30b设置在基板la、Ib相对的位置的、基板la (TFT阵列基板)的液晶一侧的主面上。天线41b设置在传感器TFT30的沟道区域外。此外，传感器TFT30b和与其相对的滤光膜12c设置在显示部130的端部(边缘区域)。在本实施方式中，在基板Ia上至少形成包含于传感器电路201的传感器TFT30和离子传感器天线41 ;包含于传感器电路202的传感器TFT30b和离子传感器天线41b ;和显示部驱动电路的TFT阵列101。滤光膜12c设置在基板la、Ib相对的位置的、基板Ib (对置基板)的液晶一侧的主面上。滤光膜12c设置在与传感器TFT30b相对的位置上。如后详述，传感器TFT30b包括作为特性相对光而变化的半导体的a — Si。如上所述，传感器TFT30b被遮光膜12c遮光，由此能够抑制a — Si特性即传感器TFT30b的输出特性发生变化，因此能够更高精度地测
量离子浓度。在传感器电路202的第一导电层形成离子传感器天线电极2c、复位配线2h、后述的连接配线22b、电容电极2f和栅极电极2g。对于复位配线2h、连接配线22b和电容电极2f，使用图7在后面详述。 在传感器电路202中，在绝缘膜3上形成氢化a-Si层4c、4b、n + a — Si层5c、源极电极6c、漏极电极7c和电容电极8b。源极电极6c、漏极电极7c和电容电极8b在第二导电层形成。在传感器电路202中，钝化膜9以覆盖氢化a — Si层4c、n + a — Si层5c、源极电极6c、漏极电极7c和电容电极8b的方式被设置在绝缘膜3上。在传感器电路202中，在钝化膜9上形成透明导电膜11c。透明导电膜11c经贯通绝缘膜3和钝化膜9的接触孔IOc与天线电极2c连接。通过以使得天线电极2c不由于接触孔IOc而裸露的方式配置透明导电膜11a，能够防止天线电极2c被暴露在外部环境而腐蚀。透明导电膜Ilc在第三导电层形成，遮光膜12c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，能够列举含有碳的丙烯树脂等。对TFT30b的构成要素进行详述。传感器TFT30b由栅极电极2g、绝缘膜3、氢化a —Si层4c、n + a — Si层5c、源极电极6c和漏极电极7c形成。绝缘膜3在传感器TFT30b中作为栅绝缘膜发挥作用。TFT30b为底栅型的TFT。在P + a — Si层5c掺杂有硼(B)等的III族元素。即，传感器TFT30b为P沟道型TFT。天线41b由透明导电膜Ilc和天线电极2c形成。此外，由电容电极2f、8b和作为介电体发挥作用的绝缘膜3形成电容(电容器)43b。电容电极2f与栅极电极2g和天线电极2c连接，电容电极8b接地。通过设置电容43b，能够增大栅极电极2g和天线41b的电容，由此能够抑制离子浓度测量中的外来噪音带来的影响。因此，传感器动作能够更稳定，能够更进一步提高精度。此外，同样地在本实施方式中，传感器电路201的电容43的电容电极8也不与上突/下突配线23连接而接地。使用图7对本实施方式的离子传感器电路207的电路结构进行说明。图7为表示本实施方式的离子传感器电路207和TFT阵列101的一部分的等效电路。本实施方式的显示装置具有与实施方式I同样的TFT阵列101，因此在此省略其说明。离子传感器电路207包括负离子检测用传感器电路201和正离子检测用传感器电路 202。首先，对负离子检测用传感器电路201进行说明。在传感器电路201中，连接配线22经由电容43接地(GND)，除此以外，与离子传感器电路107具有同样结构。输入配线20被施加高电压(+ 10V)或低电压(0V)，设输入配线20的电压为Vdd。设输出配线21的电压为Vout (—)。设配线22、2b之间的交点(node)为node — Z (—)。复位配线2b被施加高电压(+ 20V)或低电压(一 10V)，设复位配线2b的电压为Vrst (—)。接着，对正离子检测用传感器电路202进行说明。传感器TFT30b的漏极电极7c与输入配线20连接。源极电极6c与输出配线21b连接。设输出配线21b的电压为Vout(+)。此外，传感器TFT30b的栅极电极2g经由连接配线22b与天线4Ib连接。而且，连接配线22b与复位配线2h连接。设配线22b、2h彼此之间的交点(节点)为node — Z (+)。复位配线2h是用于使node - Z(+)、即传感器TFT30b的栅极和天线41b的电压复位的配线。复位配线2h被施加高电压(+20V)或低电压(一 10V)，设复位配线2h的电压为Vrst(+)。而且，连接配线22b经由电容43b接地(GND)。输出配线21b与定电流电路25b和模拟数字转换电路(ADC) 26b连接。定电流电路25b的结构与定电流电路25的结构同样，因此省略详细说明。
另外，天线41b、传感器TFT30b的栅极、复位配线2h、连接配线22b和电容43b，通过天线电极2c、栅极电极2g、复位配线2h、电容电极2f和连接配线22b在第一导电层一体地形成而相互连接。接着，使用图8和图9详细说明离子传感器电路的动作机构。图8为本实施方式的负离子检测用传感器电路的时序图，图9为本实施方式的正离子检测用传感器电路的时序图。如图8和图9所示，离子传感器电路207同时进行负离子检测用传感器电路201的负离子的检测和正离子检测用传感器电路202的正离子的检测。首先，对负离子的检测进行说明。在初期状态，Vrst (—)设定为低电压(一 10V)。此时，作为用于将Vrst (—)设定为低电压(一 10V)的电源，能够挪用用于向像素TFT40的栅极电极2e施加低电压(一10V)的电源。此外，在初期状态，Vdd设定为低电压(0V)。在离子浓度测量开始前的时刻tl，首先，向复位配线2b施加高电压(+ 20V),天线41的电压(node — Z (—)电压)复位为+20V。此时，作为用于施加Vrst (_)的电源，能够挪用向像素TFT40的栅极电极2e施加高电压(+20V)的电源。node — Z (—)的电压被复位后，复位配线2b保持在高阻抗状态。然后，开始离子导入，当负离子在天线41被捕集时，被复位为+ 20V、即被充电为正的node-Z (-)电压被负离子中和而下降(传感动作)。负离子的浓度越高，电压下降的速度越快。从导入离子起经过规定的时间后，在时刻t2，暂时向输入配线20施加高电压(+10V)。即，向输入配线20施加+ 10V的脉冲电压。此外，输出配线21与定电流电路25连接。因此，当向输入配线20施加+ 10V的脉冲电压时，在输入配线20和输出配线21流动一定的电流。其中，根据传感器TFT30的栅极的打开情况，即node — Z (—)的电压的差，输出配线21的电压Vout (—)发生变化。该电压Vout (—)通过ADC26被检测作为用于计算离子浓度的数值。另外，不设置定电流电路25，也能够检测根据node — Z (一)的电压的差而变化的输出配线21的电流Id (—)。接着，说明正离子的检测。在初期状态，Vrst (+)设定为高电压(+20V)。此时，作为用于将Vrst (+)设定为高电压(+ 20V)的电源，能够挪用向像素TFT40的栅极电极2e施加高电压(+ 20V)的电源。此外，在初期状态，Vdd设定为低电压(ον)。在离子浓度测量开始前的时刻tl，首先，向复位配线2h施加低电压(一 20V)，天线41b的电压(node — Z (+)电压)复位为一20V。在node — Z (+)的电压被复位后，复位配线2h保持在高阻抗状态。开始离子导入，当正离子在天线41b被捕集时，被复位为一 20V、即被充电为负的node — Z (+)电压被正离子中和而上升(传感动作)。正离子的浓度越高，电压上升的速度越快。从导入离子起经过规定的时间后，在时刻t2，暂时向输入配线20施加高电压(+ 10V)。S卩，向输入配线20施加+IOV的脉冲电压。此时，输出配线21b与定电流电路25b连接。因此，当向输入配线20施加+ IOV的脉冲电压时,在输入配线20和输出配线21b流动一定的电流。其中，根据传感器TFT30b的栅极的打开情况，即node - Z (+)的电压的差，输出配线21b的电压Vout(+)发生变化。该电压Vout (+)通过ADC26b被检测作为用于计算离子浓度的数值。此夕卜，不设置定电流电路25b，也能够检测根据node-Z (+)电压的差而变化的输出配线21b的电流Id ( + )。在本实施方式中，Vdd的高电压不特别限定在+ 10V,也可以与向复位配线2b和2h施加的高电压，即向像素TFT40的栅极电极2e施加的高电压相同，为+ 20V。由此，作为用 于施加Vdd的高电压的电源，能够挪用向像素TFT40的栅极电极2e施加高电压的电源。此外，在本实施方式中，向复位配线2h施加低电压也不限于一 20V，也可以与向像素TFT40的栅极电极2e施加的低电压相同，为一 10V。由此，作为用于施加向复位配线2h施加的低电压的电源，能够挪用用于向像素TFT40的栅极电极2e施加低电压的电源。以上，根据实施方式2，在两离子混合存在的检体中，使用正离子和负离子的检测结果，能够简便并且高精度地计算离子浓度。另外，该计算方法在实施方式3中详述。此外，根据实施方式2，能够同时测量两离子，因此与在测量任一个离子之后测量另一个离子的实施方式I相比，能够更高精度地测量离子浓度。(实施方式3)实施方式3的显示装置，除了以下点外具有与实施方式2同样的结构。即，实施方式3的离子传感器电路307包括负离子检测用传感器电路301和正离子检测用传感器电路302，传感器电路301和302分别具有上突/下突配线，传感器电路302包括代替P沟道型的传感器TFT30b的N沟道型的传感器TFT30c。使用图10对本实施方式的离子传感器电路307的电路结构进行说明。图10为表示本实施方式的离子传感器电路307和TFT阵列101的一部分的等效电路。本实施方式的显示装置具有与实施方式I相同的TFT阵列101，因此在此省略其说明。离子传感器电路307包括负离子检测用传感器电路301和正离子检测用传感器电路 302。首先，对负离子检测用传感器电路301进行说明。传感器电路301具有与离子传感器电路107同样的结构。输入配线20被施加高电压(+ 10V)或低电压(0V)，设输入配线20的电压为Vdd。设输出配线21a的电压为Vout (_)。设配线22a、2b之间的交点(节点)为node-Z (―)。复位配线2b被施加高电压(+ 20V)或低电压(一 10V)，设复位配线2b的电压为Vrst (—)。上突/下突配线23被施加高电压或低电压(例如一 10V)，设上突/下突配线23的电压为Vrw (—)。Vrw (一)的高电压能够调整为期望的值。另外，作为将Vrw(-)的高电压调整为期望的值的方法，能够使用与在实施方式I中说明的使电源的值变化的方法。接着，说明正离子检测用传感器电路302。在传感器电路302中，连接配线22b经由电容43b与上突/下突配线23b连接，包括代替P沟道型的传感器TFT30b的N沟道型的传感器TFT30c，除此以外，具有与传感器电路202同样的结构。设输出配线21b的电压为Vout (+)。设配线22b、2h之间的交点(节点)为node — Z (+)。复位配线2h被施加高电压(+20V)或低电压(一 10V)，设复位配线2h的电压为Vrst (+)。上突/下突配线23b被施加高电压或低电压(例如一 10V)，设上突/下突配线23b的电压为Vrw (+)。Vrw(+)的高电压能够调整为期望的值。接着，使用图11和图12，对离子传感器电路的动作机构进行详细说明。图11为本实施方式的负离子检测用传感器电路的时序图，图12为本实施方式的正离子检测用传感器电路的时序图。如图11和12所示，离子传感器电路307同时进行负离子检测用传感器电路301的负离子的检测和正离子检测用传感器电路302的正离子的检测。首先，说明负离子的检测。
在初期状态，Vrst (—)设定为低电压(一 10V)。此时，作为将Vrst (—)设定为低电压(一 10V)的电源，能够挪用用于向像素TFT40的栅极电极2e施加低电压(一 10V)的电源。此外，在初期状态，Vdd设定为低电压(0V)。在开始离子浓度的测量前的时刻tl，首先，向复位配线2b施加高电压(+ 20V)，天线41的电压(node — Z (一)电压)复位为+20V。此时，作为用于在复位配线2b设定为高电压(+20V)的电源，能够挪用用于向像素TFT40的栅极电极2e施加高电压(+20V)的电源。在node-Z (_)的电压被复位之后，复位配线2b保持在高阻抗状态。然后，开始离子的导入，当负离子在天线41被捕集时，被复位为+ 20V的、即被充电为正的node-Z (_)的电压被负离子中和而下降(传感动作)。负离子的浓度越高，电压下降的速度越快。从导入离子起经过规定的时间后，在时刻t2，暂时向输入配线20施加高电压(+ 10V)。即，向输入配线20施加+ IOV的脉冲电压。同时，向上突/下突配线23施加任意的正的脉冲电压(高电压)，通过电容43使node — Z (—)的电压上突。此外，输出配线21与定电流电路25连接。因此，当向输入配线20施加+ 10V的脉冲电压时，在输入配线20和输出配线21流动一定的电流。其中，根据传感器TFT30的栅极的打开情况，即上突的node — Z (—)的电压的差，输出配线21的电压Vout (—)发生变化。该电压Vout (—)通过ADC26被检测作为计算离子浓度用的数值。另外，不设置定电流电路25，也能够检测根据node — Z (一)的电压的差而变化的输出配线21的电流Id(―)。向上突/下突配线23施加的正的电压，设定为适合于高精度地检测负离子的栅极的电压区域。由此，即使不使node — Z (—)的电压上突，只要栅极的电位进入适合于负离子浓度的检测的电压区域，就不需要使node - Z (-)的电压上突。接着，说明正离子的检测。在初期状态，Vrst (+)设定为高电压(+20V)。此时，作为用于将Vrst (+)设定为高电压(+ 20V)的电源，能够挪用用于向像素TFT40的栅极电极2e施加高电压(+ 20V)的电源。此外，在初期状态，Vdd设定为低电压(0V)。在离子浓度测量开始前的时刻tl，首先，向复位配线2h施加低电压(一 10V)，天线41b的电压(node — Z电压)复位为一 10V。此时，作为用于在复位配线2h设定为低电压(-10V)的电源，能够挪用用于向像素TFT40的栅极电极2e施加低电压(一 10V)的电源。在node — Z (+)的电压被复位之后，复位配线2h保持在高阻抗状态。然后，开始离子导入，当正离子在天线41b被捕集时，被复位为一IOV的、即被充电为负的node — Z (+)电压被正离子中和而上升(传感动作)。正离子的浓度越高，电压上升的速度越快。从导入离子起经过规定的时间后，在时刻t2，暂时向输入配线20施加高电压(+ 10V)。即，向输入配线20施加+ IOV的脉冲电压。同时，向上突/下突配线23b施加任意的正的脉冲电压(高电压)，通过电容43b使node-Z (+)的电压上突。此外，输出配线21b与定电流电路25b连接。因此，当向输入配线20施加+ IOV的脉冲电压时，在输入配线20和输出配线21b流动一定的电流。其中，根据传感器TFT30b的栅极的打开情况、即上突的node — Z (+)的电压的差，输出配线21b的电压Vout (+)发生变化。该电压Vout (+)通过ADC26被检测作为计算离子浓度用的数值。此外，不设置定电流电路25b，也能够检测根据node — Z (+)电压的差而变化的输出配线21b的电流Id (+)。向上突/下突配线23b施加的正的电压，设定为适合于高精度地检测正离子的栅极的电压区域。接着，对离子浓度的计算方法进行说明。以下，例如，将负离子浓度正离子浓度=X: Y称为“离子比Χ:γ”。
首先，图13和图15表示Id (―)和负离子浓度的关系的曲线(检量线)的一例，图14和图16表示Id (+)和正离子浓度的关系的曲线(检量线)的一例。这些检量线通过下述方法制成使用本实施方式的离子传感器测量含有几乎等量的浓度已知的正离子和负离子的检体，然后将离子浓度与Id (—)或Id (+)的关系标示于图表上。此外，各图的Id(一)和Id (+)为从离子检测开始经过时间t (从时刻tl到t2的时间)后的输出。另外，传感器TFT30和30c的沟道长分别设为4 μ m，沟道宽度分别设为100 μ m。Vdd的高电压设为+ 10V。Vrst (―)的高电压设为+ 20V。Vrst (+)的低电压设为一20V。电容43和43b的大小分别设为10pF。Vrw (—)设为低电压=—10V、高电压=+ 20V的脉冲电压。Vrw (+)设为低电压=一 10V、高电压=+ 20V的脉冲电压。天线41和41b的面积分别为 4000 μ m X 4000 μ m。其结果，在如图13和图14所示的例子中，Id (—)和Id (+)分别存在于图13的检量线和图14的检量线上的情况下，正离子浓度和负离子浓度分别为例如5003个/cm3和5003 个/cm3。S卩，如图15和图16所示，如果Id (—)和Id (+)用的检量线分别至少得到2条，则通过从传感器电路得到的Id (—)和Id (+)的组合与各检量线的比较，能够推定两离子的浓度比，其结果能够得到两离子的浓度。在图15中，表示有负离子浓度〈正离子浓度(例如，离子比=1:2)的情况下的检量线A (—)、负离子浓度=正离子浓度(离子比=1:1)的情况下的检量线B (—)、负离子浓度>正离子浓度(例如，离子比=2:1)的情况下的检量线C (一)，在图16中，表示有负离子浓度〈正离子浓度(例如，离子比=1:2)的情况下的检量线A ( + )、负离子浓度=正离子浓度(离子比=1:1)的情况下的检量线B ( +)、负离子浓度 > 正离子浓度(例如，离子比=2:1)的情况下的检量线C (+)。此外，如图15和图16的椭圆所示，存在输出Id由于离子浓度比而为O或饱和的情况，在该情况下，变更测量Id (-)和Id (+)的时间t即可。此外，由于预先取得Id (—)和Id (+)的全部组合的检量线是不现实的，因此，对于检量线与检量线之间的Id值，优选通过运算(插补法)求出。由此，能够实现存储器(未图示)的削减和简单化。另外，通过运算求出检量线与检量线之间的Id值的理由如下所示。从图13 图16的测量结果图可知，任一个检量线为I次函数，如果离子浓度比发生变化，则其斜率发生变化。因此，如果得到离子浓度比与斜率的关系，就可以推测预先取得的检量线(I次函数)以外的离子浓度比的检量线，其结果，能够得到两离子的浓度。另外，运算例如能够使用在LSI106或个人电脑(PC)上发挥作用的软件来进行。使用图17和图18更具体说明两离子的浓度的计算方法。如图17所示，在通过负离子检测动作得到的Id (—)为15 μ A的情况下，与检量线的交点存在多个(a、b、C)。如果假设离子比为2:1，则实际浓度比为500X IO3个/cm3:250X IO3个/cm3，如果 假设离子比为1: 1，则实际浓度比为1000X 103个/cm3:1000X IO3个/cm3,如果假设离子比为2:1，则实际浓度比为2300X IO3个/cm3:4600X IO3个/cm3。接着，如图18所示，通过由正离子检测动作得到的Id (+)来确定与检量线的交点(a’、b’、c’)。即，浓度比确定，其结果求出两离子浓度。例如，如果IcK+)为4 μ A，则可知离子比为2:1，因此算出负离子浓度为500Χ103个/cm3，正离子浓度为250X 103个/cm3。此外，如果Id⑷为10 μ A，则可知离子比为1:1，因此算出负离子浓度为1000 X IO3个/cm3，正离子浓度为1000X IO3个/cm3。接着，如果Id(+)为42μ A，则可知离子比为1:2，因此算出负离子浓度为2300 X IO3个/cm3，正离子浓度为 4600 X IO3 个/cm3。以上，根据实施方式3，在两离子混合存在的检体中，使用正离子和负离子的检测结果，能够简便并且高精度地计算离子浓度。此外，根据实施方式3，能够同时测量两离子，因此与在测量任一离子之后测量另一个离子的实施方式I相比能够更高精度地测量两离子浓度。而且，两个传感器TFT30和TFT30c中任一个都为N沟道型，因此能够同时形成传感器TFT30和30c，与使用N沟道型的传感器TFT30和P沟道型的传感器TFT30b的实施方式2相比，能够削减制造成本。此外，在实施方式3中，使用N沟道型的传感器TFT30和30c，但也可以使用P沟道型的TFT。在该情况下,可以通过上突/下突配线23和23b使node — Z (—)和node — Z(+)分别下突(降压)。此外，node — Z的上突或下突电压由(电容的大小)/ (node — Z的总电容的大小)X AVpp的计算式决定。式中，Δ Vpp是Vrw的高电压与Vrw的低电压的差。因此,在本实施方式中，通过上突/下突配线23和23b实现的node — Z (一)和node — Z ( +)的升压或降压幅度能够通过下述两种参数调节。I种参数为Vrw (—)和Vrw (十)各自的AVpp，另一种参数为电容43和43b各自的大小。由此，能够容易地将node — Z (—)和node — Z(+)分别调整为能取得高的Id比的电压。此外，通过分别调整电容43和43b的大小，能够使Vrw (—)和Vrw (+)的大小共用。即，将电容43的大小(Cl)和电容43b的大小(C2)设定为相互不同的值，将Cl设定为最适合于检测负离子的值，将C2设定为最适合于检测正离子的值。然后，将向电容43施加的脉冲电压的波形(Vrw (—)的波形)设为与向电容43b施加的脉冲电压的波形(Vrw (+)的波形)相同，能够使得用于施加Vrw (—)和Vrw (+)的电源共用化。当然，在使Cl和C2相互不同的情况下，也可以使Vrw (-)和Vrw (+)的波形不同，而分别适当调整node-Z (-)和node — Z (+)的上突电压。(实施方式4)在实施方式4的显示装置中，除了以下点外，具有与实施方式3同样的结构。SP，实施方式4的离子传感器电路407包括负离子检测用传感器电路401和正离子检测用传感器电路402，在传感器电路401中没有上突/下突配线。使用图19对本实施方式的离子传感器电路407的电路结构进行说明。图19为表示本实施方式的离子传感器电路407和TFT阵列101的一部分的等效电路。本实施方式的显示装置具有与实施方式I相同的TFT阵列101，因此在此省略其说明。离子传感器电路407包括负离子检测用传感器电路401和正离子检测用传感器电 路 402。首先，对负离子检测用传感器电路401进行说明。传感器电路401具有与实施方式2的离子传感器电路201同样的结构。向输入配线20施加高电压(+ 10V)或低电压(0V)，设输入配线20的电压为Vdd。设输出配线21的电压为Vout (—)。设配线22、2b之间的交点(节点)为node — Z (―)。复位配线2b被施加高电压(+20V)或低电压(一 10V)，设复位配线2b的电压为Vrst (―)。连接配线22经由电容43接地(GND)。接着，说明正离子检测用传感器电路402。传感器电路402具有与实施方式3的传感器电路302同样的结构。输出配线21b的电压为Vout(+)。设配线22b、2h彼此之间的交点(节点)为node — Z (+)。复位配线2b被施加高电压(+20V)或低电压(一 10V)，设复位配线2h的电压为Vrst (+)。上突/下突配线23b被施加高电压或低电压(例如一10V)，设上突/下突配线23b的电压为Vrw (+)。Vrw (+)的高电压能够调整为期望的值。另外，作为将Vrw (+)的高电压调整为期望的值的方法，能够使用在实施方式I中说明的使电源的值变化的方法。接着，使用图20和图21对离子传感器电路的动作机构进行详细说明。图20为检测负离子的情况下的本实施方式的负离子检测用传感器电路的时序图，图21为本实施方式的正离子检测用传感器电路的时序图。如图20和图21所示，离子传感器电路407同时进行负离子检测用传感器电路401的负离子的检测和正离子检测用传感器电路402的正离子的检测。首先，说明负离子的检测。在初期状态，Vrst (―)设定为低电压(一10V)。此时，作为用于将Vrst (―)设定为低电压(一 10V)的电源，能够挪用用于向像素TFT40的栅极电极2e施加低电压(一 10V)的电源。此外，在初期状态，Vdd设定为低电压(0V)。在开始离子浓度的测量前的时刻tl，首先，向复位配线2b施加高电压(+ 20V)，天线41a的电压(node — Z (一)电压)复位为+20V。此时，作为用于施加Vrst (—)的电源，能够挪用用于向像素TFT40的栅极电极2e施加高电压(+20V)的电源。在node — Z (—)电压被复位之后，复位配线2b保持在高阻抗状态。然后，开始离子的导入，当负离子在天线41a被捕集时，被复位为+ 20V、即被充电为正的node - Z (—)电压被负离子中和而下降(传感动作)。负离子的浓度越高，电压下降的速度越快。从导入离子起经过规定的时间，在时刻t2，暂时向输入配线20施加高电压(+10V)。即，向输入配线20施加+ 10V的脉冲电压。此外，输出配线21a与定电流电路25连接。因此，当向输入配线20施加+ IOV的脉冲电压时，在输入配线20和输出配线21a流动一定的电流。其中，根据传感器TFT30的栅极的打开情况、即上突的node — Z (—)的电压的差，输出配线21a的电压Vout (—)发生变化。该电压Vout (—)通过ADC26被检测作为计算离子浓度用的数值。另外，不设置定电流电路25，也能够测量根据node — Z (—)电压的差而变化的输出配线21a的电流Id (—)。接着，说明正离子的检测。在初期状态，Vrst (+)设定为高电压(+ 20V)。此时，作为用于将Vrst (+)设定为高电压(+ 20V)用的电源，能够挪用用于向像素TFT40的栅极电极2e施加高电压(+20V)的电源。此外，在初期状态，Vdd设定为低电压(0V)。在开始离子浓度的测量前的时刻tl，首先，向复位配线2h施加低电压(一 10V)，天线41b的电压(node - Z (十)的电压)复位为一IOV。此时，作为用于在复位配线2h设定为低电压(-10V)的电源，能够挪用用于向像素TFT40的栅极电极2e施加低电压(一 10V)的电源。在node - Z (+)的电压被复位之后，复位配线2h保持在高阻抗状态。然后，开始离子导入，当正离子在天线41b被捕集时， 被复位为一 10V、即被充电为负的node — Z (+)电压被正尚子中和而上升(传感动作)。正离子的浓度越高，电压上升的速度越快。从导入离子起经过规定的时间后，在时刻t2，暂时向输入配线20施加高电压(+ 10V)。即，向输入配线20施加+ IOV的脉冲电压。同时，向上突/下突配线23b施加任意的正的脉冲电压(高电压)，通过电容43b使node — Z(+)的电压上突。此外，输出配线21b与定电流电路25b连接。因此，当向输入配线20施加+ IOV的脉冲电压时，在输入配线20和输出配线21b流动一定的电流。其中，根据传感器TFT30c的栅极的打开情况、即上突的node —Z (+)的电压的差，输出配线21b的电压Vout (+)发生变化。该电压Vout (+)通过ADC26被检测作为计算离子浓度用的数值。另外，不设置定电流电路25b，也能够测量根据node — Z (+)电压的差而变化的输出配线21b的电流Id (+)。向上突/下突配线23b施加的正的电压，设定在适合于高精度地检测正离子的栅极的电压区域。另外，在本实施方式中，Vdd的高电压不特别限定为+ 10V，可以设为与向复位配线2b和2h施加的高电压、即向像素TFT40的栅极电极2e施加的高电压相同，为+ 20V。由此，作为施加Vdd的高电压用的电源，能够挪用向像素TFT40的栅极电极2e施加高电压用的电源。以上，根据实施方式4，在两离子混合存在的检体中，使用正离子和负离子的检测结果，能够简便并且高精度地计算离子浓度。另外，其计算方法与在实施方式3中说明的相同。此外，根据实施方式4，能够同时测量两离子，因此与在测量任一离子之后测量另一离子的实施方式I相比，能够更高精度地测量两离子浓度。 而且，两个传感器TFT30和30c都为N沟道型，因此能够同时形成传感器TFT30和30c,与使用N沟道型的传感器TFT330和P沟道型的传感器TFT30b的实施方式2相比，能够削减制造成本。并且，在实施方式4中，不通过上突/下突配线调整node —Z (—)的电压，因此与通过上突/下突配线23调整node-Z (-)电压的实施方式3相比，能够抑制制造成本。另外，在实施方式4中，使用N沟道型传感器TFT30和传感器TFT30c，但也可以使用P沟道型TFT。在该情况下，可以不在正离子检测用传感器电路402设置上突/下突配线，而在负离子检测用传感器电路401设置上突/下突配线23。以下，表示实施方式I 4的变形例。在实施方式I 4中，使用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为有机EL显示器、等离子体显示器等FPD。在实施方式I 4中，使用表示Id与离子浓度的关系的检量线计算离子浓度，但也可以参照如图26所示的LUT (Look-Up-Table :查找表)计算离子浓度。图26为在Id(-)为15μΑ时被参照的LUT。如“当Id (-)为15μΑ，Id (+)为ΙΟμΑ时，离子比为1:1，负离子浓度为1000 X IO3个/cm3，正离子浓度为 1000 X IO3个/cm3”所示，LUT例如为包含Id (—)与Id (+)的各种组合、和与其相对应的离子比、负离子浓度和正离子浓度的解的组合的一览表，存储在存储器(未图示)中。另外，离子比可以不包括在LUT内。此外，在仅需要计算负或正离子的浓度的情况下，负或正离子的浓度也可以不包含于LUT内。此外，与使用检量线的情况相同，预先取得Id (—)和Id (+)的全部的组合的LUT是不现实的，因此对于各组合间的Id值，优选通过运算(插补法)求出。由此，能够实现存储器的削减和简单化。也可以不设置定电流电路。即，通过测量传感器TFT的源极和漏极之间的电流也能够计算离子浓度。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导电型可以相互不同。也可以代替a — Si层使用Uc — Si层、P — Si层、CG — Si层、氧化物+导体层。其中，yc — Si层与a — Si层同样对于光的敏感度高，因此，优选包含yc — Si层的TFT被遮光。另一方面，P — Si层、CG — Si层和氧化物半导体对于光的敏感度低，因此，包含P — Si层、CG — Si层或氧化物半导体层的TFT也可以不被遮光。在基板Ia上形成的TFT的种类并不限定于底栅型，也可以为顶栅型、平面型等。此夕卜，例如在传感器TFT为平面型的情况下，天线也可以在TFT的沟道区域上形成。即，也可以使传感器TFT的栅极电极露出，使栅极电极自身作为离子传感器天线发挥作用。另外，在离子传感器120形成的TFT种类与在显示部130形成的TFT的种类也可以彼此不同。此外，在实施方式I 4中，包含于在离子传感器120形成的TFT中的半导体的种类与在显示部130形成的TFT的半导体的种类也可以相互不同，但从制造工序简单化的观点出发，优选为相同。栅驱动器103、源驱动器104和驱动/读出电路105也可以形成为单片，并直接形成在基板Ia上。上述实施方式在不脱离本发明的趣旨的范围内，也可以适当地组合。另外，本申请以2010年6月3日提出申请的日本专利申请2010 — 128167号作为基础，主张基于巴黎公约和进入国的法规的优先权。该申请的全部内容被纳入本申请中作为参照。附图标记的说明la、Ib:绝缘性基板
2a :离子传感器天线电极2b、2h、2i :复位配线2c、2f、8、8b :电容电极2d、2e、2g :栅极电极3、52、57 :绝缘膜4a、4b、4c :氢化 a — Si 层
5a、5b、5c n + a — Si 层6a、6b、6c :源极电极7a、7b、7c :漏极电极9 :钝化膜10a、10b、IOc :接触孔lla、llb、llc :透明导电膜12a、12b、12c :第一遮光膜13 :滤光片20,27 :输入配线21、21b、21c :输出配线22、22b、22c :连接配线23、23b :上突/下突配线25、25b:定电流电路26、26b :模拟一数字转换电路(ADC)30、30b、30c :传感器 TFT31a,31b :偏光板32:液晶36 :液晶辅助电容(Cs)40 :像素 TFT41、41b、41c :离子传感器天线42 :空气离子导入/导出路径43、43b、43c :电容50 =TFT62、63、64:电源65、66、67、68、69 :开关101 :显示部驱动用TFT阵列103 :栅极驱动器(显示用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 LSI107、207、307、407 :离子传感器电路109:电源电路110:显示装置
120、125 :离子传感器130、135:显示部201,301,401 :负离子检测用传感器电路202、302、402 :正离子检测 用传感器电路
权利要求
1.一种离子传感器，其特征在于 所述离子传感器包括场效应晶体管， 所述离子传感器使用所述场效应晶体管检测负离子和正离子中的一个后，接着使用所述场效应晶体管检测负离子和正离子中的另一个。
2.如权利要求I所述的离子传感器，其特征在于 所述离子传感器使用负离子的检测结果和正离子的检测结果，计算负离子浓度和正离子浓度中的至少一个。
3.如权利要求2所述的离子传感器，其特征在于 所述负离子浓度和正离子浓度中的至少一个使用预先制成的检量线或查找表来决定。
4.如权利要求I 3中任一项所述的离子传感器，其特征在于 所述离子传感器还包括电容器， 所述电容器的一个端子与所述场效应晶体管的栅极电极连接，所述电容器的另一个端子被施加电压。
5.如权利要求4所述的离子传感器，其特征在于 所述电压是可变的。
6.如权利要求I 5中任一项所述的离子传感器，其特征在于 所述场效应晶体管包括非晶硅或微晶硅。
7.—种显示装置，其特征在于 所述显示装置包括权利要求I 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和所述场效应晶体管形成于所述基板的同一主面上。
8.一种离子传感器，其特征在于 所述离子传感器包括第一场效应晶体管和第二场效应晶体管， 所述离子传感器使用所述第一场效应晶体管检测负离子，使用所述第二场效应晶体管检测正离子。
9.如权利要求8所述的离子传感器，其特征在于 所述离子传感器在使用所述第一场效应晶体管检测负离子的同时，使用所述第二场效应晶体管检测正离子。
10.一种显示装置，其特征在于 所述显示装置包括权利要求8或9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、所述第一场效应晶体管和所述第二场效应晶体管，在所述基板的同一主面上形成。
11.一种离子传感器的驱动方法，其特征在于 其是包括场效应晶体管的离子传感器的驱动方法， 在所述驱动方法中，使用所述场效应晶体管检测负离子和正离子中的一个后，接着使用所述场效应晶体管检测负离子和正离子中的另一个。
12.—种离子传感器的驱动方法，其特征在于 其是包括第一场效应晶体管和第二场效应晶体管的离子传感器的驱动方法， 在所述驱动方法中，使用所述第一场效应晶体管检测负离子，使用所述第二场效应晶体管检测正离子。
13.—种离子浓度的计算方法，其特征在于 其是使用了包括场效应晶体管的离子传感器的离子浓度的计算方法， 所述计算方法包括 使用所述场效应晶体管检测负离子和正离子中的一个的第一步骤；和 在所述第一步骤后，接着使用所述场效应晶体管检测负离子和正离子中的另一个的第二步骤。
14.一种离子浓度的计算方法，其特征在于 其是使用了包括第一场效应晶体管和第二场效应晶体管的离子传感器的离子浓度的计算方法， 所述计算方法包括 使用所述第一场效应晶体管检测负离子的第一步骤；和 使用所述第二场效应晶体管检测正离子的第二步骤。
15.一种离子浓度的计算方法，其特征在于 其是使用了包括至少一个场效应晶体管的离子传感器的离子浓度的计算方法， 所述计算方法包括使用通过所述至少一个场效应晶体管得到的负离子的检测结果和正离子的检测结果来决定负离子浓度和正离子浓度中的至少一个的步骤。
全文摘要
本发明提供能够在两离子混合存在的检体中高精度地测量离子浓度的离子传感器、显示装置、离子传感器的驱动方法和离子浓度的计算方法。本发明为包括场效应晶体管的离子传感器，上述离子传感器使用上述场效应晶体管检测负离子和正离子中的一个后，接着使用上述场效应晶体管检测负离子和正离子中的另一个。
文档编号G01N27/00GK102933960SQ20118002741
公开日2013年2月13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