JP5426766B2 - イオンセンサ、表示装置、イオンセンサの駆動方法、及び、イオン濃度の算出方法 - Google Patents

Description

本発明は、イオンセンサ、表示装置、イオンセンサの駆動方法、及び、イオン濃度の算出方法に関する。より詳しくは、電界効果トランジスタ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、以下、「ＦＥＴ」とも言う。）を含むイオンセンサに好適なイオンセンサと、該イオンセンサを備える表示装置と、該イオンセンサの駆動方法と、該イオンセンサを用いたイオン濃度の算出方法とに関するものである。

近年、空気中に発生させたプラスイオン及びマイナスイオン（以下、「両イオン」又は単に「イオン」とも言う。）によって空気中に浮遊する細菌を殺菌して、空気を清浄にする作用が見出され、この技術を応用した空気清浄機等のイオン発生装置が、快適性と健康志向の時代にもマッチして大きな注目を集めている。

ところが、イオンは目に見えないので、直接見て確認することはできない。その一方、空気清浄機等の使用者にしてみれば、イオンが正常に発生しているかどうかや、所望の濃度のイオンが実際に発生しているかどうかを知りたいと思うのが自然である。

この点に関して、ＦＥＴを含むイオンセンサを備え、該イオンセンサで計測したイオン濃度を表示する表示部を備えた空気調和機（例えば、特許文献１参照。）、電界効果型バイオセンサ（例えば、特許文献２参照。）、電界効果トランジスタ型イオンセンサ（例えば、特許文献３参照。）等が開示されている。

ＦＥＴは、半導体集積回路製造工程により製造されることから、ＦＥＴを含むイオンセンサは、小型化、規格化が容易でかつ量産化も容易である。

また、イオン発生部から発生した正イオン及び負イオンを定量するイオンセンサ部と、定量されたイオン量を表示する表示部とを備えたイオン発生素子が知られている（例えば、特許文献４参照。）。更に、大気中のイオン濃度を計測するイオンセンサと、家電製品が現在どのような状態にあるのかを表示する表示部とを備えたイオンセンサ内蔵家電製品用リモコンが知られている（例えば、特許文献５参照。）。

特開平１０−３３２１６４号公報 特開２００２−２９６２２９号公報 特開２００８−２１５９７４号公報 特開２００３−３３６８７２号公報 特開２００４−１５６８５５号公報

本発明者らは、耐圧の低い薄膜デバイスを含むイオンセンサを用いて、両イオンが混在する検体に対して片方のイオンを測定し続けた場合、精度良く片方のイオンの濃度を測定できないことがあることを見出した。

例えば、両イオンが混在する検体では、ＦＥＴを含むイオンセンサを用いてマイナスイオンのみを測定し続けた場合、プラスイオンによって阻害され、精度良くマイナスイオン濃度が測定できないことがあった。ここで、図２２及び図２３を用いて、その現象及び原因について説明する。

まず、本発明者らが用いたＦＥＴを含むイオンセンサの構成について説明する。図２２は、ＦＥＴとして、Ｎチャネル型の薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、以下「ＴＦＴ」とも言う。）を有するイオンセンサを示す等価回路である。ＴＦＴ５０のドレイン電極には、入力配線２７が接続される。入力配線２７には、Ｈｉｇｈ電圧（＋１０Ｖ）又はＬｏｗ電圧（０Ｖ）が印加され、入力配線２７の電圧をＶｄｄとする。ソース電極には、出力配線２１ｃが接続される。出力配線２１ｃの電圧をＶｏｕｔとする。また、ＴＦＴ５０のゲート電極には、接続配線２２ｃを介してイオンセンサアンテナ４１ｃが接続される。更に、接続配線２２ｃには、リセット配線２ｉが接続される。配線２２ｃ、２ｉ同士の交点（ノード）をｎｏｄｅ−Ｚとする。リセット配線２ｉは、ｎｏｄｅ−Ｚ、すなわちＴＦＴ５０のゲートとアンテナ４１ｃとの電圧をリセットするための配線である。リセット配線２ｉには、Ｈｉｇｈ電圧（＋２０Ｖ）又はＬｏｗ電圧（−１０Ｖ）が印加され、リセット配線２ｉの電圧をＶｒｓｔとする。更に、接続配線２ｉには、保持容量４３ｃを介してアース（ＧＮＤ）が接続される。

次に、上記イオンセンサの動作機構について説明する。初期状態において、Ｖｒｓｔは、Ｌｏｗ電圧（−１０Ｖ）に設定され、Ｖｄｄは、Ｌｏｗ電圧（０Ｖ）に設定されている。マイナスイオン濃度の測定が開始される前に、まず、リセット配線２ｉにＨｉｇｈ電圧（＋２０Ｖ）が印加され、アンテナ４１ｃの電圧（ｎｏｄｅ−Ｚの電圧）が＋２０Ｖにリセットされる。ｎｏｄｅ−Ｚの電圧がリセットされた後、リセット配線２ｉは、ハイインピーダンス状態に保たれる。そして、イオンの導入が開始され、アンテナ４１ｃにマイナスイオンが捕集されると、＋２０Ｖにリセットされた、すなわち、プラスにチャージされたｎｏｄｅ−Ｚの電圧は、マイナスイオンによって中和され低下する（センシング動作）。マイナスイオン濃度が高いほど、電圧が低下するスピードは速くなる。イオンを導入してから所定の時間が経過した後、入力配線２７にＨｉｇｈ電圧（＋１０Ｖ）を一時的に印加する。すなわち、入力配線２７に＋１０Ｖのパルス電圧を印加する。入力配線２７に＋１０Ｖのパルス電圧を印加すると、センサＴＦＴ５０のゲートの開き具合、すなわち、ｎｏｄｅ−Ｚの電圧の差に応じて、出力配線２１ｃの電流Ｉｄは変化することとなる。この出力配線２１ｃの電流Ｉｄに基づいてマイナスイオン濃度を算出する。

次に、測定結果を示す。図２３は、図２２に示したイオンセンサで両イオンの混成比が異なる検体のマイナスイオン濃度を測定した結果を示すグラフである。
検体として、両イオンを含まないドライエアー（ＤＡ）と、１４００×１０^３個／ｃｍ^３のマイナスイオン及び２０００×１０^３個／ｃｍ^３のプラスイオンを含むエアーと、１４００×１０^３個／ｃｍ^３のマイナスイオン及び１３００×１０^３個／ｃｍ^３のプラスイオンを含むエアーと、１４００×１０^３個／ｃｍ^３のマイナスイオン及び８００×１０^３個／ｃｍ^３のプラスイオンを含むエアーと、１４００×１０^３個／ｃｍ^３のマイナスイオン及び６００×１０^３個／ｃｍ^３のプラスイオンを含むエアーとの５種の気体を測定した。

その結果、図２３に示されるように、センサ出力（感度曲線）は、両イオンの総量と、両イオンのバランス（存在比）とに依存して、大きく変化することがわかった。ＤＡを除く４種の検体のマイナスイオン濃度は、いずれも１４００×１０^３個／ｃｍ^３であるにもかかわらず、時間ｔにおけるＩｄは、４種の検体で異なる値となった。そして、プラスイオン量が多い検体ほど、Ｉｄの低下が抑えられた。これは、プラスイオン量が多い程、イオンセンサアンテナ４１ｃへのマイナスイオンの吸着がプラスイオンによって阻害されたためと考えられる。

このように、イオンセンサアンテナと測定対象のイオンとの反応が、測定対象のイオンと逆極性を有するイオンによって阻害されるため、両イオンが存在する検体、特に、測定対象のイオンと逆極性を有するイオンが相対的に多く存在する検体において、測定対象のイオンの濃度を高精度に測定できなくなる。

逆極性を有するイオンによる阻害を防止するために、イオンセンサアンテナに高電圧（例えば、１０００Ｖを超える電圧）を印加することが考えられる。しかし、ＦＥＴやＴＦＴをはじめとする薄膜デバイスは、耐圧が数１０Ｖと低く、一般的なＦＥＴを有するイオンセンサにおいて、逆極性を有するイオンによる阻害を防止できるほどの高電圧をイオンセンサアンテナに印加することはできない。

本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、両イオンが混在する検体において、イオン濃度を高精度に測定することが可能なイオンセンサ、表示装置、イオンセンサの駆動方法、及び、イオン濃度の算出方法を提供することを目的とするものである。

本発明者らは、プラスイオン及びマイナスイオンが混在する検体に対して、イオン濃度を高精度に測定することが可能なイオンセンサについて種々検討したところ、両イオンの濃度比と、プラスイオン又はマイナスイオンを検出したときのセンサ出力との間に相関関係があり、プラスイオンを検出したときのセンサ出力とマイナスイオンを検出したときのセンサ出力とからプラス及び／又はマイナスイオンの濃度を高精度に算出できることを見出した。また、ＦＥＴを用いてマイナスイオン及びプラスイオンの一方を検出した後、続けて、該ＦＥＴを用いてマイナスイオン及びプラスイオンの他方を検出するか、又は、第一のＦＥＴを用いてマイナスイオンを検出し、第二のＦＥＴを用いてプラスイオンを検出することにより、上述のように、プラスイオンの検出結果とマイナスイオンの検出結果とを得ることができ、その結果、イオン濃度を高精度に測定できることを見出し、上記課題をみごとに解決することができることに想到し、本発明に到達したものである。

すなわち、本発明の一側面は、電界効果トランジスタを含むイオンセンサであって、前記イオンセンサは、前記電界効果トランジスタを用いてマイナスイオン及びプラスイオンの一方を検出した後、続けて、前記電界効果トランジスタを用いてマイナスイオン及びプラスイオンの他方を検出するイオンセンサ（以下、「第１の本発明」とも言う。）である。

第１の本発明の構成としては、このような構成要素を必須として形成されるものである限り、その他の構成要素により特に限定されるものではない。

本発明はまた、第一電界効果トランジスタ及び第二電界効果トランジスタを含むイオンセンサであって、前記イオンセンサは、前記第一電界効果トランジスタを用いてマイナスイオンを検出し、前記第二電界効果トランジスタを用いてプラスイオンを検出するイオンセンサ（以下、「第２の本発明」とも言う。）という側面も有する。

第２の本発明の構成としては、このような構成要素を必須として形成されるものである限り、その他の構成要素により特に限定されるものではない。

本発明はまた、電界効果トランジスタを含むイオンセンサの駆動方法であって、前記駆動方法は、前記電界効果トランジスタを用いてマイナスイオン及びプラスイオンの一方を検出した後、続けて、前記電界効果トランジスタを用いてマイナスイオン及びプラスイオンの他方を検出するイオンセンサの駆動方法（以下、「第３の本発明」とも言う。）という側面も有する。

第３の本発明の構成としては、このような構成要素を必須として形成されるものである限り、その他の構成要素により特に限定されるものではない。

本発明はまた、第一電界効果トランジスタ及び第二電界効果トランジスタを含むイオンセンサの駆動方法であって、前記駆動方法は、前記第一電界効果トランジスタを用いてマイナスイオンを検出し、前記第二電界効果トランジスタを用いてプラスイオンを検出するイオンセンサの駆動方法（以下、「第４の本発明」とも言う。）という側面も有する。

第４の本発明の構成としては、このような構成要素を必須として形成されるものである限り、その他の構成要素により特に限定されるものではない。

本発明はまた、電界効果トランジスタを含むイオンセンサを用いたイオン濃度の算出方法であって、前記算出方法は、前記電界効果トランジスタを用いてマイナスイオン及びプラスイオンの一方を検出する第一ステップと、前記第一ステップの後、続けて、前記電界効果トランジスタを用いてマイナスイオン及びプラスイオンの他方を検出する第二ステップとを含むイオン濃度の算出方法（以下、「第５の本発明」とも言う。）という側面も有する。

第５の本発明の構成としては、このような構成要素及びステップを必須として形成されるものである限り、その他の構成要素及びステップにより特に限定されるものではない。

本発明は更に、第一電界効果トランジスタ及び第二電界効果トランジスタを含むイオンセンサを用いたイオン濃度の算出方法であって、前記算出方法は、前記第一電界効果トランジスタを用いてマイナスイオンを検出する第一ステップと、前記第二電界効果トランジスタを用いてプラスイオンを検出する第二ステップとを含むイオン濃度の算出方法（以下、「第６の本発明」とも言う。）という側面も有する。

第６の本発明の構成としては、このような構成要素及びステップを必須として形成されるものである限り、その他の構成要素及びステップにより特に限定されるものではない。

本発明はそして、少なくとも一つの電界効果トランジスタを含むイオンセンサを用いたイオン濃度の算出方法であって、前記算出方法は、前記少なくとも一つの電界効果トランジスタによって得られたマイナスイオンの検出結果及びプラスイオンの検出結果を用いて、マイナスイオン濃度及びプラスイオン濃度の少なくとも一方を決定するステップを含むイオン濃度の算出方法（以下、「第７の本発明」とも言う。）という側面も有する。

第７の本発明の構成としては、このような構成要素及びステップを必須として形成されるものである限り、その他の構成要素及びステップにより特に限定されるものではない。

また、第１、第３及び第５の本発明によれば、一つのＦＥＴのみを含む単一のイオンセンサ回路を用いてイオン濃度を測定することができるので、第２、第４及び第６の本発明に比べて、イオンセンサの小型化が可能である。

また、第２、第４及び第６の本発明によれば、それぞれのＦＥＴの測定対象となるイオンの種類を考慮して、第一ＦＥＴを含むマイナスイオン検知用センサ回路と、第二ＦＥＴを含むプラスイオン検知用センサ回路とを適宜設計することができる。また、後述するように、マイナスイオン及びプラスイオンを同じタイミングで検出することができる。したがって、第２、第４及び第６の本発明によれば、第１、第３及び第５の本発明に比べて、より高精度にイオン濃度を測定することができる。
以下、本発明について詳述する。

第１〜第７の本発明において、前記イオンセンサは、少なくとも一つのＦＥＴを含み、感知するイオンの濃度に応じて該ＦＥＴのチャネルの電気抵抗が変化し、この変化を該ＦＥＴのソース及びドレイン間の電流又は電圧変化として検出する。

第１〜第７の本発明において、各ＦＥＴの種類は特に限定されるものではないが、ＴＦＴ及びＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ＦＥＴ）が好ましい。ＴＦＴは、アクティブマトリクス駆動方式の液晶表示装置や有機ＥＬ（Ｏｒｇａｎｉｃ Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）表示装置に好適に用いられる。ＭＯＳＦＥＴは、ＬＳＩやＩＣ等の半導体チップに好適に用いられる。

なお、第２、第４及び第６の本発明において、第一ＦＥＴ及び第二ＦＥＴの種類は互いに同じでもよいし、異なっていてもよい。また、第７の本発明において、前記イオンセンサが複数のＦＥＴを含む場合、各ＦＥＴの種類は互いに同じでもよいし、異なっていてもよい。

なお、ＴＦＴの半導体材料は特に限定されず、例えば、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）、ポリシリコン（ｐ−Ｓｉ）、微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ）、連続粒界結晶シリコン（ＣＧ−Ｓｉ）、酸化物半導体等が挙げられる。また、ＭＯＳＦＥＴの半導体材料は特に限定されず、例えば、シリコンが挙げられる。
第１〜第７の本発明における好ましい形態について以下に詳しく説明する。

第１及び第２の本発明において、前記イオンセンサは、マイナスイオンの検出結果及びプラスイオンの検出結果を用いて、マイナスイオン濃度及びプラスイオン濃度の少なくとも一方を算出することが好ましい。これにより、測定対象のイオンと逆極性を有するイオンによる阻害があっても、測定対象のイオン濃度を高精度に算出することが可能となる。

同様の観点からは、第３及び第４の本発明は、マイナスイオンの検出結果及びプラスイオンの検出結果を用いて、マイナスイオン濃度及びプラスイオン濃度の少なくとも一方を算出することが好ましく、第５及び第６の本発明は、マイナスイオンの検出結果及びプラスイオンの検出結果を用いて、マイナスイオン濃度及びプラスイオン濃度の少なくとも一方を算出する第三ステップを含むことが好ましい。

なお、第１〜第７の本発明において、測定対象のイオンは特に限定されず、用途によって適宜設定すればよい。すなわち、プラス又はマイナスイオンのみの濃度を測定してもよいし、両イオンの濃度を測定してもよい。

第１〜第７の本発明において、前記マイナスイオン濃度及びプラスイオン濃度の少なくとも一方は、予め作成された検量線又はルックアップテーブル（ＬＵＴ：Ｌｏｏｋ Ｕｐ Ｔａｂｌｅ）を用いて決定されることが好ましい。これにより、両イオンの測定結果から、両イオン濃度を簡便に算出することが可能となる。

第１、第３及び第５の本発明において、前記イオンセンサは、キャパシタを更に含み、前記キャパシタの一方の端子は、前記電界効果トランジスタのゲート電極に接続され、前記キャパシタの他方の端子には、電圧が印加されることが好ましい。これにより、ＦＥＴのソース及びドレイン間の電流又は電圧値を測定する時、ＦＥＴの導電型がＮチャネル型の場合はＦＥＴのゲートの電位をプラスに突上げ、ＦＥＴの導電型がＰチャネル型の場合はＦＥＴのゲートの電位をマイナスに突下げることができる。そのため、Ｎチャネル型又はＰチャネル型において、高精度にイオンを検知するのに適した電圧領域にゲートの電位をシフトすることができる。その結果、Ｎチャネル型又はＰチャネル型のいずれかの導電型のＦＥＴのみを用いて、プラスイオン及びマイナスイオンの両方を高精度に検出することが可能となる。また、Ｎチャネル型又はＰチャネル型のいずれかの導電型のＦＥＴを形成するだけでよいので、製造コストを削減することができる。

前記キャパシタの種類は特に限定されるものではないが、単板型の構造を有するキャパシタであることが好ましい。該キャパシタは、ＦＥＴの電極や配線と同時に形成されることが可能であり、低コスト化が可能である。

第１、第３及び第５の本発明において、前記キャパシタの他方の端子に印加される電圧は、可変であることが好ましい。これにより、突上げ又は突下げ量を適宜調整することができるので、ゲートの電位を最適な電圧領域に容易に移動させることができる。

第１〜第７の本発明において、各ＦＥＴは、アモルファスシリコン又は微結晶シリコンを含むことが好ましい。比較的安価なａ−Ｓｉ又はμｃ−Ｓｉを用いることで、低コストでありながら高精度に両イオンを検出することが可能なイオンセンサを提供することが可能となる。

第２、第４及び第６の本発明において、許容できる精度のイオン濃度が測定できる範囲であれば、マイナスイオンの検出のタイミングと、プラスイオンの検出のタイミングとは、互いにずれていてもよい。しかしながら、イオン濃度をより高精度に測定する観点からは、第２の本発明において、前記イオンセンサは、前記第一電界効果トランジスタを用いてマイナスイオンを検出するのと同時に、前記第二電界効果トランジスタを用いてプラスイオンを検出することが好ましい。同様の観点からは、第４の本発明は、前記第一電界効果トランジスタを用いてマイナスイオンを検出するのと同時に、前記第二電界効果トランジスタを用いてプラスイオンを検出することが好ましく、第６の本発明において、前記第一ステップ及び第二ステップは、同時に行われるが好ましい。

なお、同時とは、所望の精度のイオン濃度が測定できる範囲であれば、必ずしも厳密に同じである必要はなく、実質的に同時であってもよい。

第１、第３及び第５の本発明において、前記イオンセンサは、イオンセンサアンテナ（以下、単に「アンテナ」とも言う。）を更に含み、前記イオンセンサアンテナは、前記電界効果トランジスタのゲート電極に接続されることが好ましい。アンテナは、空気中のイオンを感知（捕集）する導電部材である。したがって、上記形態によれば、イオンセンサを効果的に機能させることができる。より詳細には、アンテナにイオンが到来するとそのイオンによってアンテナの表面が帯電し、そして、アンテナに接続されたＦＥＴのゲート電極の電位が変化し、その結果、ＦＥＴのチャネルの電気抵抗が変化する。

同様の観点からは、第２、第４及び第６の本発明において、前記イオンセンサは、第一イオンセンサアンテナ及び第二イオンセンサアンテナを更に含み、前記第一イオンセンサアンテナは、前記第一電界効果トランジスタのゲート電極に接続され、前記第二イオンセンサアンテナは、前記第二電界効果トランジスタのゲート電極に接続されることが好ましい。また、第７の本発明において、前記イオンセンサは、少なくとも一つのイオンセンサアンテナを更に含み、各イオンセンサアンテナは、前記少なくとも一つの電界効果トランジスタのゲート電極に接続されることが好ましい。

第１、第３及び第５の本発明において、前記イオンセンサアンテナの表面は、透明導電膜によって覆われることが好ましい。これにより、アンテナが外部環境に曝露され、腐食するのを防ぐことができる。

同様の観点からは、第２、第４及び第６の本発明において、前記第一イオンセンサアンテナの表面は、第一透明導電膜によって覆われ、前記第二イオンセンサアンテナの表面は、第二透明導電膜によって覆われることが好ましい。また、第７の本発明において、各イオンセンサアンテナは、透明導電膜によって覆われることが好ましい。

第１、第３及び第５の本発明において、前記第一ＦＥＴは、光により特性が変化する半導体を含み、前記半導体は、遮光膜によって遮光されることが好ましい。光により特性が変化する半導体としては、例えば、ａ−Ｓｉやμｃ−Ｓｉ等が挙げられる。したがって、これらの半導体をイオンセンサに用いるためには、遮光して特性が変化しないようにすることが好ましい。そのため、光により特性が変化する半導体を遮光することにより、光により特性が変化する半導体をイオンセンサにおいて好適に用いることが可能となる。

同様の観点からは、第２、第４及び第６の本発明において、前記第一ＦＥＴは、光により特性が変化する第一半導体を含み、前記第一半導体は、第一遮光膜によって遮光され、前記第二ＦＥＴは、光により特性が変化する第二半導体を含み、前記第二半導体は、第二遮光膜によって遮光されることが好ましい。また、第７の本発明において、前記少なくとも一つの電界効果トランジスタは、光により特性が変化する半導体を含み、前記半導体は、遮光膜によって遮光されることが好ましい。

第１、第３及び第５の本発明において、前記イオンセンサアンテナは、前記ＦＥＴのチャネル領域と重ならなくてもよいし、重なってもよい。アンテナは、通常、光により特性が変化する半導体を含まないため、遮光される必要はない。すなわち、例えＦＥＴを遮光する必要が生じたとしても、アンテナの周辺に遮光膜が配されている必要はない。したがって、前者の形態のように、アンテナをチャネル領域外に設ければ、ＦＥＴの配置場所の制約を受けることなく、アンテナの配置場所を自由に決定することができる。そのため、イオンをより効果的に検出できる場所、例えば、大気をアンテナに導くための流路やファンの近くの場所等にアンテナを容易に形成することが可能となる。他方、後者の形態のように、アンテナをチャネル領域内に設ければ、ＦＥＴのゲート電極そのものをアンテナとして機能させることができる。したがって、イオンセンサ素子をより小型化することが可能となる。

同様の観点からは、第２、第４及び第６の本発明において、前記第一イオンセンサアンテナは、前記第一ＦＥＴのチャネル領域上に設けられてもよいし、設けられなくてもよく、前記第二イオンセンサアンテナは、前記第二ＦＥＴのチャネル領域上に設けられてもよいし、設けられなくてもよい。また、第７の本発明において、前記少なくとも一つのイオンセンサアンテナは、前記少なくとも一つのＦＥＴのチャネル領域上に設けられてもよいし、設けられなくてもよい。

本発明はまた、第１の本発明と、表示部駆動回路を含む表示部とを備えた表示装置であって、前記表示装置は、基板を有し、前記電界効果トランジスタと、前記表示部駆動回路の少なくとも一部とは、前記基板の同一主面上に形成される表示装置（以下、「第８の本発明」とも言う。）という側面も有する。

第８の本発明の構成としては、このような構成要素を必須として形成されるものである限り、その他の構成要素により特に限定されるものではない。

本発明は更に、第２の本発明と、表示部駆動回路を含む表示部とを備えた表示装置であって、前記表示装置は、基板を有し、前記第一電界効果トランジスタと、前記第二電界効果トランジスタと、前記表示部駆動回路の少なくとも一部とは、前記基板の同一主面上に形成される表示装置（以下、「第９の本発明」とも言う。）という側面も有する。

第９の本発明の構成としては、このような構成要素を必須として形成されるものである限り、その他の構成要素により特に限定されるものではない。

第８及び第９の本発明によれば、イオンセンサを基板の額縁領域等の空いたスペースに設けることができ、また、表示部駆動回路を形成する工程を援用してイオンセンサを形成できる。その結果、本発明のイオンセンサ及び表示部を備えた、低コストでかつ小型化が可能な表示装置を提供することが可能となる。

第８及び第９の本発明の種類は特に限定されないが、好適には、フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）が挙げられる。ＦＰＤとしては、例えば、液晶表示装置、有機ＥＬディスプレイ、プラズマディスプレイ等が挙げられる。

前記表示部は、表示機能を発揮させるための要素を含むものであり、表示部駆動回路の他に、例えば、表示素子、光学フィルム等を含む。前記表示部駆動回路は、表示素子を駆動するための回路であり、例えば、ＴＦＴアレイ、ゲートドライバ、ソースドライバ等の回路を含む。なかでも、前記表示部駆動回路の少なくとも一部は、ＴＦＴアレイであることが好ましい。

なお、表示素子とは、発光機能又は調光機能（光のシャッター機能）を有する素子であり、表示装置の画素又はサブ画素毎に設けられる。

例えば、液晶表示装置は、通常、対向する一対の基板と、両基板の間に調光機能を有する表示素子とを備える。より具体的には、液晶表示装置の表示素子は、通常、一対の電極と、両基板の間に狭持された液晶とを含む。

また、有機ＥＬディスプレイは、通常、発光機能を有する表示素子を基板上に備える。より具体的には、有機ＥＬディスプレイの表示素子は、通常、陽極、有機発光層及び陰極が積層された構造を含む。

また、プラズマディスプレイは、通常、対向する一対の基板と、両基板の間に発光機能を有する表示素子とを備える。より具体的には、プラズマディスプレイの発光素子は、通常、一対の電極と、一方の基板に形成された蛍光体と、両基板の間に封入された希ガスとを含む。
第８及び第９の本発明における好ましい形態について以下に詳しく説明する。

第８の本発明において、前記ＦＥＴは、第一ＦＥＴであり、前記表示部駆動回路は、第二ＦＥＴを含み、前記第一ＦＥＴ及び前記第二ＦＥＴは、前記基板の同一主面上に形成されることが好ましい。これにより、第一及び第二ＦＥＴを形成するための材料や工程の少なくとも一部を同じくすることが可能となり、第一及び第二ＦＥＴの形成に必要なコストを削減することが可能となる。

また、従来のイオンセンサと表示部とを備えた装置においては、イオンセンサは平行平板型の電極を利用したものが一般的であった。例えば、特許文献４に記載のイオンセンサは、対向する平板型の加速電極及び捕集電極を備えている。このような平行平板型のイオンセンサは、製造上の加工精度の限界から、μｍオーダーでの加工は困難であるため、小型化が困難である。特許文献５に記載のイオンセンサ内蔵家電製品用リモコンにおいても、イオンセンサには、一組のイオン加速電極とイオン捕集電極からなる並行平板電極が用いられており、やはり小型化が困難である。一方、上記形態のように、イオンセンサ素子として、ＦＥＴ及びアンテナを利用することにより、フォトリソ法によってイオンセンサ素子の製造が可能となるため、μｍオーダーでの加工が可能となり、平行平板型のイオンセンサよりも小型化することが可能である。また、液晶表示パネルにおいては電極間ギャップ（ＴＦＴアレイ基板と対向基板とのギャップ）は一般的には３〜５μｍ程度であり、ＴＦＴアレイ基板及び対向基板にそれぞれ電極を設け、平行平板型のイオンセンサを形成しても、ギャップにイオンを導入することが困難と考えられる。一方、上記形態のように、ＦＥＴ及びアンテナを利用するイオンセンサ素子は、対向基板を必要としないため、イオンセンサを備えた表示装置を小型化することが可能である。

同様の観点からは、第９の本発明において、前記表示部駆動回路は、第三ＦＥＴを含み、前記第一ＦＥＴ、前記第二ＦＥＴ及び前記第三ＦＥＴは、前記基板の同一主面上に形成されることが好ましい。

なお、イオンセンサ素子とは、空気中のイオン濃度を電気的な物理量に変換するための必要最低限の素子である。

第８の本発明における第二ＦＥＴと、第９の本発明における第三ＦＥＴとの種類はそれぞれ特に限定されるものではないが、ＴＦＴであることが好ましい。ＴＦＴは、アクティブマトリクス駆動方式の液晶表示装置や有機ＥＬ表示装置に好適に用いられる。

なお、第８の本発明における第二ＦＥＴと、第９の本発明における第三ＦＥＴとをＴＦＴとした場合の半導体材料は特に限定されず、例えば、ａ−Ｓｉ、ｐ−Ｓｉ、μｃ−Ｓｉ、ＣＧ−Ｓｉ、酸化物半導体等が挙げられるが、なかでも、ａ−Ｓｉ及びμｃ−Ｓｉが好適である。

第８の本発明において、前記イオンセンサアンテナは、第一透明導電膜を含む表面（露出部）を有し、前記表示部は、第二透明導電膜を有することが好ましい。換言すれば、前記イオンセンサアンテナの表面は、第一透明導電膜によって覆われ、前記表示部は、第二透明導電膜を有することが好ましい。透明導電膜は、導電性と光学的な透明性とを合わせ持つことから、上記形態により、第二透明導電膜を表示部の透明電極として好適に用いることができる。また、第一透明導電膜及び第二透明導電膜を形成するための材料や工程の少なくとも一部を互いに同じくすることが可能となるので、第一透明導電膜を低コストで形成することが可能となる。また、アンテナが外部環境に曝露され、腐食するのを防ぐことができる。

前記第一透明導電膜及び第二透明導電膜は、同一の材料を含むことが好ましく、同一の材料のみからなることがより好ましい。これにより、第一透明導電膜をより低コストで形成することが可能となる。

同様の観点からは、第９の本発明において、前記第一イオンセンサアンテナは、第一透明導電膜を含む表面（露出部）を有し、前記第二イオンセンサアンテナは、第二透明導電膜を含む表面（露出部）を有し、前記表示部は、第三透明導電膜を有することが好ましい。換言すれば、前記第一イオンセンサアンテナの表面は、第一透明導電膜によって覆われ、前記第二イオンセンサアンテナの表面は、第二透明導電膜によって覆われ、前記表示部は、第三透明導電膜を有することが好ましい。

前記第一、第二及び第三透明導電膜の材質としては、特に限定されるものではないが、例えば、インジウム酸化スズ（ＩＴＯ：Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ：Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、フッ素ドープ酸化スズ（ＦＴＯ：Ｆｌｕｏｒｉｎｅ−ｄｏｐｅｄ ＴｉｎＯｘｉｄｅ）等が好適に用いられる。

第８の本発明において、前記第一ＦＥＴは、光により特性が変化する半導体を含み、前記半導体は、第一遮光膜によって遮光され、前記表示部は、第二遮光膜を有することが好ましい。これにより、本発明の表示装置として例えば液晶表示装置や有機ＥＬディスプレイを適用した場合、混色を抑制することを目的として、表示部の各画素又はサブ画素の境界に第二遮光膜を設けることができる。また、第一遮光膜及び第二遮光膜を形成するための材料や工程の少なくとも一部を互いに同じくすることが可能となり、第一遮光膜を低コストで形成することが可能となる。また、光により特性が変化する半導体を表示部だけでなくイオンセンサにおいても好適に用いることが可能となる。

前記第一遮光膜及び第二遮光膜は、同一の材料を含むことが好ましく、同一の材料のみからなることがより好ましい。これにより、第一遮光膜をより低コストで形成することが可能となる。

前記第一遮光膜は、前記第一ＦＥＴを表示装置外部の光（外光）及び／又は表示装置内部の光から遮光するものである。表示装置内部の光としては、例えば、表示装置内部で生じた反射光等が挙げられる。また、表示装置が有機ＥＬやプラズマディスプレイ等、自発光型であるときは、それらの表示装置が備える発光素子からの光が挙げられる。一方、非自発光型である液晶表示装置のときは、バックライトの光が挙げられる。表示装置内部で生じた反射光等は、数１０Ｌｘ程度であり、第一ＦＥＴに与える影響は比較的小さい。一方、外光としては、太陽光、室内照明（例えば蛍光灯）等が挙げられる。太陽光は、３０００〜１０００００Ｌｘであり、実使用時（暗室での使用は除く。）の室内の蛍光灯は、１００〜３０００Ｌｘであり、いずれも第一ＦＥＴに与える影響は大きい。したがって、前記第一遮光膜は、好適には前記第一ＦＥＴを少なくとも外光から遮断するものであり、より好適には外光と表示装置内部の光との両方を遮断するものである。

同様の観点からは、第９の本発明において、前記第一ＦＥＴは、光により特性が変化する第一半導体を含み、前記第一半導体は、第一遮光膜によって遮光され、前記第二ＦＥＴは、光により特性が変化する第二半導体を含み、前記第二半導体は、第二遮光膜によって遮光され、前記表示部は、第三遮光膜を有することが好ましい。また、前記第一遮光膜は、好適には前記第一ＦＥＴを少なくとも外光から遮断するものであり、より好適には外光と表示装置内部の光との両方を遮断するものであり、前記第二遮光膜は、好適には前記第二ＦＥＴを少なくとも外光から遮断するものであり、より好適には外光と表示装置内部の光との両方を遮断するものである。

第８及び第９の本発明において、前記イオンセンサの少なくとも一部と、前記表示部駆動回路の少なくとも一部とは、共通の電源に接続されることが好ましい。共通の電源を用いることで、イオンセンサと表示部とが、別々の電源を有しているものよりも、電源を形成するためのコスト、及び、電源を配置するためのスペースを削減することができる。より具体的には、第８の本発明において、少なくとも、ＦＥＴのソース又はドレインと、ＴＦＴアレイのＴＦＴのゲートとが共通の電源に接続されることが好ましい。第９の本発明において、第一ＦＥＴのソース又はドレインと、第二ＦＥＴのソース又はドレインと、ＴＦＴアレイのＴＦＴのゲートとが共通の電源に接続されることが好ましい。

第８及び第９の本発明に係る製品は、特に限定されないが、好適には、テレビ、パーソナルコンピュータ用ディスプレイ等の据え置き型ディスプレイが挙げられる。これにより、据え置き型ディスプレイが置かれた室内環境におけるイオン濃度を該ディスプレイに表示させることが可能となる。また、携帯電話機、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔｓ）等の携帯機器も好適な例として挙げられる。これにより、様々な場所のイオン濃度を手軽に計測することが可能となる。更に、表示部を備えたイオン発生装置も好適な例として挙げられ、これにより、イオン発生装置から放出されるイオンの濃度を表示部に表示させることが可能となる。

本発明によれば、両イオンが混在する検体において、イオン濃度を高精度に測定することが可能なイオンセンサ、表示装置、イオンセンサの駆動方法、及び、イオン濃度の算出方法を提供することができる。

実施形態１〜４に係るイオンセンサ及び表示装置のブロック図である。 実施形態１〜４に係るイオンセンサ及び表示装置の断面を示す断面模式図である。 実施形態１に係るイオンセンサ及び表示装置の断面を示す断面模式図である。 実施形態１に係るイオンセンサ回路とＴＦＴアレイの一部とを示す等価回路である。 実施形態１に係るイオンセンサ回路のタイミングチャートである。 実施形態２〜４に係るイオンセンサ及び表示装置の断面を示す断面模式図である。 実施形態２に係るイオンセンサ回路とＴＦＴアレイの一部とを示す等価回路である。 実施形態２に係るイオンセンサ回路のタイミングチャートである。 実施形態２に係るイオンセンサ回路のタイミングチャートである。 実施形態３に係るイオンセンサ回路とＴＦＴアレイの一部とを示す等価回路である。 実施形態３に係るイオンセンサ回路のタイミングチャートである。 実施形態３に係るイオンセンサ回路のタイミングチャートである。 Ｉｄ（−）及びマイナスイオン濃度の関係を示す曲線（検量線）である。 Ｉｄ（＋）及びプラスイオン濃度の関係を示す曲線（検量線）である。 Ｉｄ（−）及びマイナスイオン濃度の関係を示す曲線（検量線）である。 Ｉｄ（＋）及びプラスイオン濃度の関係を示す曲線（検量線）である。 Ｉｄ（−）及びマイナスイオン濃度の関係を示す曲線（検量線）である。 Ｉｄ（＋）及びプラスイオン濃度の関係を示す曲線（検量線）である。 実施形態４に係るイオンセンサ回路とＴＦＴアレイの一部とを示す等価回路である。 実施形態４に係るイオンセンサ回路のタイミングチャートである。 実施形態４に係るイオンセンサ回路のタイミングチャートである。 Ｎチャネル型のＴＦＴを有するイオンセンサを示す等価回路である。 Ｎチャネル型のＴＦＴを有するイオンセンサで両イオンの混成比が異なる検体のマイナスイオン濃度を測定した結果を示すグラフである。 実施形態１に係るイオンセンサ回路の一部を示す等価回路である。 実施形態１に係る別のイオンセンサ回路の一部を示す等価回路である。 実施形態１〜４に係るＬＵＴである。

以下に実施形態を掲げ、本発明を図面を参照して更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施形態のみに限定されるものではない。

（実施形態１）
本実施形態では、Ｎチャネル型のＴＦＴを含み、検知対象が空気中のイオンであるイオンセンサと、該イオンセンサを備えた液晶表示装置とを例に挙げて説明する。図１は、本実施形態に係るイオンセンサ及び表示装置のブロック図である。

本実施形態に係る表示装置１１０は、液晶表示装置であり、空気中のイオン濃度を測定するためのイオンセンサ１２０（イオンセンサ部）と、種々の映像を表示するための表示部１３０とを備える。表示部１３０は、表示部駆動回路１１５として、表示部駆動用ＴＦＴアレイ１０１、ゲートドライバ（表示用走査信号線駆動回路）１０３及びソースドライバ（表示用映像信号線駆動回路）１０４を含む。イオンセンサ１２０は、イオンセンサ駆動／読出し回路１０５、演算処理ＬＳＩ１０６及びイオンセンサ回路１０７を含む。電源回路１０９は、イオンセンサ１２０及び表示部１３０に共用される。イオンセンサ回路１０７は、空気中のイオン濃度を電気的な物理量に変換するために必要な素子（好ましくは、ＦＥＴ及びイオンセンサアンテナ）を少なくとも含む回路であり、イオンを検知（捕集）する機能も含む。

表示部１３０は、従来の液晶表示装置等のアクティブマトリクス型の表示装置と同様の回路構成を有する。すなわち、ＴＦＴアレイ１０１が形成された領域、すなわち表示領域に、線順次駆動により映像が表示される。

イオンセンサ１２０の機能について概略すると以下の通りである。まず、イオンセンサ回路１０７において、空気中のイオンを検知（捕集）し、検知されたイオンの量に応じた電圧値を生成する。この電圧値は駆動／読出し回路１０５に送られ、ここでデジタル信号に変換される。この信号は、ＬＳＩ１０６に送られ、ここで所定の計算方法に基づきイオン濃度が演算されるとともに、該演算結果を表示領域に表示するための表示用データが生成される。この表示用データは、ソースドライバ１０４を介してＴＦＴアレイ１０１に送信され、表示データに応じたイオン濃度が最終的に表示される。電源回路１０９は、ＴＦＴアレイ１０１、ゲートドライバ１０３、ソースドライバ１０４、及び、駆動／読出し回路１０５に電源を供給する。駆動／読出し回路１０５は、上記機能の他、後述する突上げ／突下げ配線、リセット配線及び入力配線を制御し、それぞれの配線に所望のタイミングで所定の電源を供給する。

なお、駆動／読出し回路１０５は、イオンセンサ回路１０７、ゲートドライバ１０３、ソースドライバ１０４等の他の回路に含まれてもよく、ＬＳＩ１０６に含まれてもよい。

また、本実施形態においては、ＬＳＩ１０６の代わりに、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）上で機能するソフトウェアを用いて演算処理を行ってもよい。

図２を用いて、表示装置１１０の構造について説明する。図２は、図１に示す線分Ａ１−Ａ２にて切断した状態におけるイオンセンサ及び表示装置の断面模式図である。イオンセンサ１２０は、イオンセンサ回路１０７と、空気イオン導入／導出路４２と、ファン（図示せず）と、遮光膜１２ａとを備える。イオンセンサ回路１０７は、イオンセンサ素子である、センサＴＦＴ３０及びイオンセンサアンテナ４１を含む。一方、表示部１３０は、ピクセルＴＦＴ４０を含むＴＦＴアレイ１０１と、遮光膜１２ｂと、ＲＧＢ、ＲＧＢＹ等の色を含むカラーフィルタ１３と、液晶３２と、偏光板３１ａ、３１ｂとを備える。

アンテナ４１は、空気中のイオンを検知（捕集）する導電部材であり、センサＴＦＴ３０のゲートに接続されている。アンテナ４１は、外部環境に曝露される部分（露出部）を含み、アンテナ４１の表面（露出部）にイオンが付着するとアンテナ４１の電位が変化し、それに応じてセンサＴＦＴ３０のゲートの電位も変化する。その結果、センサＴＦＴ３０のソース及びドレイン間の電流及び／又は電圧が変化する。このように、イオンセンサ素子が、アンテナ４１と、センサＴＦＴ３０とから形成されることにより、従来の平行平板型のイオンセンサよりも小型化することが可能である。

導入／導出路４２は、アンテナ４１上を効率的に通気させるための経路であり、ファンによって、図２の手前から奥、又は、奥から手前に空気が流れる。

また、表示装置１１０は、大部分が対向する二枚の絶縁性基板１ａ、１ｂを備え、基板１ａ、１ｂの間には液晶３２が狭持されている。センサＴＦＴ３０及びＴＦＴアレイ１０１は、基板１ａ、１ｂが対向する位置において、基板１ａ（ＴＦＴアレイ基板）の液晶側の主面上に設けられる。ＴＦＴアレイ１０１には、ピクセルＴＦＴ４０がマトリクス状に多数配されている。アンテナ４１、導入／導出路４２及びファンは、基板１ａ、１ｂが対向しない位置において、基板１ａの液晶側の主面上に設けられる。このように、アンテナ４１は、センサＴＦＴ３０のチャネル領域外に設けられる。これにより、導入／導出路４２及びファンの近くにアンテナ４１を容易に配置することができるので、アンテナ４１に効率よく大気を送り込むことが可能となる。また、センサＴＦＴ３０及び遮光膜１２ａは、表示部１３０の端部（額縁領域）に設けられる。これにより、額縁領域の空いたスペースを有効活用することができるので、表示装置１１０のサイズを変更することなく、イオンセンサ回路１０７を形成することが可能となる。

このように、基板１ａの同一主面上には、イオンセンサ回路１０７に含まれるセンサＴＦＴ３０及びイオンセンサアンテナ４１と、表示部駆動回路１１５に含まれるＴＦＴアレイ１０１とが少なくとも形成される。これにより、ＴＦＴアレイ１０１を形成する工程を援用してセンサＴＦＴ３０及びイオンセンサアンテナ４１を形成できる。

他方、遮光膜１２ａ、１２ｂ及びカラーフィルタ１３は、基板１ａ、１ｂが対向する位置において、基板１ｂ（対向基板）の液晶側の主面上に設けられる。遮光膜１２ａは、センサＴＦＴ３０と対向する位置に設けられ、遮光膜１２ｂ及びカラーフィルタ１３は、ＴＦＴアレイ１０１と対向する位置に設けられる。後に詳述するが、センサＴＦＴ３０は、光に対する特性が変化する半導体であるａ−Ｓｉを含む。上記の通り、センサＴＦＴ３０が、遮光膜１２ａによって遮光されることで、ａ−Ｓｉの特性、すなわちセンサＴＦＴ３０の出力特性が変化するのを抑制できるので、イオン濃度をより高精度に測定することができる。

偏光板３１ａ、３１ｂは、基板１ａ、１ｂの液晶とは反対側（外側）の主面上にそれぞれ設けられる。

図３を用いて、表示装置１１０の構造について更に詳述する。図３は、本実施形態に係るイオンセンサ及び表示装置の断面模式図である。

絶縁性基板１ａの液晶側の主面上には、第一導電層、絶縁膜３、水素化ａ−Ｓｉ層、ｎ＋ａ−Ｓｉ層、第二導電層、パッシベーション膜９及び第三導電層がこの順に積層されている。

第一導電層には、イオンセンサアンテナ電極２ａ、リセット配線２ｂ、後述する接続配線２２、容量電極２ｃ及びゲート電極２ｄ、２ｅが形成される。これらの電極は、第一導電層に形成され、例えば、スパッタ法及びフォトリソ法により、同一の材料から同一の工程により形成されることが可能である。第一導電層は、単層又は積層の金属層から形成される。具体的には、アルミニウム（Ａｌ）の単層、下層のＡｌ／上層のチタン（Ｔｉ）の積層、下層のＡｌ／上層のモリブデン（Ｍｏ）の積層等が挙げられる。リセット配線２ｂ、接続配線２２及び容量電極２ｃについては、図４を用いて後に詳述する。

絶縁膜３は、イオンセンサアンテナ電極２ａ、リセット配線２ｂ、接続配線２２、容量電極２ｃ及びゲート電極２ｄ、２ｅを覆うように、基板１ａ上に設けられる。絶縁膜３上には、水素化ａ−Ｓｉ層４ａ、４ｂ、ｎ＋ａ−Ｓｉ層５ａ、５ｂ、ソース電極６ａ、６ｂ、ドレイン電極７ａ、７ｂ及び容量電極８が形成される。ソース電極６ａ、６ｂ、ドレイン電極７ａ、７ｂ及び容量電極８は、第二導電層に形成され、例えば、スパッタ法及びフォトリソ法により、同一の材料から同一の工程により形成されることが可能である。第二導電層は、単層又は積層の金属層から形成される。具体的には、アルミニウム（Ａｌ）の単層、下層のＡｌ／上層のＴｉの積層、下層のＴｉ／上層のＡｌの積層等が挙げられる。また、水素化ａ−Ｓｉ層４ａ、４ｂは、例えば、化学気相成長（ＣＶＤ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法及びフォトリソ法により、同一の材料から同一の工程により形成されることが可能であり、ｎ＋ａ−Ｓｉ層５ａ、５ｂも、例えば、ＣＶＤ法及びフォトリソ法により、同一の材料から同一の工程により形成されることが可能である。上記の通り、各種電極や半導体を形成するにあたり、材料や工程の少なくとも一部を同じくすることが可能である。これにより、各種電極や半導体から構成されるセンサＴＦＴ３０及びピクセルＴＦＴ４０の形成に必要なコストを削減することが可能となる。ＴＦＴ３０、４０の構成要素については、後に更に詳述する。

パッシベーション膜９は、水素化ａ−Ｓｉ層４ａ、４ｂ、ｎ＋ａ−Ｓｉ層５ａ、５ｂ、ソース電極６ａ、６ｂ、ドレイン電極７ａ、７ｂ及び容量電極８を覆うように、絶縁膜３上に設けられる。パッシベーション膜９上には、透明導電膜１１ａ及び透明導電膜１１ｂが形成される。透明導電膜１１ａは、絶縁膜３及びパッシベーション膜９を貫通するコンタクトホール１０ａを介してアンテナ電極２ａと接続される。コンタクトホール１０ａによってアンテナ電極２ａが剥き出しとならないように透明導電膜１１ａが配されることで、アンテナ電極２ａが外部環境に曝露され腐食するのを防ぐことができる。透明導電膜１１ｂは、パッシベーション膜９を貫通するコンタクトホール１０ｂを介してドレイン電極７ｂと接続される。透明導電膜１１ａ、１１ｂは、第三導電層に形成され、例えば、スパッタ法及びフォトリソ法により、同一の材料から同一の工程により形成されることが可能である。第三導電層は、単層又は積層の透明導電膜から形成される。具体的には、ＩＴＯ膜、ＩＺＯ膜等が挙げられる。なお、透明導電膜１１ａ、１１ｂを構成する全ての材料が互いに完全に同一である必要はなく、また、透明導電膜１１ａ、１１ｂを形成するための全ての工程が完全に同一である必要はない。例えば、透明導電膜１１ａ及び／又は透明導電膜１１ｂが多層構造を有しているとき、二つの透明導電膜に共通する層のみを同一の材料から同一の工程により形成することも可能である。上記の通り、透明導電膜１１ｂを形成するための材料や工程の少なくとも一部を透明導電膜１１ａの形成に流用することで、透明導電膜１１ａを低コストで形成することが可能となる。

また、遮光膜１２ａ及び遮光膜１２ｂも同一の材料から同一の工程により形成されることが可能である。具体的には、遮光膜１２ａ、１２ｂは、クロム（Ｃｒ）等の不透明な金属膜、不透明な樹脂膜等から形成される。該樹脂膜としては、炭素を含有するアクリル樹脂等が挙げられる。上記の通り、遮光膜１２ｂを形成するための材料や工程の少なくとも一部を遮光膜１２ａの形成に流用することで、遮光膜１２ａを低コストで形成することが可能となる。

ＴＦＴ３０、４０の構成要素について更に詳述する。センサＴＦＴ３０は、ゲート電極２ｄ、絶縁膜３、水素化ａ−Ｓｉ層４ａ、ｎ＋ａ−Ｓｉ層５ａ、ソース電極６ａ及びドレイン電極７ａから形成される。ピクセルＴＦＴ４０は、ゲート電極２ｅ、絶縁膜３、水素化ａ−Ｓｉ層４ｂ、ｎ＋ａ−Ｓｉ層５ｂ、ソース電極６ｂ及びドレイン電極７ｂから形成される。絶縁膜３は、センサＴＦＴ３０及びピクセルＴＦＴ４０において、ゲート絶縁膜として機能する。ＴＦＴ３０、４０は、ボトムゲート型のＴＦＴである。ｎ＋ａ−Ｓｉ層５ａ、５ｂには、リン（Ｐ）等のＶ族元素がドーピングされる。すなわち、センサＴＦＴ３０及びピクセルＴＦＴ４０は、Ｎチャネル型ＴＦＴである。

アンテナ４１は、透明導電膜１１ａ及びアンテナ電極２ａから形成される。また、容量電極２ｃ、８と、誘電体として機能する絶縁膜３とから、容量（キャパシタ）４３が形成される。容量電極２ｃは、ゲート電極２ｄ及びアンテナ電極２ａに接続され、容量電極８は、突上げ／突下げ配線２３に接続されている。これにより、ゲート電極２ｄ及びアンテナ４１の容量を大きくすることができるので、イオン濃度の測定中における外来ノイズの影響を抑えることができる。したがって、センサ動作をより安定にでき、精度をより高くすることができる。また、両イオンを高精度に検出することができるが、その詳細は後述する。

次に、図４を用いて、イオンセンサ回路１０７及びＴＦＴアレイ１０１の回路構成について説明する。図４は、本実施形態に係るイオンセンサ回路１０７とＴＦＴアレイ１０１の一部とを示す等価回路である。

まず、ＴＦＴアレイ１０１について説明する。ピクセルＴＦＴ４０のゲート電極２ｄは、ゲートバスラインＧｎ、Ｇｎ＋１、・・・を介して、ゲートドライバ１０３と接続され、ソース電極６ｂは、ソースバスラインＳｍ、Ｓｍ＋１、・・・を介して、ソースドライバ１０４と接続される。ピクセルＴＦＴ４０のドレイン電極７ｂは、画素電極として機能する透明導電膜１１ｂと接続される。ピクセルＴＦＴ４０は、サブ画素毎に設けられ、スイッチング素子として機能する。ゲートバスラインＧｎ、Ｇｎ＋１、・・・には、ゲートドライバ１０３から所定のタイミングで走査パルス（走査信号）が供給され、該走査パルスは、線順次方式で各ピクセルＴＦＴ４０に印加される。ソースバスラインＳｍ、Ｓｍ＋１、・・・には、ソースドライバ１０４で生成された任意の映像信号、及び／又は、マイナスイオン濃度に基づき算出された表示用データが供給される。そして、走査パルスの入力により一定期間だけオン状態とされたピクセルＴＦＴ４０に接続された画素電極（透明導電膜１１ｂ）に、映像信号及び／又は表示用データが所定のタイミングで供給される。液晶に書き込まれた所定レベルの映像信号及び／又は表示用データは、これらの信号及び／又はデータが印加された画素電極と、この画素電極に対向する対向電極（図示せず）との間で一定期間保持される。ここで、これらの画素電極及び対向電極の間に形成される液晶容量と並列に液晶補助容量（Ｃｓ）３６が形成される。液晶補助容量３６は、各サブ画素において、ドレイン電極７ａ及び液晶補助容量線Ｃｓｎ、Ｃｓｎ＋１、・・・の間に形成される。なお、容量線Ｃｓｎ、Ｃｓｎ＋１、・・・は、第一導電層に形成され、ゲート配線Ｇｎ、Ｇｎ＋１、・・・と平行に設けられる。

次に、イオンセンサ回路１０７の回路構成について説明する。イオンセンサ回路１０７は、プラス及びマイナスの両極性のイオンを検出する。センサＴＦＴ３０のドレイン電極７ａには、入力配線２０が接続される。入力配線２０には、Ｈｉｇｈ電圧（＋１０Ｖ）又はＬｏｗ電圧（０Ｖ）が印加され、入力配線２０の電圧をＶｄｄとする。ソース電極６ａには、出力配線２１が接続される。出力配線２１の電圧をＶｏｕｔとする。また、センサＴＦＴ３０のゲート電極２ｄには、接続配線２２を介してアンテナ４１が接続される。更に、接続配線２２には、リセット配線２ｂが接続される。配線２２、２ｂ同士の交点（ノード）をｎｏｄｅ−Ｚとする。リセット配線２ｂは、ｎｏｄｅ−Ｚ、すなわちセンサＴＦＴ３０のゲートとアンテナ４１との電圧をリセットするための配線である。リセット配線２ｂには、Ｈｉｇｈ電圧（＋２０Ｖ）又はＬｏｗ電圧（−２０Ｖ）が印加され、リセット配線２ｂの電圧をＶｒｓｔとする。更に、接続配線２２には、容量４３を介して突上げ／突下げ配線２３が接続される。突上げ／突下げ配線２３には、Ｈｉｇｈ電圧又はＬｏｗ電圧（例えば−１０Ｖ）が印加され、突上げ／突下げ配線２３の電圧をＶｒｗとする。ＶｒｗのＨｉｇｈ電圧及びＬｏｗ電圧、すなわちＶｒｗの波形は、Ｈｉｇｈ電圧及びＬｏｗ電圧それぞれを供給する電源の値を変化させることによって、所望の値に調整することが可能である。なお、電源の値を変化させる方法としては、下記（１）又は（２）の方法が挙げられる。（１）複数の電源を用意し、スイッチ（例えば、半導体スイッチ、トランジスタ等）によって配線２３に接続される電源を切り替える方法。どの電源に接続するか、すなわち該スイッチの接続先は、ホスト側からの信号により制御される。より具体的には、図２４に示すように、電源の値が互いに異なる電源６２、６３を用意し、スイッチ６５、６６によって配線２３に接続される電源を切り替える方法が挙げられる。（２）一つの電源にラダー抵抗を接続し、出力したい電圧（抵抗）を選択する方法。どの電圧（抵抗）に接続するかは、ホスト側からの信号により制御される。より具体的には、図２５に示すように、電源６４にラダー抵抗を接続し、出力したい電圧（抵抗）をスイッチ６７、６８、６９のオンオフにより選択する方法が挙げられる。出力配線２１には、定電流回路２５及びアナログ−デジタル変換回路（ＡＤＣ）２６が接続される。定電流回路２５は、Ｎチャネル型のＴＦＴ（定電流ＴＦＴ）から構成され、定電流ＴＦＴのドレインは、出力配線２１に接続される。定電流ＴＦＴのソースは、定電流源に接続され、その電圧Ｖｓｓは、ＶｄｄのＨｉｇｈ電圧よりも低電圧に固定される。定電流ＴＦＴのゲートは、定電圧源に接続される。定電流ＴＦＴのゲートの電圧Ｖｂａｉｓは、定電流ＴＦＴのソース及びドレインの間に一定の電流（例えば、１μＡ）が流れるように、所定の値に固定される。定電流回路２５及びＡＤＣ２６は、駆動／読出し回路１０５内に形成される。

なお、アンテナ４１、センサＴＦＴ３０のゲート、リセット配線２ｂ、接続配線２２及び容量４３は、アンテナ電極２ａ、ゲート電極２ｄ、リセット配線２ｂ、容量電極２ｃ及び接続配線２２が第一導電層に一体的に形成されることによって、互いに接続される。他方、駆動／読出し回路１０５、ゲートドライバ１０３及びソースドライバ１０４はそれぞれ、基板１ａ上には直接形成されず、ＬＳＩチップ等の半導体チップに形成され、半導体チップは、基板１ａ上に実装される。

続いて、図５を用いてイオンセンサ回路の動作機構について詳細に説明する。図５は、本実施形態に係るイオンセンサ回路のタイミングチャートである。図５に示すように、イオンセンサ回路１０７は、まずマイナスイオンを検出した後、続いて、プラスイオンを検出する。すなわち、マイナスイオン検出用の駆動と、プラスイオン検出用の駆動とを交互に行う。

初期状態において、Ｖｒｓｔは、Ｌｏｗ電圧（−１０Ｖ）に設定される。このとき、ＶｒｓｔをＬｏｗ電圧（−１０Ｖ）に設定するための電源として、ピクセルＴＦＴ４０のゲート電極２ｅにＬｏｗ電圧（−１０Ｖ）を印加するための電源を流用することができる。また、初期状態において、Ｖｄｄは、Ｌｏｗ電圧（０Ｖ）に設定されている。イオン濃度の測定が開始される前に、まず、リセット配線２ｂにＨｉｇｈ電圧（＋２０Ｖ）が印加され、アンテナ４１の電圧（ｎｏｄｅ−Ｚの電圧）が＋２０Ｖにリセットされる。このとき、リセット配線２ｂにＨｉｇｈ電圧（＋２０Ｖ）に設定するための電源として、ピクセルＴＦＴ４０のゲート電極２ｅにＨｉｇｈ電圧（＋２０Ｖ）を印加するための電源を流用することができる。ｎｏｄｅ−Ｚの電圧がリセットされた後、リセット配線２ｂは、ハイインピーダンス状態に保たれる。そして、マイナスイオン検知動作が開始され、アンテナ４１にマイナスイオンが捕集されると、＋２０Ｖにリセットされた、すなわち、プラスにチャージされたｎｏｄｅ−Ｚの電圧は、マイナスイオンによって中和され低下する（センシング動作）。マイナスイオン濃度が高いほど、電圧が低下するスピードは速くなる。イオンを導入してから所定の時間が経過した後、入力配線２０にＨｉｇｈ電圧（＋１０Ｖ）を一時的に印加する。すなわち、入力配線２０に＋１０Ｖのパルス電圧を印加する。同時に、突上げ／突下げ配線２３に任意のプラスのパルス電圧（Ｈｉｇｈ電圧）を印加し、容量４３を介してｎｏｄｅ−Ｚの電圧を突上げる。また、出力配線２１は、定電流回路２５に接続されている。したがって、入力配線２０に＋１０Ｖのパルス電圧を印加すると、入力配線２０及び出力配線２１には一定の電流が流れる。ただし、センサＴＦＴ３０のゲートの開き具合、すなわち、突上げられたｎｏｄｅ−Ｚの電圧の差に応じて、出力配線２１の電圧Ｖｏｕｔ（−）は変化することとなる。この電圧Ｖｏｕｔ（−）は、イオン濃度を算出するための数値としてＡＤＣ２６で検出される。なお、定電流回路２５を設けず、ｎｏｄｅ−Ｚの電圧の差に応じて変化する出力配線２１の電流Ｉｄ（−）を検出することも可能である。突上げ／突下げ配線２３に印加するプラスの電圧は、高精度にマイナスイオンを検知するのに適した電圧領域にゲートの電位が入るように設定される。よって、ｎｏｄｅ−Ｚの電圧を突き上げなくとも、ゲートの電位がマイナスイオン濃度の検出に適した電圧領域に入っているのであれば、ｎｏｄｅ−Ｚの電圧を突上げる必要はない。

マイナスイオンの検出後、続いて、リセット配線２ｂにＬｏｗ電圧（−１０Ｖ）が印加され、アンテナ４１の電圧（ｎｏｄｅ−Ｚの電圧）が−１０Ｖにリセットされる。このとき、リセット配線２ｂにＬｏｗ電圧（−１０Ｖ）に設定するための電源として、ピクセルＴＦＴ４０のゲート電極２ｅにＬｏｗ電圧（−１０Ｖ）を印加するための電源を流用することができる。ｎｏｄｅ−Ｚの電圧がリセットされた後、リセット配線２ｂは、ハイインピーダンス状態に保たれる。そして、プラスイオン検知動作が開始され、アンテナ４１にプラスイオンが捕集されると、−１０Ｖにリセットされた、すなわち、マイナスにチャージされたｎｏｄｅ−Ｚの電圧は、プラスイオンによって中和され上昇する（センシング動作）。プラスイオン濃度が高いほど、電圧が上昇するスピードは速くなる。イオンを導入してから所定の時間が経過した後、入力配線２０にＨｉｇｈ電圧（＋１０Ｖ）を一時的に印加する。すなわち、入力配線２０に＋１０Ｖのパルス電圧を印加する。同時に、突上げ／突下げ配線２３に任意のプラスのパルス電圧（Ｈｉｇｈ電圧）を印加し、容量４３を介してｎｏｄｅ−Ｚの電圧を突上げる。また、出力配線２１は、定電流回路２５に接続されている。したがって、入力配線２０に＋１０Ｖのパルス電圧を印加すると、入力配線２０及び出力配線２１には一定の電流が流れる。ただし、センサＴＦＴ３０のゲートの開き具合、すなわち、突上げられたｎｏｄｅ−Ｚの電圧の差に応じて、出力配線２１の電圧Ｖｏｕｔ（＋）は変化することとなる。この電圧Ｖｏｕｔ（＋）は、イオン濃度を算出するための数値としてＡＤＣ２６で検出される。なお、定電流回路２５を設けず、ｎｏｄｅ−Ｚの電圧の差に応じて変化する出力配線２１の電流Ｉｄ（＋）を検出することも可能である。突上げ／突下げ配線２３に印加するプラスの電圧は、高精度にプラスイオンを検知するのに適した電圧領域にゲートの電位が入るように設定される。

なお、両イオンの比率によっては、Ｖｏｕｔ（又はＩｄ）が０となったり、逆に非常に高い値となったりする。このときは、イオンを導入してから、Ｖｏｕｔ（又はＩｄ）を検出するまでの時間ｔを調整することで、適切なＶｏｕｔ（又はＩｄ）を得ることが可能となる。

マイナスイオン検出とプラスイオン検出との時間（インターバル）、すなわちマイナスイオン検出の読み出し動作後（Ｖｒｗへのパルス印加）からプラスイオン検出のリセット動作（Ｖｒｓｔへの−１０Ｖ印加）までの時間は、以下の（１）、（２）の通りである。（１）連続的にイオン導入している場合、すなわちマイナスイオン検知／プラスイオン検知動作の切り替え時にイオン導入を止めない場合には、読み出し動作後のＶｒｗ配線とＶｏｕｔ配線とが所定の電位（図５ではそれぞれ−１０Ｖ、０Ｖ）まで到達するまでの時間分インターバルを空ければよく、具体的には、１０マイクロ秒以上の時間を空ければよい。（２）マイナスイオン検知／プラスイオン検知動作の切り替え時にイオン導入を止める場合には、イオン濃度が安定化するまでの時間が必要であるため、（１）より長い時間が必要となる。

本実施形態では、ＶｄｄのＨｉｇｈ電圧は＋１０Ｖに特に限定されず、リセット配線２ｂに印加されるＨｉｇｈ電圧、すなわちピクセルＴＦＴ４０のゲート電極２ｅに印加されるＨｉｇｈ電圧と同じ＋２０Ｖとしてもよい。これにより、ＶｄｄのＨｉｇｈ電圧を印加するための電源として、ピクセルＴＦＴ４０のゲート電極２ｅにＨｉｇｈ電圧を印加するための電源を流用することができる。また、ｎｏｄｅ−Ｚの電圧を突上げしない状態のときの突上げ／突下げ配線２３の電圧（ＶｒｗのＬｏｗ電圧）は、ピクセルＴＦＴ４０のゲート電極２ｅに印加されるＬｏｗ電圧と同じ−１０Ｖとしてもよい。これにより、ＶｒｗのＬｏｗ電圧を印加するための電源として、ピクセルＴＦＴ４０のゲート電極２ｅにＬｏｗ電圧を印加するための電源を流用することができる。

以上、実施形態１によれば、両イオンが混在する検体において、プラスイオン及びマイナスイオンの検出結果を用いて、イオン濃度を簡便かつ高精度に算出することが可能となる。なお、その算出方法は、各実施形態で共通であり、実施形態３で詳述する。

また、実施形態１によれば、一つのセンサＴＦＴ３０を用いて両イオンを検出することが可能であることから、装置の小型化と、製造コストを削減とが可能となる。

なお、実施形態１においては、Ｎチャネル型のセンサＴＦＴ３０及びピクセルＴＦＴ４０を用いたが、Ｐチャネル型のＴＦＴを用いてもよい。

また、マイナスイオン及びプラスイオンの検出順序は特に限定されず、プラスイオンを検出した後、続いて、マイナスオンを検出してもよい。

（実施形態２）
実施形態２に係る表示装置は、以下の点以外は、実施形態１と同様の構成を有する。すなわち、実施形態２のイオンセンサ回路２０７は、マイナスイオン検知用センサ回路２０１及びプラスイオン検知用センサ回路２０２を含み、マイナスイオン検知用センサ回路２０１は、実施形態１で説明した、Ｎチャネル型のセンサＴＦＴ３０と、アンテナ４１とを含み、プラスイオン検知用センサ回路２０２は、Ｐチャネル型のセンサＴＦＴ３０ｂとアンテナ４１ｂとを含む。

図６を用いて、プラスイオン検知用センサ回路２０２の構造について更に詳述する。図６は、本実施形態に係るイオンセンサ及び表示装置の断面模式図であり、プラスイオン検知用センサ回路の一部を含む。実施形態１に係る表示装置と共通の構成要素については、ここでの説明は省略する。

図６に示すように、センサ回路２０２は、イオンセンサ素子である、センサＴＦＴ３０ｂ及びイオンセンサアンテナ４１ｂを含む。

アンテナ４１ｂは、空気中のイオンを検知（捕集）する導電部材であり、センサＴＦＴ３０ｂのゲートに接続されている。アンテナ４１ｂの表面にイオンが付着するとアンテナ４１ｂの電位が変化し、それに応じてセンサＴＦＴ３０ｂのゲートの電位も変化する。その結果、センサＴＦＴ３０ｂのソース及びドレイン間の電流及び／又は電圧が変化する。

センサＴＦＴ３０ｂは、基板１ａ、１ｂが対向する位置において、基板１ａ（ＴＦＴアレイ基板）の液晶側の主面上に設けられる。アンテナ４１ｂは、センサＴＦＴ３０のチャネル領域外に設けられる。また、センサＴＦＴ３０ｂと、それに対向する遮光膜１２ｃとは、表示部１３０の端部（額縁領域）に設けられる。

本実施形態では、基板１ａ上には、センサ回路２０１に含まれるセンサＴＦＴ３０及びイオンセンサアンテナ４１と、センサ回路２０２に含まれるセンサＴＦＴ３０ｂ及びイオンセンサアンテナ４１ｂと、表示部駆動回路のＴＦＴアレイ１０１とが少なくとも形成される。

遮光膜１２ｃは、基板１ａ、１ｂが対向する位置において、基板１ｂ（対向基板）の液晶側の主面上に設けられる。遮光膜１２ｃは、センサＴＦＴ３０ｂと対向する位置に設けられる。後に詳述するが、センサＴＦＴ３０ｂは、光に対する特性が変化する半導体であるａ−Ｓｉを含む。上記の通り、センサＴＦＴ３０ｂが、遮光膜１２ｃによって遮光されることで、ａ−Ｓｉの特性、すなわちセンサＴＦＴ３０ｂの出力特性が変化するのを抑制できるので、イオン濃度をより高精度に測定することができる。

センサ回路２０２の第一導電層には、イオンセンサアンテナ電極２ｃ、リセット配線２ｈ、後述する接続配線２２ｂ、容量電極２ｆ及びゲート電極２ｇが形成される。リセット配線２ｈ、接続配線２２ｂ及び容量電極２ｆについては、図７を用いて後に詳述する。

センサ回路２０２において、絶縁膜３上には、水素化ａ−Ｓｉ層４ｃ、４ｂ、ｎ＋ａ−Ｓｉ層５ｃ、ソース電極６ｃ、ドレイン電極７ｃ及び容量電極８ｂが形成される。ソース電極６ｃ、ドレイン電極７ｃ及び容量電極８ｂは、第二導電層に形成される。

センサ回路２０２において、パッシベーション膜９は、水素化ａ−Ｓｉ層４ｃ、ｎ＋ａ−Ｓｉ層５ｃ、ソース電極６ｃ、ドレイン電極７ｃ及び容量電極８ｂを覆うように、絶縁膜３上に設けられる。

センサ回路２０２において、パッシベーション膜９上には、透明導電膜１１ｃが形成される。透明導電膜１１ｃは、絶縁膜３及びパッシベーション膜９を貫通するコンタクトホール１０ｃを介してアンテナ電極２ｃと接続される。コンタクトホール１０ｃによってアンテナ電極２ｃが剥き出しとならないように透明導電膜１１ｃが配されることで、アンテナ電極２ｃが外部環境に曝露され腐食するのを防ぐことができる。透明導電膜１１ｃは、第三導電層に形成される。

遮光膜１２ｃは、クロム（Ｃｒ）等の不透明な金属膜、不透明な樹脂膜等から形成される。該樹脂膜としては、炭素を含有するアクリル樹脂等が挙げられる。

ＴＦＴ３０ｂの構成要素について更に詳述する。センサＴＦＴ３０ｂは、ゲート電極２ｇ、絶縁膜３、水素化ａ−Ｓｉ層４ｃ、ｎ＋ａ−Ｓｉ層５ｃ、ソース電極６ｃ及びドレイン電極７ｃから形成される。絶縁膜３は、センサＴＦＴ３０ｂにおいて、ゲート絶縁膜として機能する。ＴＦＴ３０ｂは、ボトムゲート型のＴＦＴである。ｐ＋ａ−Ｓｉ層５ｃには、ホウ素（Ｂ）等のＩＩＩ族元素がドーピングされる。すなわち、センサＴＦＴ３０ｂは、Ｐチャネル型ＴＦＴである。

アンテナ４１ｂは、透明導電膜１１ｃ及びアンテナ電極２ｃから形成される。また、容量電極２ｆ、８ｂと、誘電体として機能する絶縁膜３とから、容量（キャパシタ）４３ｂが形成される。容量電極２ｆは、ゲート電極２ｇ及びアンテナ電極２ｃに接続され、容量電極８ｂは、接地されている。容量４３ｂを設けることによって、ゲート電極２ｇ及びアンテナ４１ｂの容量を大きくすることができるので、イオン濃度の測定中における外来ノイズの影響を抑えることができる。したがって、センサ動作をより安定にでき、精度をより高くすることができる。また同様に、本実施形態では、センサ回路２０１の容量４３の容量電極８も、突上げ／突下げ配線２３に接続されずに接地されている。

図７を用いて、本実施形態に係るイオンセンサ回路２０７の回路構成について説明する。図７は、本実施形態に係るイオンセンサ回路２０７とＴＦＴアレイ１０１の一部とを示す等価回路である。本実施形態に係る表示装置は、実施形態１と同じＴＦＴアレイ１０１を有するため、ここでのその説明は省略する。

イオンセンサ回路２０７は、マイナスイオン検知用センサ回路２０１、及び、プラスイオン検知用センサ回路２０２を含む。

まず、マイナスイオン検知用センサ回路２０１について説明する。センサ回路２０１は、接続配線２２が容量４３を介してアース（ＧＮＤ）が接続されていることを除いて、イオンセンサ回路１０７と同様の構成を有する。入力配線２０には、Ｈｉｇｈ電圧（＋１０Ｖ）又はＬｏｗ電圧（０Ｖ）が印加され、入力配線２０の電圧をＶｄｄとする。出力配線２１の電圧をＶｏｕｔ（−）とする。配線２２、２ｂ同士の交点（ノード）をｎｏｄｅ−Ｚ（−）とする。リセット配線２ｂには、Ｈｉｇｈ電圧（＋２０Ｖ）又はＬｏｗ電圧（−１０Ｖ）が印加され、リセット配線２ｂの電圧をＶｒｓｔ（−）とする。

続いて、プラスイオン検知用センサ回路２０２について説明する。センサＴＦＴ３０ｂのドレイン電極７ｃには、入力配線２０が接続される。ソース電極６ｃには、出力配線２１ｂが接続される。出力配線２１ｂの電圧をＶｏｕｔ（＋）とする。また、センサＴＦＴ３０ｂのゲート電極２ｇには、接続配線２２ｂを介してアンテナ４１ｂが接続される。更に、接続配線２２ｂには、リセット配線２ｈが接続される。配線２２ｂ、２ｈ同士の交点（ノード）をｎｏｄｅ−Ｚ（＋）とする。リセット配線２ｈは、ｎｏｄｅ−Ｚ（＋）、すなわちセンサＴＦＴ３０ｂのゲートとアンテナ４１ｂとの電圧をリセットするための配線である。リセット配線２ｈには、Ｈｉｇｈ電圧（＋２０Ｖ）又はＬｏｗ電圧（−１０Ｖ）が印加され、リセット配線２ｈの電圧をＶｒｓｔ（＋）とする。更に、接続配線２２ｂには、容量４３ｂを介してアース（ＧＮＤ）が接続される。出力配線２１ｂには、定電流回路２５ｂ及びアナログ−デジタル変換回路（ＡＤＣ）２６ｂが接続される。定電流回路２５ｂの構成は、定電流回路２５の構成と同様であるので、その詳細な説明は省略する。

なお、アンテナ４１ｂ、センサＴＦＴ３０ｂのゲート、リセット配線２ｈ、接続配線２２ｂ及び容量４３ｂは、アンテナ電極２ｃ、ゲート電極２ｇ、リセット配線２ｈ、容量電極２ｆ及び接続配線２２ｂが第一導電層に一体的に形成されることによって、互いに接続される。

続いて、図８及び図９を用いてイオンセンサ回路の動作機構について詳細に説明する。図８は、本実施形態に係るマイナスイオン検知用センサ回路のタイミングチャートであり、図９は、本実施形態に係るプラスイオン検知用センサ回路のタイミングチャートである。図８及び９に示すように、イオンセンサ回路２０７は、マイナスイオン検知用センサ回路２０１によるマイナスイオンの検出と、プラスイオン検知用センサ回路２０２によるプラスイオンの検出とを同時に行う。まずマイナスイオンの検出について説明する。

初期状態において、Ｖｒｓｔ（−）は、Ｌｏｗ電圧（−１０Ｖ）に設定される。このとき、Ｖｒｓｔ（−）をＬｏｗ電圧（−１０Ｖ）に設定するための電源として、ピクセルＴＦＴ４０のゲート電極２ｅにＬｏｗ電圧（−１０Ｖ）を印加するための電源を流用することができる。また、初期状態において、Ｖｄｄは、Ｌｏｗ電圧（０Ｖ）に設定されている。イオン濃度の測定が開始される前、時刻ｔ１において、まず、リセット配線２ｂにＨｉｇｈ電圧（＋２０Ｖ）が印加され、アンテナ４１の電圧（ｎｏｄｅ−Ｚ（−）の電圧）が＋２０Ｖにリセットされる。このとき、Ｖｒｓｔ（−）を印加するための電源として、ピクセルＴＦＴ４０のゲート電極２ｅにＨｉｇｈ電圧（＋２０Ｖ）を印加するための電源を流用することができる。ｎｏｄｅ−Ｚ（−）の電圧がリセットされた後、リセット配線２ｂは、ハイインピーダンス状態に保たれる。そして、イオンの導入が開始され、アンテナ４１にマイナスイオンが捕集されると、＋２０Ｖにリセットされた、すなわち、プラスにチャージされたｎｏｄｅ−Ｚ（−）の電圧は、マイナスイオンによって中和され低下する（センシング動作）。マイナスイオン濃度が高いほど、電圧が低下するスピードは速くなる。イオンを導入してから所定の時間が経過した後、時刻ｔ２において、入力配線２０にＨｉｇｈ電圧（＋１０Ｖ）を一時的に印加する。すなわち、入力配線２０に＋１０Ｖのパルス電圧を印加する。また、出力配線２１は、定電流回路２５に接続されている。したがって、入力配線２０に＋１０Ｖのパルス電圧を印加すると、入力配線２０及び出力配線２１には一定の電流が流れる。ただし、センサＴＦＴ３０のゲートの開き具合、すなわち、ｎｏｄｅ−Ｚ（−）の電圧の差に応じて、出力配線２１の電圧Ｖｏｕｔ（−）は変化することとなる。この電圧Ｖｏｕｔ（−）は、イオン濃度を算出するための数値としてＡＤＣ２６で検出される。なお、定電流回路２５を設けず、ｎｏｄｅ−Ｚ（−）の電圧の差に応じて変化する出力配線２１の電流Ｉｄ（−）を検出することも可能である。

続いて、プラスイオンの検出について説明する。

初期状態において、Ｖｒｓｔ（＋）は、Ｈｉｇｈ電圧（＋２０Ｖ）に設定される。このとき、Ｖｒｓｔ（＋）をＨｉｇｈ電圧（＋２０Ｖ）に設定するための電源として、ピクセルＴＦＴ４０のゲート電極２ｅにＨｉｇｈ電圧（＋２０Ｖ）を印加するための電源を流用することができる。また、初期状態において、Ｖｄｄは、Ｌｏｗ電圧（０Ｖ）に設定されている。イオン濃度の測定が開始される前、時刻ｔ１において、まず、リセット配線２ｈにＬｏｗ電圧（−２０Ｖ）が印加され、アンテナ４１ｂの電圧（ｎｏｄｅ−Ｚ（＋）の電圧）が−２０Ｖにリセットされる。ｎｏｄｅ−Ｚ（＋）の電圧がリセットされた後、リセット配線２ｈは、ハイインピーダンス状態に保たれる。そして、イオンの導入が開始され、アンテナ４１ｂにプラスイオンが捕集されると、−２０Ｖにリセットされた、すなわち、マイナスにチャージされたｎｏｄｅ−Ｚ（＋）の電圧は、プラスイオンによって中和され上昇する（センシング動作）。プラスイオン濃度が高いほど、電圧が上昇するスピードは速くなる。イオンを導入してから所定の時間が経過した後、時刻ｔ２において、入力配線２０にＨｉｇｈ電圧（＋１０Ｖ）を一時的に印加する。すなわち、入力配線２０に＋１０Ｖのパルス電圧を印加する。また、出力配線２１ｂは、定電流回路２５ｂに接続されている。したがって、入力配線２０に＋１０Ｖのパルス電圧を印加すると、入力配線２０及び出力配線２１ｂには一定の電流が流れる。ただし、センサＴＦＴ３０ｂのゲートの開き具合、すなわち、ｎｏｄｅ−Ｚ（＋）の電圧の差に応じて、出力配線２１ｂの電圧Ｖｏｕｔ（＋）は変化することとなる。この電圧Ｖｏｕｔ（＋）は、イオン濃度を算出するための数値としてＡＤＣ２６ｂで検出される。なお、定電流回路２５ｂを設けず、ｎｏｄｅ−Ｚ（＋）の電圧の差に応じて変化する出力配線２１ｂの電流Ｉｄ（＋）を検出することも可能である。

また、本実施形態では、ＶｄｄのＨｉｇｈ電圧は＋１０Ｖに特に限定されず、リセット配線２ｂ及び２ｈに印加されるＨｉｇｈ電圧、すなわちピクセルＴＦＴ４０のゲート電極２ｅに印加されるＨｉｇｈ電圧と同じ＋２０Ｖとしてもよい。これにより、ＶｄｄのＨｉｇｈ電圧を印加するための電源として、ピクセルＴＦＴ４０のゲート電極２ｅにＨｉｇｈ電圧を印加するための電源を流用することができる。

また、本実施形態では、リセット配線２ｈに印加されるＬｏｗ電圧は−２０Ｖに特に限定されず、ピクセルＴＦＴ４０のゲート電極２ｅに印加されるＬｏｗ電圧と同じ−１０Ｖとしてもよい。これにより、リセット配線２ｈに印加されるＬｏｗ電圧を印加するための電源として、ピクセルＴＦＴ４０のゲート電極２ｅにＬｏｗ電圧を印加するための電源を流用することができる。

以上、実施形態２によれば、両イオンが混在する検体において、プラスイオン及びマイナスイオンの検出結果を用いて、イオン濃度を簡便かつ高精度に算出することが可能となる。なお、その算出方法は、実施形態３で詳述する。

また、実施形態２によれば、両イオンを同時に測定することが可能であるため、どちらか一方のイオンを測定した後に他方のイオンを測定する実施形態１に比べて、より高精度にイオン濃度を測定することが可能となる。

（実施形態３）
実施形態３に係る表示装置は、以下の点以外は、実施形態２と同様の構成を有する。すなわち、実施形態３のイオンセンサ回路３０７は、マイナスイオン検知用センサ回路３０１及びプラスイオン検知用センサ回路３０２を含み、センサ回路３０１及び３０２はそれぞれ、突上げ／突下げ配線を有し、センサ回路３０２は、Ｐチャネル型のセンサＴＦＴ３０ｂの代わりにＮチャネル型のセンサＴＦＴ３０ｃを含む。

図１０を用いて、本実施形態に係るイオンセンサ回路３０７の回路構成について説明する。図１０は、本実施形態に係るイオンセンサ回路３０７とＴＦＴアレイ１０１の一部とを示す等価回路である。本実施形態に係る表示装置は、実施形態１と同じＴＦＴアレイ１０１を有するため、ここでのその説明は省略する。

イオンセンサ回路３０７は、マイナスイオン検知用センサ回路３０１、及び、プラスイオン検知用センサ回路３０２を含む。

まず、マイナスイオン検知用センサ回路３０１について説明する。センサ回路３０１は、イオンセンサ回路１０７と同様の構成を有する。入力配線２０には、Ｈｉｇｈ電圧（＋１０Ｖ）又はＬｏｗ電圧（０Ｖ）が印加され、入力配線２０の電圧をＶｄｄとする。出力配線２１ａの電圧をＶｏｕｔ（−）とする。配線２２ａ、２ｂ同士の交点（ノード）をｎｏｄｅ−Ｚ（−）とする。リセット配線２ｂには、Ｈｉｇｈ電圧（＋２０Ｖ）又はＬｏｗ電圧（−１０Ｖ）が印加され、リセット配線２ｂの電圧をＶｒｓｔ（−）とする。突上げ／突下げ配線２３には、Ｈｉｇｈ電圧又はＬｏｗ電圧（例えば−１０Ｖ）が印加され、突上げ／突下げ配線２３の電圧をＶｒｗ（−）とする。Ｖｒｗ（−）のＨｉｇｈ電圧は、所望の値に調整することが可能である。なお、Ｖｒｗ（−）のＨｉｇｈ電圧を所望の値に調整する方法としては、実施形態１で説明した電源の値を変化させる方法を用いることができる。

続いて、プラスイオン検知用センサ回路３０２について説明する。センサ回路３０２は、接続配線２２ｂが容量４３ｂを介して突上げ／突下げ配線２３ｂが接続されること、Ｐチャネル型のセンサＴＦＴ３０ｂの代わりにＮチャネル型のセンサＴＦＴ３０ｃを含むことを除いて、センサ回路２０２と同様の構成を有する。出力配線２１ｂの電圧をＶｏｕｔ（＋）とする。配線２２ｂ、２ｈ同士の交点（ノード）をｎｏｄｅ−Ｚ（＋）とする。リセット配線２ｈには、Ｈｉｇｈ電圧（＋２０Ｖ）又はＬｏｗ電圧（−１０Ｖ）が印加され、リセット配線２ｈの電圧をＶｒｓｔ（＋）とする。突上げ／突下げ配線２３ｂには、Ｈｉｇｈ電圧又はＬｏｗ電圧（例えば−１０Ｖ）が印加され、突上げ／突下げ配線２３ｂの電圧をＶｒｗ（＋）とする。Ｖｒｗ（＋）のＨｉｇｈ電圧は、所望の値に調整することが可能である。

続いて、図１１及び図１２を用いてイオンセンサ回路の動作機構について詳細に説明する。図１１は、本実施形態に係るマイナスイオン検知用センサ回路のタイミングチャートであり、図１２は、本実施形態に係るプラスイオン検知用センサ回路のタイミングチャートである。図１１及び１２に示すように、イオンセンサ回路３０７は、マイナスイオン検知用センサ回路３０１によるマイナスイオンの検出と、プラスイオン検知用センサ回路３０２によるプラスイオンの検出とを同時に行う。まずマイナスイオンの検出について説明する。

初期状態において、Ｖｒｓｔ（−）は、Ｌｏｗ電圧（−１０Ｖ）に設定される。このとき、Ｖｒｓｔ（−）をＬｏｗ電圧（−１０Ｖ）に設定するための電源として、ピクセルＴＦＴ４０のゲート電極２ｅにＬｏｗ電圧（−１０Ｖ）を印加するための電源を流用することができる。また、初期状態において、Ｖｄｄは、Ｌｏｗ電圧（０Ｖ）に設定されている。イオン濃度の測定が開始される前、時刻ｔ１において、まず、リセット配線２ｂにＨｉｇｈ電圧（＋２０Ｖ）が印加され、アンテナ４１の電圧（ｎｏｄｅ−Ｚ（−）の電圧）が＋２０Ｖにリセットされる。このとき、リセット配線２ｂにＨｉｇｈ電圧（＋２０Ｖ）に設定するための電源として、ピクセルＴＦＴ４０のゲート電極２ｅにＨｉｇｈ電圧（＋２０Ｖ）を印加するための電源を流用することができる。ｎｏｄｅ−Ｚ（−）の電圧がリセットされた後、リセット配線２ｂは、ハイインピーダンス状態に保たれる。そして、イオンの導入が開始され、アンテナ４１にマイナスイオンが捕集されると、＋２０Ｖにリセットされた、すなわち、プラスにチャージされたｎｏｄｅ−Ｚ（−）の電圧は、マイナスイオンによって中和され低下する（センシング動作）。マイナスイオン濃度が高いほど、電圧が低下するスピードは速くなる。イオンを導入してから所定の時間が経過した後、時刻ｔ２において、入力配線２０にＨｉｇｈ電圧（＋１０Ｖ）を一時的に印加する。すなわち、入力配線２０に＋１０Ｖのパルス電圧を印加する。同時に、突上げ／突下げ配線２３に任意のプラスのパルス電圧（Ｈｉｇｈ電圧）を印加し、容量４３を介してｎｏｄｅ−Ｚ（−）の電圧を突上げる。また、出力配線２１は、定電流回路２５に接続されている。したがって、入力配線２０に＋１０Ｖのパルス電圧を印加すると、入力配線２０及び出力配線２１には一定の電流が流れる。ただし、センサＴＦＴ３０のゲートの開き具合、すなわち、突上げられたｎｏｄｅ−Ｚ（−）の電圧の差に応じて、出力配線２１の電圧Ｖｏｕｔ（−）は変化することとなる。この電圧Ｖｏｕｔ（−）は、イオン濃度を算出するための数値としてＡＤＣ２６で検出される。なお、定電流回路２５を設けず、ｎｏｄｅ−Ｚ（−）の電圧の差に応じて変化する出力配線２１の電流Ｉｄ（−）を検出することも可能である。突上げ／突下げ配線２３に印加するプラスの電圧は、高精度にマイナスイオンを検知するのに適したゲートの電圧領域に設定される。よって、ｎｏｄｅ−Ｚ（−）の電圧を突き上げなくとも、ゲートの電位がマイナスイオン濃度の検出に適した電圧領域に入っているのであれば、ｎｏｄｅ−Ｚ（−）の電圧を突上げる必要はない。

続いて、プラスイオンの検出について説明する。

初期状態において、Ｖｒｓｔ（＋）は、Ｈｉｇｈ電圧（＋２０Ｖ）に設定される。このとき、Ｖｒｓｔ（＋）をＨｉｇｈ電圧（＋２０Ｖ）に設定するための電源として、ピクセルＴＦＴ４０のゲート電極２ｅにＨｉｇｈ電圧（＋２０Ｖ）を印加するための電源を流用することができる。また、初期状態において、Ｖｄｄは、Ｌｏｗ電圧（０Ｖ）に設定されている。イオン濃度の測定が開始される前、時刻ｔ１において、まず、リセット配線２ｈにＬｏｗ電圧（−１０Ｖ）が印加され、アンテナ４１ｂの電圧（ｎｏｄｅ−Ｚの電圧）が−１０Ｖにリセットされる。このとき、リセット配線２ｈにＬｏｗ電圧（−１０Ｖ）に設定するための電源として、ピクセルＴＦＴ４０のゲート電極２ｅにＬｏｗ電圧（−１０Ｖ）を印加するための電源を流用することができる。ｎｏｄｅ−Ｚ（＋）の電圧がリセットされた後、リセット配線２ｈは、ハイインピーダンス状態に保たれる。そして、イオンの導入が開始され、アンテナ４１ｂにプラスイオンが捕集されると、−１０Ｖにリセットされた、すなわち、マイナスにチャージされたｎｏｄｅ−Ｚ（＋）の電圧は、プラスイオンによって中和され上昇する（センシング動作）。プラスイオン濃度が高いほど、電圧が上昇するスピードは速くなる。イオンを導入してから所定の時間が経過した後、時刻ｔ２において、入力配線２０にＨｉｇｈ電圧（＋１０Ｖ）を一時的に印加する。すなわち、入力配線２０に＋１０Ｖのパルス電圧を印加する。同時に、突上げ／突下げ配線２３ｂに任意のプラスのパルス電圧（Ｈｉｇｈ電圧）を印加し、容量４３ｂを介してｎｏｄｅ−Ｚ（＋）の電圧を突上げる。また、出力配線２１ｂは、定電流回路２５ｂに接続されている。したがって、入力配線２０に＋１０Ｖのパルス電圧を印加すると、入力配線２０及び出力配線２１ｂには一定の電流が流れる。ただし、センサＴＦＴ３０ｃのゲートの開き具合、すなわち、突上げられたｎｏｄｅ−Ｚ（＋）の電圧の差に応じて、出力配線２１ｂの電圧Ｖｏｕｔ（＋）は変化することとなる。この電圧Ｖｏｕｔ（＋）は、イオン濃度を算出するための数値としてＡＤＣ２６ｂで検出される。なお、定電流回路２５ｂを設けず、ｎｏｄｅ−Ｚ（＋）の電圧の差に応じて変化する出力配線２１ｂの電流Ｉｄ（＋）を検出することも可能である。突上げ／突下げ配線２３ｂに印加するプラスの電圧は、高精度にプラスイオンを検知するのに適したゲートの電圧領域に設定される。

次に、イオン濃度の算出方法について説明する。なお、以下では、例えば、マイナスイオン濃度：プラスイオン濃度＝Ｘ：Ｙであることを「イオン比がＸ：Ｙ」とも言う。

まず、図１３及び図１５に、Ｉｄ（−）及びマイナスイオン濃度の関係を示す曲線（検量線）の一例を、図１４及び図１６に、Ｉｄ（＋）及びプラスイオン濃度の関係を示す曲線（検量線）の一例を示す。これらの検量線は、濃度既知のプラスイオン及びマイナスイオンがほぼ等量含まれる検体を、本実施形態のイオンセンサを用いて測定し、イオン濃度とＩｄ（−）又はＩｄ（＋）との関係をプロットすることによって作成した。また、各図のＩｄ（−）及びＩｄ（＋）は、イオン検知開始からある時間ｔ（時刻ｔ１からｔ２までの時間）経過後の出力である。

なお、センサＴＦＴ３０及び３０ｃのチャネル長はそれぞれ、４μｍとし、チャネル幅はそれぞれ、１００μｍとした。ＶｄｄのＨｉｇｈ電圧は、＋１０Ｖとした。Ｖｒｓｔ（−）のＨｉｇｈ電圧は、＋２０Ｖとした。Ｖｒｓｔ（＋）のＬｏｗ電圧は、−２０Ｖとした。容量４３及び４３ｂの大きさはそれぞれ、１０ｐＦとした。Ｖｒｗ（−）は、Ｌｏｗ電圧＝−１０Ｖ、Ｈｉｇｈ電圧＝＋２０Ｖのパルス電圧とした。Ｖｒｗ（＋）は、Ｌｏｗ電圧＝−１０Ｖ、Ｈｉｇｈ電圧＝＋２０Ｖのパルス電圧とした。アンテナ４１及び４１ｂの面積はそれぞれ、４０００μｍ×４０００μｍとした。

この結果、図１３及び図１４に示す例では、Ｉｄ（−）及びＩｄ（＋）がそれぞれ、図１３の検量線及び図１４の検量線上に存在する場合、プラスイオン濃度及びマイナスイオン濃度はそれぞれ、例えば、５００^３個／ｃｍ^３及び５００^３個／ｃｍ^３となることがわかる。

すなわち、図１５及び図１６に示すように、Ｉｄ（−）及びＩｄ（＋）用の検量線をそれぞれ少なくとも２本得ておけば、センサ回路から得られるＩｄ（−）及びＩｄ（＋）の組み合わせと、各検量線との比較により、両イオンの濃度比を推定でき、その結果、両イオンの濃度を得ることができる。

なお、図１５には、マイナスイオン濃度＜プラスイオン濃度（例えば、イオン比＝１：２）の場合の検量線Ａ（−）と、マイナスイオン濃度＝プラスイオン濃度（イオン比＝１：１）の場合の検量線Ｂ（−）と、マイナスイオン濃度＞プラスイオン濃度（例えば、イオン比＝２：１）の場合の検量線Ｃ（−）とを示し、図１６には、マイナスイオン濃度＜プラスイオン濃度（例えば、イオン比＝１：２）の場合の検量線Ａ（＋）と、マイナスイオン濃度＝プラスイオン濃度（イオン比＝１：１）の場合の検量線Ｂ（＋）と、マイナスイオン濃度＞プラスイオン濃度（例えば、イオン比＝２：１）の場合の検量線Ｃ（＋）とを示する。

また、図１５及び図１６中の楕円で示すように、イオン濃度比よっては、出力Ｉｄが０になるか、飽和する場合があるが、この場合は、Ｉｄ（−）及びＩｄ（＋）を測定する時間ｔを変更すればよい。

また、Ｉｄ（−）及びＩｄ（＋）の全ての組み合わせの検量線を事前に取得しておくことは非現実的であるため、検量線と検量線との間のＩｄ値に関しては演算（補完）で求めることが好ましい。これにより、メモリ（図示せず）の削減及び簡素化が可能である。

なお、検量線と検量線との間のＩｄ値を演算で求められる理由は、以下に示すとおりである。図１３〜１６の測定結果グラフからも明らかな通り、いずれの検量線も１次式となっており、イオン濃度比が変化すれば、その傾きが変化することとなる。したがって、イオン濃度比と傾きの関係を得ておけば、事前に取得している検量線（１次式）以外のイオン濃度比の検量線が推測され、その結果、両イオンの濃度を得ることができる。なお、演算は、例えば、ＬＳＩ１０６、又は、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）上で機能するソフトウェアを用いて行うことができる。

図１７及び図１８を用いて、両イオンの濃度の算出方法をより具体的に説明する。
図１７に示すように、マイナスイオン検知動作によって得られたＩｄ（−）が１５μＡであった場合、検量線との交点は複数存在する（ａ、ｂ、ｃ）。

仮にイオン比が２：１であれば、実際の濃度比は、５００×１０^３個／ｃｍ^３：２５０×１０^３個／ｃｍ^３となり、仮にイオン比が１：１であれば、実際の濃度比は、１０００×１０^３個／ｃｍ^３：１０００×１０^３個／ｃｍ^３となり、仮にイオン比が２：１であれば、実際の濃度比は、２３００×１０^３個／ｃｍ^３：４６００×１０^３個／ｃｍ^３となるはずである。

そして、図１８に示すように、プラスイオン検知動作によって得られたＩｄ（＋）によって検量線との交点が確定する（ａ’、ｂ’又はｃ’）。すなわち、濃度比が確定し、その結果、両イオンの濃度が求まる。

例えば、Ｉｄ（＋）が４μＡであれば、イオン比が２：１であると分かるため、マイナスイオン濃度は、５００×１０^３個／ｃｍ^３、プラスイオン濃度は、２５０×１０^３個／ｃｍ^３と算出される。また、Ｉｄ（＋）が１０μＡであれば、イオン比が１：１であると分かるため、マイナスイオン濃度は、１０００×１０^３個／ｃｍ^３、プラスイオン濃度は、１０００×１０^３個／ｃｍ^３と算出される。そして、Ｉｄ（＋）が４２μＡであれば、イオン比が１：２であると分かるため、マイナスイオン濃度は、２３００×１０^３個／ｃｍ^３、プラスイオン濃度は、４６００×１０^３個／ｃｍ^３と算出される。

以上、実施形態３によれば、両イオンが混在する検体において、プラスイオン及びマイナスイオンの検出結果を用いて、イオン濃度を簡便かつ高精度に算出することが可能となる。

また、実施形態３によれば、両イオンを同時に測定することが可能であるため、どちらか一方のイオンを測定した後に他方のイオンを測定する実施形態１よりも、より高精度に両イオン濃度を測定することが可能となる。

更に、二つのセンサＴＦＴ３０及び３０ｃがいずれもＮチャネル型であるため、センサＴＦＴ３０及び３０ｃを同時に形成することが可能であり、Ｎチャネル型のセンサＴＦＴ３０と、Ｐチャネル型センサＴＦＴ３０ｂとを用いる実施形態２よりも製造コストを削減することが可能となる。

なお、実施形態３においては、Ｎチャネル型のセンサＴＦＴ３０及び３０ｃを用いたが、Ｐチャネル型のＴＦＴを用いてもよい。この場合は、突上げ／突下げ配線２３及び２３ｂによって、ｎｏｄｅ−Ｚ（−）及びｎｏｄｅ−Ｚ（＋）をそれぞれ突き下げ（降圧）すればよい。

また、ｎｏｄｅ−Ｚの突上げ又は突下げ電圧は、（容量の大きさ）／（ｎｏｄｅ−Ｚのトータル容量の大きさ）×ΔＶｐｐの式によって決定される。式中、ΔＶｐｐは、ＶｒｗのＨｉｇｈ電圧と、ＶｒｗのＬｏｗ電圧との差である。したがって、本実施形態では、突上げ／突下げ配線２３及び２３ｂによるｎｏｄｅ−Ｚ（−）及びｎｏｄｅ−Ｚ（＋）の昇圧又は降圧幅は、下記２種類のパラメータによって調節が可能である。１つは、Ｖｒｗ（−）及びＶｒｗ（＋）それぞれのΔＶｐｐであり、もう一つは、容量４３及び４３ｂそれぞれの大きさである。これにより、Ｉｄ比が高く取れる電圧にｎｏｄｅ−Ｚ（−）及びｎｏｄｅ−Ｚ（＋）をそれぞれ容易に調整することができる。また、容量４３及び４３ｂの大きさをそれぞれ調整することによって、Ｖｒｗ（−）及びＶｒｗ（＋）の大きさを共通にすることができる。すなわち、容量４３の大きさ（Ｃ１）及び容量４３ｂの大きさ（Ｃ２）を互いに異なる値に設定し、マイナスイオンを検知するのに最適な値にＣ１を設定し、プラスイオンを検知するのに最適な値にＣ２を設定することができる。そして、容量４３に印加されるパルス電圧の波形（Ｖｒｗ（−）の波形）を、容量４３ｂに印加されるパルス電圧の波形（Ｖｒｗ（＋）の波形）と同じにし、Ｖｒｗ（−）及びＶｒｗ（＋）を印加するための電源を共通化することができる。もちろん、Ｃ１及びＣ２を互いに異ならせる場合も、Ｖｒｗ（−）及びＶｒｗ（＋）の波形を互いに異ならせ、ｎｏｄｅ−Ｚ（−）及びｎｏｄｅ−Ｚ（＋）の突上げ電圧をそれぞれ適宜調整してもよい。

（実施形態４）
実施形態４に係る表示装置は、以下の点以外は、実施形態３と同様の構成を有する。すなわち、実施形態４のイオンセンサ回路４０７は、マイナスイオン検知用センサ回路４０１及びプラスイオン検知用センサ回路４０２を含み、センサ回路４０１は、突上げ／突下げ配線を有さない。

図１９を用いて、本実施形態に係るイオンセンサ回路４０７の回路構成について説明する。図１９は、本実施形態に係るイオンセンサ回路４０７とＴＦＴアレイ１０１の一部とを示す等価回路である。本実施形態に係る表示装置は、実施形態１と同じＴＦＴアレイ１０１を有するため、ここでのその説明は省略する。

イオンセンサ回路４０７は、マイナスイオン検知用センサ回路４０１、及び、プラスイオン検知用センサ回路４０２を含む。

まず、マイナスイオン検知用センサ回路４０１について説明する。センサ回路４０１は、実施形態２のセンサ回路２０１と同様の構成を有する。入力配線２０には、Ｈｉｇｈ電圧（＋１０Ｖ）又はＬｏｗ電圧（０Ｖ）が印加され、入力配線２０の電圧をＶｄｄとする。出力配線２１の電圧をＶｏｕｔ（−）とする。配線２２、２ｂ同士の交点（ノード）をｎｏｄｅ−Ｚ（−）とする。リセット配線２ｂには、Ｈｉｇｈ電圧（＋２０Ｖ）又はＬｏｗ電圧（−１０Ｖ）が印加され、リセット配線２ｂの電圧をＶｒｓｔ（−）とする。接続配線２２には、容量４３を介してアース（ＧＮＤ）が接続される。

続いて、プラスイオン検知用センサ回路４０２について説明する。センサ回路４０２は、実施形態３のセンサ回路３０２と同様の構成を有する。出力配線２１ｂの電圧をＶｏｕｔ（＋）とする。配線２２ｂ、２ｈ同士の交点（ノード）をｎｏｄｅ−Ｚ（＋）とする。リセット配線２ｂには、Ｈｉｇｈ電圧（＋２０Ｖ）又はＬｏｗ電圧（−１０Ｖ）が印加され、リセット配線２ｈの電圧をＶｒｓｔ（＋）とする。突上げ／突下げ配線２３ｂには、Ｈｉｇｈ電圧又はＬｏｗ電圧（例えば−１０Ｖ）が印加され、突上げ／突下げ配線２３ｂの電圧をＶｒｗ（＋）とする。Ｖｒｗ（＋）のＨｉｇｈ電圧は、所望の値に調整することが可能である。なお、Ｖｒｗ（＋）のＨｉｇｈ電圧を所望の値に調整する方法としては、実施形態１で説明した電源の値を変化させる方法を用いることができる。

続いて、図２０及び図２１を用いてイオンセンサ回路の動作機構について詳細に説明する。図２０は、マイナスイオンを検知する場合の本実施形態に係るマイナスイオン検知用センサ回路のタイミングチャートであり、図２１は、本実施形態に係るプラスイオン検知用センサ回路のタイミングチャートである。図２０及び図２１に示すように、イオンセンサ回路４０７は、マイナスイオン検知用センサ回路４０１によるマイナスイオンの検出と、プラスイオン検知用センサ回路４０２によるプラスイオンの検出とを同時に行う。まずマイナスイオンの検出について説明する。

初期状態において、Ｖｒｓｔ（−）は、Ｌｏｗ電圧（−１０Ｖ）に設定される。このとき、Ｖｒｓｔ（−）をＬｏｗ電圧（−１０Ｖ）に設定するための電源として、ピクセルＴＦＴ４０のゲート電極２ｅにＬｏｗ電圧（−１０Ｖ）を印加するための電源を流用することができる。また、初期状態において、Ｖｄｄは、Ｌｏｗ電圧（０Ｖ）に設定されている。イオン濃度の測定が開始される前、時刻ｔ１において、まず、リセット配線２ｂにＨｉｇｈ電圧（＋２０Ｖ）が印加され、アンテナ４１ａの電圧（ｎｏｄｅ−Ｚ（−）の電圧）が＋２０Ｖにリセットされる。このとき、Ｖｒｓｔ（−）を印加するための電源として、ピクセルＴＦＴ４０のゲート電極２ｅにＨｉｇｈ電圧（＋２０Ｖ）を印加するための電源を流用することができる。ｎｏｄｅ−Ｚ（−）の電圧がリセットされた後、リセット配線２ｂは、ハイインピーダンス状態に保たれる。そして、イオンの導入が開始され、アンテナ４１ａにマイナスイオンが捕集されると、＋２０Ｖにリセットされた、すなわち、プラスにチャージされたｎｏｄｅ−Ｚ（−）の電圧は、マイナスイオンによって中和され低下する（センシング動作）。マイナスイオン濃度が高いほど、電圧が低下するスピードは速くなる。イオンを導入してから所定の時間が経過した後、時刻ｔ２において、入力配線２０にＨｉｇｈ電圧（＋１０Ｖ）を一時的に印加する。すなわち、入力配線２０に＋１０Ｖのパルス電圧を印加する。また、出力配線２１ａは、定電流回路２５に接続されている。したがって、入力配線２０に＋１０Ｖのパルス電圧を印加すると、入力配線２０及び出力配線２１ａには一定の電流が流れる。ただし、センサＴＦＴ３０のゲートの開き具合、すなわち、ｎｏｄｅ−Ｚ（−）の電圧の差に応じて、出力配線２１ａの電圧Ｖｏｕｔ（−）は変化することとなる。この電圧Ｖｏｕｔ（−）は、イオン濃度を算出するための数値としてＡＤＣ２６で検出される。なお、定電流回路２５を設けず、ｎｏｄｅ−Ｚ（−）の電圧の差に応じて変化する出力配線２１ａの電流Ｉｄ（−）を検出することも可能である。

続いて、プラスイオンの検出について説明する。

初期状態において、Ｖｒｓｔ（＋）は、Ｈｉｇｈ電圧（＋２０Ｖ）に設定される。このとき、Ｖｒｓｔ（＋）をＨｉｇｈ電圧（＋２０Ｖ）に設定するための電源として、ピクセルＴＦＴ４０のゲート電極２ｅにＨｉｇｈ電圧（＋２０Ｖ）を印加するための電源を流用することができる。また、初期状態において、Ｖｄｄは、Ｌｏｗ電圧（０Ｖ）に設定されている。イオン濃度の測定が開始される前、時刻ｔ１において、まず、リセット配線２ｈにＬｏｗ電圧（−１０Ｖ）が印加され、アンテナ４１ｂの電圧（ｎｏｄｅ−Ｚ（＋）の電圧）が−１０Ｖにリセットされる。このとき、リセット配線２ｈにＬｏｗ電圧（−１０Ｖ）に設定するための電源として、ピクセルＴＦＴ４０のゲート電極２ｅにＬｏｗ電圧（−１０Ｖ）を印加するための電源を流用することができる。ｎｏｄｅ−Ｚ（＋）の電圧がリセットされた後、リセット配線２ｈは、ハイインピーダンス状態に保たれる。そして、イオンの導入が開始され、アンテナ４１ｂにプラスイオンが捕集されると、−１０Ｖにリセットされた、すなわち、マイナスにチャージされたｎｏｄｅ−Ｚ（＋）の電圧は、プラスイオンによって中和され上昇する（センシング動作）。プラスイオン濃度が高いほど、電圧が上昇するスピードは速くなる。イオンを導入してから所定の時間が経過した後、時刻ｔ２において、入力配線２０にＨｉｇｈ電圧（＋１０Ｖ）を一時的に印加する。すなわち、入力配線２０に＋１０Ｖのパルス電圧を印加する。同時に、突上げ／突下げ配線２３ｂに任意のプラスのパルス電圧（Ｈｉｇｈ電圧）を印加し、容量４３ｂを介してｎｏｄｅ−Ｚ（＋）の電圧を突上げる。また、出力配線２１ｂは、定電流回路２５ｂに接続されている。したがって、入力配線２０に＋１０Ｖのパルス電圧を印加すると、入力配線２０及び出力配線２１ｂには一定の電流が流れる。ただし、センサＴＦＴ３０ｃのゲートの開き具合、すなわち、突上げられたｎｏｄｅ−Ｚ（＋）の電圧の差に応じて、出力配線２１ｂの電圧Ｖｏｕｔ（＋）は変化することとなる。この電圧Ｖｏｕｔ（＋）は、イオン濃度を算出するための数値としてＡＤＣ２６ｂで検出される。なお、定電流回路２５ｂを設けず、ｎｏｄｅ−Ｚ（＋）の電圧の差に応じて変化する出力配線２１ｂの電流Ｉｄ（＋）を検出することも可能である。突上げ／突下げ配線２３ｂに印加するプラスの電圧は、高精度にプラスイオンを検知するのに適したゲートの電圧領域に設定される。

なお、本実施形態では、ＶｄｄのＨｉｇｈ電圧は＋１０Ｖに特に限定されず、リセット配線２ｂ及び２ｈに印加されるＨｉｇｈ電圧、すなわちピクセルＴＦＴ４０のゲート電極２ｅに印加されるＨｉｇｈ電圧と同じ＋２０Ｖとしてもよい。これにより、ＶｄｄのＨｉｇｈ電圧を印加するための電源として、ピクセルＴＦＴ４０のゲート電極２ｅにＨｉｇｈ電圧を印加するための電源を流用することができる。

以上、実施形態４によれば、両イオンが混在する検体において、プラスイオン及びマイナスイオンの検出結果を用いて、イオン濃度を簡便かつ高精度に算出することが可能となる。なお、その算出方法は、実施形態３で説明した通りである。

また、実施形態４によれば、両イオンを同時に測定することが可能であるため、どちらか一方のイオンを測定した後に他方のイオンを測定する実施形態１よりも、より高精度に両イオン濃度を測定することが可能となる。

更に、二つのセンサＴＦＴ３０及び３０ｃがいずれもＮチャネル型であるため、センサＴＦＴ３０及び３０ｃを同時に形成することが可能であり、Ｎチャネル型のセンサＴＦＴ３３０と、Ｐチャネル型センサＴＦＴ３０ｂとを用いる実施形態２によりも製造コストを削減することが可能となる。

そして、実施形態４においては、突上げ／突下げ配線によってｎｏｄｅ−Ｚ（−）の電圧を調整しないため、突上げ／突下げ配線２３によってｎｏｄｅ−Ｚ（−）の電圧を調整する実施形態３よりも製造コストを抑えることが可能となる。

なお、実施形態４においては、Ｎチャネル型のセンサＴＦＴ３０及びセンサＴＦＴ３０ｃを用いたが、Ｐチャネル型のＴＦＴを用いてもよい。この場合は、プラスイオン検知用センサ回路４０２に突上げ／突下げ配線を設けず、マイナスイオン検知用センサ回路４０１に突上げ／突下げ配線２３を設ければよい。

以下に、実施形態１〜４の変形例を示す。
実施形態１〜４では、液晶表示装置を例に用いて説明したが、各実施形態の表示装置は、有機ＥＬディスプレイ、プラズマディスプレイ等のＦＰＤであってもよい。

実施形態１〜４では、Ｉｄとイオン濃度との関係を示す検量線を用いてイオン濃度を算出したが、例えば図２６に示すようなＬＵＴを参照してイオン濃度を算出してもよい。図２６は、Ｉｄ（−）が１５μＡのときに参照されるＬＵＴである。ＬＵＴは、例えば、「Ｉｄ（−）が１５μＡ、Ｉｄ（＋）が１０μＡのとき、イオン比は１：１、マイナスイオン濃度は１０００×１０^３個／ｃｍ^３、プラスイオン濃度は、１０００×１０^３個／ｃｍ^３」というように、Ｉｄ（−）及びＩｄ（＋）の種々の組み合わせと、それに対応するイオン比、マイナスイオン濃度及びプラスイオン濃度の解の組み合わせとを含む一覧表であり、メモリ（図示せず）に記憶される。なお、イオン比はＬＵＴ内に含まれなくてもよい。また、マイナス又はプラスイオンの濃度のみを算出すればよい場合は、マイナス又はプラスイオンの濃度はＬＵＴ内に含まれなくてもよい。

また、検量線を用いる場合と同様に、Ｉｄ（−）及びＩｄ（＋）の全ての組み合わせのＬＵＴを事前に取得しておくことは非現実的であるため、各組み合わせ間のＩｄ値に関しては演算（補完）で求めることが好ましい。これにより、メモリの削減及び簡素化が可能である。

定電流回路は、設けられなくてもよい。すなわち、センサＴＦＴのソース及びドレイン間の電流を測定することでイオン濃度を算出してもよい。

イオンセンサ１２０に形成されるＴＦＴの導電型と、表示部１３０に形成されるＴＦＴの導電型とは、互いに異なっていてもよい。

水素化ａ−Ｓｉ層の代わりに、μｃ−Ｓｉ層、ｐ−Ｓｉ層、ＣＧ−Ｓｉ層、酸化物半導体層を用いてもよい。ただし、μｃ−Ｓｉは、ａ−Ｓｉ同様、光に対する感度が高いので、μｃ−Ｓｉ層を含むＴＦＴは、遮光されることが好ましい。一方、ｐ−Ｓｉ、ＣＧ−Ｓｉ及び酸化物半導体は、光に対する感度が低いので、ｐ−Ｓｉ層、ＣＧ−Ｓｉ層、又は、酸化物半導体層を含むＴＦＴは、遮光されなくてもよい。

基板１ａ上に形成されるＴＦＴの種類は、ボトムゲート型に限定されず、トップゲート型、プレーナ型等であってもよい。また、例えば、センサＴＦＴをプレーナ型とした場合、アンテナは、センサＴＦＴのチャネル領域上に形成されてもよい。すなわち、センサＴＦＴのゲート電極を露出させ、ゲート電極自体をイオンセンサアンテナとして機能させてもよい。

なお、イオンセンサ１２０に形成されるＴＦＴの種類と、表示部１３０に形成されるＴＦＴの種類とは、互いに異なっていてもよい。

また、実施形態１〜４においては、イオンセンサ１２０に形成されるＴＦＴに含まれる半導体の種類と、表示部１３０に形成されるＴＦＴの半導体の種類とは、互いに異なっていてもよいが、製造工程を簡略化する観点からは、同じであることが好ましい。

ゲートドライバ１０３、ソースドライバ１０４及び駆動／読出し回路１０５は、モノリシック化され、基板１ａ上に直接形成されてもよい。

上述した実施形態は、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、適宜組み合わされてもよい。

なお、本願は、２０１０年６月３日に出願された日本国特許出願２０１０−１２８１６９号を基礎として、パリ条約ないし移行する国における法規に基づく優先権を主張するものである。該出願の内容は、その全体が本願中に参照として組み込まれている。

１ａ、１ｂ：絶縁性基板
２ａ：イオンセンサアンテナ電極
２ｂ、２ｈ、２ｉ：リセット配線
２ｃ、２ｆ、８、８ｂ：容量電極
２ｄ、２ｅ、２ｇ：ゲート電極
３、５２、５７：絶縁膜
４ａ、４ｂ、４ｃ：水素化ａ−Ｓｉ層
５ａ、５ｂ、５ｃ：ｎ＋ａ−Ｓｉ層
６ａ、６ｂ、６ｃ：ソース電極
７ａ、７ｂ、７ｃ：ドレイン電極
９：パッシベーション膜
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ：コンタクトホール
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ：透明導電膜
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ：第一遮光膜
１３：カラーフィルタ
２０、２７：入力配線
２１、２１ｂ、２１ｃ：出力配線
２２、２２ｂ、２２ｃ：接続配線
２３、２３ｂ：突上げ／突下げ配線
２５、２５ｂ：定電流回路
２６、２６ｂ：アナログ−デジタル変換回路（ＡＤＣ）
３０、３０ｂ、３０ｃ：センサＴＦＴ
３１ａ、３１ｂ：偏光板
３２：液晶
３６：液晶補助容量（Ｃｓ）
４０：ピクセルＴＦＴ
４１、４１ｂ、４１ｃ：イオンセンサアンテナ
４２：空気イオン導入／導出路
４３、４３ｂ、４３ｃ：容量
５０：ＴＦＴ
６２、６３、６４：電源
６５、６６、６７、６８、６９：スイッチ
１０１：表示部駆動用ＴＦＴアレイ
１０３：ゲートドライバ（表示用走査信号線駆動回路）
１０４：ソースドライバ（表示用映像信号線駆動回路）
１０５：イオンセンサ駆動／読出し回路
１０６：演算処理ＬＳＩ
１０７、２０７、３０７、４０７：イオンセンサ回路
１０９：電源回路
１１０：表示装置
１２０、１２５：イオンセンサ
１３０、１３５：表示部
２０１、３０１、４０１：マイナスイオン検知用センサ回路
２０２、３０２、４０２：プラスイオン検知用センサ回路

Claims (7)

1. 電界効果トランジスタを含むイオンセンサであって、
   前記イオンセンサは、前記電界効果トランジスタを用いてマイナスイオン及びプラスイオンの一方を検出した後、続けて、前記電界効果トランジスタを用いてマイナスイオン及びプラスイオンの他方を検出し、
   前記イオンセンサは、キャパシタを更に含み、
   前記キャパシタの一方の端子は、前記電界効果トランジスタのゲート電極に接続され、前記キャパシタの他方の端子には、電圧が印加され、
   前記電圧は、可変である
   ことを特徴とするイオンセンサ。
2. 前記イオンセンサは、マイナスイオンの検出結果及びプラスイオンの検出結果を用いて、マイナスイオン濃度及びプラスイオン濃度の少なくとも一方を算出する
   ことを特徴とする請求項１記載のイオンセンサ。
3. 前記マイナスイオン濃度及びプラスイオン濃度の少なくとも一方は、予め作成された検量線又はルックアップテーブルを用いて決定される
   ことを特徴とする請求項２記載のイオンセンサ。
4. 前記電界効果トランジスタは、アモルファスシリコン、微結晶シリコン、ポリシリコン、連続粒界結晶シリコン又は酸化物半導体を含む
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のイオンセンサ。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載のイオンセンサと、表示部駆動回路を含む表示部とを備えた表示装置であって、
   前記表示装置は、基板を有し、
   前記電界効果トランジスタと、前記表示部駆動回路の少なくとも一部とは、前記基板の同一主面上に形成される
   ことを特徴とする表示装置。
6. 請求項１〜４のいずれかに記載のイオンセンサの駆動方法であって、
   前記駆動方法は、前記電界効果トランジスタを用いてマイナスイオン及びプラスイオンの一方を検出した後、続けて、前記電界効果トランジスタを用いてマイナスイオン及びプラスイオンの他方を検出する
   ことを特徴とするイオンセンサの駆動方法。
7. 請求項１〜４のいずれかに記載のイオンセンサを用いたイオン濃度の算出方法であって、
   前記算出方法は、前記電界効果トランジスタを用いてマイナスイオン及びプラスイオンの一方を検出する第一ステップと、
   前記第一ステップの後、続けて、前記電界効果トランジスタを用いてマイナスイオン及びプラスイオンの他方を検出する第二ステップとを含む
   ことを特徴とするイオン濃度の算出方法。

Images