WO2011152210A1 - 表示装置 - Google Patents

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WO2011152210A1
WO2011152210A1 PCT/JP2011/061384 JP2011061384W WO2011152210A1 WO 2011152210 A1 WO2011152210 A1 WO 2011152210A1 JP 2011061384 W JP2011061384 W JP 2011061384W WO 2011152210 A1 WO2011152210 A1 WO 2011152210A1
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WO
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ion sensor
display device
ion
tft
antenna
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PCT/JP2011/061384
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村井　淳人
片岡　義晴
卓哉 渡部
祐子 久田
智 堀内
Original Assignee
シャープ株式会社
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Publication date
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Priority to JP2012518318A priority patent/JP5410605B2/ja
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/403—Cells and electrode assemblies
    • G01N27/414—Ion-sensitive or chemical field-effect transistors, i.e. ISFETS or CHEMFETS
    • G01N27/4141—Ion-sensitive or chemical field-effect transistors, i.e. ISFETS or CHEMFETS specially adapted for gases
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
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    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
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    • G02—OPTICS
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    • G02F1/13306—Circuit arrangements or driving methods for the control of single liquid crystal cells
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    • H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00

Definitions

  • the present invention relates to a display device. In more detail, it is related with the display apparatus provided with the ion sensor part.
  • an ion generating element capable of easily quantifying ions
  • a remote controller for home appliances with a built-in ion sensor, and the like are disclosed. More specifically, an ion generating element including an ion sensor unit that quantifies positive ions and negative ions generated from the ion generating unit and a display unit that displays the quantified amount of ions is known (for example, (See Patent Document 1).
  • a remote controller for home appliances with built-in ion sensors which includes an ion sensor that measures the ion concentration in the atmosphere and a display unit that displays the current state of the home appliance (for example, a patent) Reference 2).
  • the ion sensor unit 125 and the display unit 135 are separately formed as shown in FIG. That is, the ion sensor unit 125 and the display unit 135 are formed by different processes using different materials. Therefore, there is room for improvement in that it is difficult to reduce the size and the manufacturing cost is increased.
  • the ion sensor unit 125 and the display unit 135 are separately formed.
  • the ion sensor When the present inventors investigated the size of the ion sensor provided in the conventional ion generator, the ion sensor has several capacitors, several resistors, one operational amplifier, one connector, an antenna pad, It consists of a printed circuit board (PWB) or the like, and the occupied area of the ion sensor is about 15 mm ⁇ 45 mm, of which the occupied area of the antenna pad is about 10 mm ⁇ 10 mm.
  • the conventional ion sensor unit is relatively large in the order of millimeters.
  • the present invention has been made in view of the above situation, and an object of the present invention is to provide a display device including an ion sensor unit and a display unit, which can be reduced in size and is inexpensive. .
  • the inventors of the present invention have variously studied an inexpensive device that includes an ion sensor unit and a display unit, and is configured to include at least one substrate such as a liquid crystal display device. We focused on using display devices. In addition, it has been found that the ion sensor and the display unit are separately formed so that the cost is high, and at least a part of the ion sensor circuit included in the ion sensor unit and the display unit are included. By providing at least a part of the display unit driving circuit to be provided on the same main surface of the substrate, the ion sensor circuit can be provided in an empty space such as a frame region of the substrate, and the display unit driving circuit is formed. The inventors have found that an ion sensor circuit can be formed by using a process, and have conceived that the above-mentioned problems can be solved brilliantly, and have reached the present invention.
  • one aspect of the present invention is a display device including an ion sensor unit including an ion sensor circuit and a display unit including a display unit driving circuit, the display device including a substrate, and the ion sensor At least a part of the circuit and at least a part of the display unit driving circuit are display devices formed on the same main surface of the substrate.
  • the display device will be described in detail.
  • a flat panel display (FPD) is mentioned suitably.
  • the FPD include a liquid crystal display device, an organic EL (Organic Electro-Luminescence) display, a plasma display, and the like.
  • the ion sensor unit includes an element for measuring an ion concentration in the air, and includes, for example, a fan and an introduction path for introducing ions into the ion sensor circuit in addition to the ion sensor circuit. .
  • the ion sensor circuit includes elements (preferably a field effect transistor (hereinafter also referred to as “FET”) and an ion sensor antenna) necessary for converting the ion concentration in the air into an electrical physical quantity. Including at least a function of detecting (collecting) ions. More specifically, it is preferable that the ion sensor unit includes an ion sensor element, and at least a part of the ion sensor circuit is the ion sensor element.
  • the ion sensor element is a minimum necessary element for converting the ion concentration in the air into an electrical physical quantity.
  • the display unit includes an element for exhibiting a display function, and includes, for example, a display element, an optical film, and the like in addition to the display unit driving circuit.
  • the display unit driving circuit is a circuit for driving a display element, and includes circuits such as a TFT array, a gate driver, and a source driver. Particularly, at least a part of the display unit driving circuit is preferably a TFT array.
  • a display element is an element having a light emitting function or a dimming function (light shutter function), and is provided for each pixel or sub-pixel of the display device.
  • a liquid crystal display device generally includes a pair of substrates facing each other and a display element having a dimming function between both substrates. More specifically, a display element of a liquid crystal display device usually includes a pair of electrodes and a liquid crystal sandwiched between both substrates.
  • An organic EL display usually includes a display element having a light emitting function on a substrate. More specifically, the display element of an organic EL display usually includes a structure in which an anode, an organic light emitting layer, and a cathode are laminated.
  • a plasma display usually includes a pair of substrates facing each other and a display element having a light emitting function between both the substrates. More specifically, a light-emitting element of a plasma display usually includes a pair of electrodes, a phosphor formed on one substrate, and a rare gas sealed between the two substrates.
  • the configuration of the display device is not particularly limited by other components as long as such components are essential. A preferred embodiment of the display device will be described in detail below.
  • the ion sensor circuit includes a first field effect transistor (first FET) and an ion sensor antenna, the ion sensor antenna is connected to a gate electrode of the first FET, and the display unit driving circuit includes a second electric field It is preferable that the first FET, the ion sensor antenna, and the second FET are formed on the same main surface of the substrate, including an effect transistor (second FET).
  • first FET field effect transistor
  • second FET effect transistor
  • the ion sensor antenna is a conductive member that senses (collects) ions in the air. Therefore, when ions arrive at the ion sensor antenna, the surface of the ion sensor antenna is charged by the ions, and the potential of the gate electrode of the first FET connected to the ion sensor antenna changes, and as a result, the first FET The electrical resistance of the channel changes.
  • the parallel plate type electrode for the ion sensor part was common.
  • the ion sensor part of patent document 1 is provided with the flat plate type acceleration electrode and collection electrode which oppose.
  • Such a parallel plate type ion sensor unit is difficult to process in the order of ⁇ m because of the limit of processing accuracy in manufacturing, and thus it is difficult to reduce the size.
  • a parallel plate electrode composed of a pair of ion acceleration electrode and ion collection electrode is used for the ion sensor part, which is difficult to downsize. is there.
  • the gap between electrodes is generally about 3 to 5 ⁇ m, and electrodes are provided on the TFT array substrate and the counter substrate, respectively. Even if the sensor is formed, it is considered difficult to introduce ions into the gap.
  • an ion sensor element using an FET and an antenna as in the above embodiment does not require a counter substrate, so that a display device including an ion sensor can be downsized.
  • the type of the first FET and the second FET is not particularly limited, but a thin film transistor (hereinafter also referred to as “TFT”) is preferable.
  • TFT is suitably used for an active matrix liquid crystal display device or an organic EL display device.
  • the semiconductor material is not particularly limited.
  • amorphous silicon a-Si
  • polysilicon p-Si
  • microcrystalline silicon ⁇ c-Si
  • continuous grain boundary crystalline silicon CG-Si
  • oxide A semiconductor etc.
  • the ion sensor antenna preferably has a surface (exposed portion) including a transparent conductive film.
  • the surface of the ion sensor antenna is preferably covered with a transparent conductive film.
  • the transparent conductive film is resistant to corrosion, and thus it is possible to prevent the non-exposed portion (for example, a portion including the metal wiring) of the ion sensor antenna from being exposed to the external environment and being corroded.
  • the transparent conductive film is a first transparent conductive film
  • the display unit has a second transparent conductive film. Since the transparent conductive film has both conductivity and optical transparency, the second transparent conductive film can be suitably used as the transparent electrode of the display unit according to the above embodiment.
  • the materials and processes for forming the first transparent conductive film and the second transparent conductive film can be made the same as each other, the first transparent conductive film can be formed at low cost. It becomes.
  • the first transparent conductive film and the second transparent conductive film preferably include the same material, and more preferably include only the same material. Thereby, the first transparent conductive film can be formed at a lower cost.
  • the material of the first transparent conductive film and the second transparent conductive film is not particularly limited.
  • indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide (IZO), Zinc oxide (ZnO), fluorine-doped tin oxide (FTO: Fluorine-doped Tin Oxide) and the like are preferably used.
  • the first FET preferably includes a semiconductor whose characteristics are changed by light, and the semiconductor is preferably shielded from light by a light shielding film.
  • the semiconductor whose characteristics are changed by light include a-Si and ⁇ c-Si. Therefore, in order to use these semiconductors for an ion sensor, it is preferable that the characteristics are not changed by shielding light. Therefore, by shielding a semiconductor whose characteristics are changed by light, the semiconductor whose characteristics are changed by light can be suitably used not only in the display unit but also in the ion sensor unit.
  • the light shielding film shields the first FET from light outside the display device (external light) and / or light inside the display device.
  • Examples of light inside the display device include reflected light generated inside the display device.
  • the display device is a self-luminous type such as an organic EL or a plasma display
  • light from a light emitting element included in the display device can be used.
  • a liquid crystal display device that is a non-self-luminous type light from a backlight can be used. Reflected light or the like generated inside the display device is about several tens of Lx, and the influence on the first FET is relatively small.
  • As external light sunlight, indoor lighting (for example, a fluorescent lamp), etc. are mentioned.
  • the light shielding film preferably shields the first FET from at least external light, and more preferably blocks both external light and light inside the display device.
  • the light shielding film is a first light shielding film
  • the display unit has a second light shielding film.
  • a second light shielding film can be provided at the boundary of each pixel or sub-pixel of the display unit for the purpose of suppressing color mixing.
  • at least a part of the materials and processes for forming the first light shielding film and the second light shielding film can be made the same, and the first light shielding film can be formed at low cost.
  • the first light-shielding film and the second light-shielding film preferably include the same material, and more preferably include only the same material. Thereby, the first light shielding film can be formed at a lower cost.
  • the ion sensor antenna preferably does not overlap the channel region of the first FET.
  • the ion sensor antenna does not need to be shielded from light because it usually does not include a semiconductor whose characteristics change due to light. That is, even if the first FET needs to be shielded from light, it is not necessary to provide a light shielding film around the ion sensor antenna. Therefore, if the ion sensor antenna is provided outside the channel region as in the above embodiment, the placement location of the ion sensor antenna can be freely determined without being restricted by the placement location of the first FET. Therefore, the ion antenna can be easily formed in a place where ions can be detected more effectively, for example, in a place near the flow path for guiding the atmosphere to the ion sensor antenna or the fan.
  • the position where the ion sensor antenna is formed is not particularly limited as long as it does not overlap the channel region of the first FET, but it is preferably formed inside the introduction path for introducing ions. Furthermore, it is more preferable that it is formed outside the channel region of the first FET and at the end of the substrate than the first FET.
  • the ion sensor antenna may overlap the channel region of the first FET.
  • the ion sensor antenna may overlap the channel region of the first FET.
  • the gate electrode of the TFT itself can function as an ion sensor antenna. Therefore, the ion sensor element can be further downsized.
  • At least a part of the ion sensor circuit and at least a part of the display unit driving circuit are connected to a common power source.
  • the ion sensor unit and the display unit can reduce the cost for forming the power source and the space for arranging the power source than those having separate power sources. Can do. More specifically, it is preferable that at least the source or drain of the first FET and the gate of the TFT of the TFT array are connected to a common power source.
  • the first FET preferably includes a-Si or ⁇ c-Si.
  • a-Si or ⁇ c-Si By using relatively inexpensive a-Si or ⁇ c-Si, it is possible to provide an ion sensor that can detect both ions with high accuracy while being low in cost.
  • a product related to the display device is not particularly limited, and preferably, a stationary display such as a television or a display for a personal computer is used.
  • a stationary display such as a television or a display for a personal computer
  • the ion concentration in the indoor environment where the stationary display is placed can be displayed on the display.
  • mobile devices such as mobile phones and PDAs (Personal Digital Assistants) are also preferable examples. This makes it possible to easily measure the ion concentration at various locations.
  • an ion generator provided with a display unit can be cited as a suitable example, whereby the concentration of ions released from the ion generator can be displayed on the display unit.
  • FIG. 1 is a block diagram of a display device according to Embodiments 1 and 2.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view illustrating a cross section of a display device according to Embodiments 1 and 2.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view illustrating a cross section of a display device according to Embodiments 1 and 2.
  • FIG. 4 is an equivalent circuit showing the ion sensor circuit 107 and a part of the TFT array 101 according to the first and second embodiments.
  • 3 is a timing chart of the ion sensor circuit according to the first embodiment.
  • 6 is a timing chart of the ion sensor circuit according to the second embodiment.
  • 4 is a graph showing changes in Id with time in four types of air according to Example 1; 4 is a graph showing changes with time in node-Z potentials in four types of air according to Example 1; It is a schematic diagram which shows the conventional ion generating element. It is a cross-sectional schematic diagram which shows the cross section of the conventional remote controller for household appliances with a built-in ion sensor.
  • FIG. 1 is a block diagram of a display device according to the present embodiment.
  • the display device 110 is a liquid crystal display device, and includes an ion sensor unit 120 for measuring ion concentration in the air and a display unit 130 for displaying various images.
  • the display unit 130 includes a display unit driving TFT array 101, a gate driver (display scanning signal line driving circuit) 103, and a source driver (display video signal line driving circuit) 104 as the display unit driving circuit 115.
  • the ion sensor unit 120 includes an ion sensor driving / reading circuit 105, an arithmetic processing LSI 106, and an ion sensor circuit 107.
  • the power supply circuit 109 is shared by the ion sensor unit 120 and the display unit 130.
  • the display unit 130 has a circuit configuration similar to that of an active matrix display device such as a conventional liquid crystal display device. That is, an image is displayed by line sequential driving in an area where the TFT array 101 is formed, that is, a display area.
  • the ion sensor circuit 107 detects (collects) negative ions in the air, and generates a voltage value corresponding to the amount of detected negative ions. This voltage value is sent to the driving / reading circuit 105 where it is converted into a digital signal. This signal is sent to the LSI 106, where the negative ion concentration is calculated based on a predetermined calculation method, and display data for displaying the calculation result in the display area is generated. This display data is transmitted to the TFT array 101 via the source driver 104, and the negative ion concentration corresponding to the display data is finally displayed.
  • the power supply circuit 109 supplies power to the TFT array 101, the gate driver 103, the source driver 104, and the drive / read circuit 105.
  • the drive / read circuit 105 controls reset wiring and input wiring, which will be described later, and supplies predetermined power to each wiring at a desired timing.
  • the driving / reading circuit 105 may be included in other circuits such as the ion sensor circuit 107, the gate driver 103, and the source driver 104, or may be included in the LSI 106.
  • the arithmetic processing may be performed using software that functions on a personal computer (PC) instead of the LSI 106.
  • PC personal computer
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the display device in a state cut along line A1-A2 shown in FIG.
  • the ion sensor unit 120 includes an ion sensor circuit 107, an air ion introduction / derivation path 42, a fan (not shown), and a light shielding film 12a (first light shielding film).
  • the ion sensor circuit 107 includes a sensor TFT (first FET) 30 and an ion sensor antenna 41 which are ion sensor elements.
  • the display unit 130 includes a TFT array 101 including pixel TFTs (second FETs) 40, a light shielding film 12b (second light shielding film), a color filter 13 including colors such as RGB and RGBY, a liquid crystal 32, Polarizing plates 31a and 31b are provided.
  • a TFT array 101 including pixel TFTs (second FETs) 40, a light shielding film 12b (second light shielding film), a color filter 13 including colors such as RGB and RGBY, a liquid crystal 32, Polarizing plates 31a and 31b are provided.
  • the antenna 41 is a conductive member that detects (collects) negative ions in the air, and is connected to the gate of the sensor TFT 30.
  • the antenna 41 includes a portion (exposed portion) exposed to the external environment, and when negative ions adhere to the surface (exposed portion) of the antenna 41, the potential of the antenna 41 changes, and the potential of the gate of the sensor TFT 30 also changes accordingly. Change. As a result, the current and / or voltage between the source and drain of the sensor TFT 30 changes.
  • the ion sensor element is formed of the antenna 41 and the sensor TFT 30, and thus can be made smaller than the conventional parallel plate ion sensor.
  • the introduction / extraction path 42 is a path for efficiently ventilating the antenna 41, and air flows from the front of FIG. 2 to the back or from the back to the front of FIG. 2 by a fan.
  • the display device 110 includes two insulating substrates 1a and 1b, most of which face each other, and a liquid crystal 32 is sandwiched between the substrates 1a and 1b.
  • the sensor TFT 30 and the TFT array 101 are provided on the main surface on the liquid crystal side of the substrate 1a (TFT array substrate) at a position where the substrates 1a and 1b face each other.
  • a large number of pixel TFTs (second FETs) 40 are arranged in a matrix.
  • the antenna 41, the introduction / extraction path 42, and the fan are provided on the main surface of the substrate 1a on the liquid crystal side at a position where the substrates 1a and 1b do not face each other.
  • the antenna 41 is provided outside the channel region of the sensor TFT 30.
  • the antenna 41 can be easily arranged near the introduction / extraction path 42 and the fan, so that the atmosphere can be efficiently sent to the antenna 41.
  • the sensor TFT 30 and the light shielding film 12a are provided at an end portion (frame region) of the display unit 130. This makes it possible to effectively use the space in the frame area, so that the ion sensor circuit 107 can be formed without changing the size of the display device 110.
  • the sensor TFT 30 and the ion sensor antenna 41 included in the ion sensor circuit 107 and the TFT array 101 included in the display unit driving circuit 115 are formed on the same main surface of the substrate 1a. Thereby, the sensor TFT 30 and the ion sensor antenna 41 can be formed by using the process of forming the TFT array 101.
  • the light shielding films 12a and 12b and the color filter 13 are provided on the liquid crystal side main surface of the substrate 1b (counter substrate) at a position where the substrates 1a and 1b face each other.
  • the light shielding film 12 a is provided at a position facing the sensor TFT 30, and the light shielding film 12 b and the color filter 13 are provided at a position facing the TFT array 101.
  • the sensor TFT 30 includes a-Si, which is a semiconductor whose characteristics with respect to light change.
  • the sensor TFT 30 is shielded from light by the light shielding film 12a, it is possible to suppress the change of the a-Si characteristics, that is, the output characteristics of the sensor TFT 30, so that the ion concentration can be measured with higher accuracy. it can.
  • the polarizing plates 31a and 31b are provided on the main surface on the opposite side (outside) of the substrates 1a and 1b from the liquid crystal 32, respectively.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the display device according to the present embodiment.
  • a first conductive layer, an insulating film 3, a hydrogenated a-Si layer, an n + a-Si layer, a second conductive layer, a passivation film 9, and a third conductive layer are stacked in this order.
  • an ion sensor antenna electrode 2a, a reset wiring 2b, a connection wiring 22, which will be described later, a node-Z storage capacitor electrode 2c, and gate electrodes 2d and 2e are formed. These electrodes are formed on the first conductive layer, and can be formed from the same material and in the same process by, for example, sputtering and photolithography.
  • the first conductive layer is formed from a single layer or a stacked metal layer. Specifically, a single layer of aluminum (Al), a lower layer of Al / an upper layer of titanium (Ti), a lower layer of Al / an upper layer of molybdenum (Mo), and the like.
  • the reset wiring 2b, the connection wiring 22, and the storage capacitor electrode 2c will be described in detail later with reference to FIG.
  • the insulating film 3 is provided on the substrate 1a so as to cover the ion sensor antenna electrode 2a, the reset wiring 2b, the connection wiring 22, the node-Z storage capacitor electrode 2c, and the gate electrodes 2d and 2e.
  • the source electrodes 6a and 6b, the drain electrodes 7a and 7b, and the storage capacitor electrode 8 are formed on the second conductive layer, and can be formed from the same material and in the same process by, for example, sputtering and photolithography.
  • the second conductive layer is formed from a single layer or a stacked metal layer. Specifically, aluminum (Al) single layer, lower layer Al / upper layer Ti stack, lower layer Ti / upper layer Al stack, and the like.
  • the hydrogenated a-Si layers 4a and 4b can be formed from the same material in the same process by, for example, chemical vapor deposition (CVD) and photolithography, and n
  • the + a-Si layers 5a and 5b can also be formed from the same material and in the same process by, for example, the CVD method and the photolithography method.
  • CVD chemical vapor deposition
  • the photolithography method As described above, at the time of forming various electrodes and semiconductors, at least a part of materials and processes can be the same. Thereby, it becomes possible to reduce the cost required for forming the sensor TFT 30 and the pixel TFT 40 composed of various electrodes and semiconductors. The components of the TFTs 30 and 40 will be described in detail later.
  • the passivation film 9 is formed on the insulating film 3 so as to cover the hydrogenated a-Si layers 4a and 4b, the n + a-Si layers 5a and 5b, the source electrodes 6a and 6b, the drain electrodes 7a and 7b, and the storage capacitor electrode 8. Is provided.
  • a transparent conductive film 11a first transparent conductive film
  • a transparent conductive film 11b second transparent conductive film
  • the transparent conductive film 11 a is connected to the antenna electrode 2 a through a contact hole 10 a that penetrates the insulating film 3 and the passivation film 9.
  • the transparent conductive film 11a is connected to the drain electrode 7b through a contact hole 10b that penetrates the passivation film 9.
  • the transparent conductive films 11a and 11b are formed in the third conductive layer, and can be formed from the same material and in the same process by, for example, sputtering and photolithography.
  • the third conductive layer is formed of a single layer or a laminated transparent conductive film. Specific examples include an ITO film and an IZO film.
  • the transparent conductive film 11a and 11b it is not necessary that all the materials constituting the transparent conductive films 11a and 11b be completely the same, and that all the steps for forming the transparent conductive films 11a and 11b are not necessarily the same.
  • the transparent conductive film 11a and / or the transparent conductive film 11b has a multilayer structure, it is also possible to form only the layers common to the two transparent conductive films from the same material by the same process.
  • the transparent conductive film 11a can be formed at low cost by diverting at least a part of the material and process for forming the transparent conductive film 11b to the formation of the transparent conductive film 11a.
  • the light shielding film 12a and the light shielding film 12b can also be formed from the same material and in the same process.
  • the light shielding films 12a and 12b are formed of an opaque metal film such as chromium (Cr), an opaque resin film, or the like.
  • the resin film include an acrylic resin containing carbon.
  • the sensor TFT 30 is formed of a gate electrode 2d, an insulating film 3, a hydrogenated a-Si layer 4a, an n + a-Si layer 5a, a source electrode 6a, and a drain electrode 7a.
  • the pixel TFT 40 includes a gate electrode 2e, an insulating film 3, a hydrogenated a-Si layer 4b, an n + a-Si layer 5b, a source electrode 6b, and a drain electrode 7b.
  • the insulating film 3 functions as a gate insulating film in the sensor TFT 30 and the pixel TFT 40.
  • the TFTs 30 and 40 are bottom gate type TFTs.
  • the n + a-Si layers 5a and 5b are doped with a group V element such as phosphorus (P). That is, the sensor TFT 30 and the pixel TFT 40 are N-channel TFTs.
  • the antenna 41 is formed from the transparent conductive film 11a and the antenna electrode 2a.
  • a node-Z storage capacitor 43 which is a capacitor, is formed from the node-Z storage capacitor electrodes 2c, 8 and the insulating film 3 functioning as a dielectric.
  • FIG. 4 is an equivalent circuit showing the ion sensor circuit 107 and a part of the TFT array 101 according to this embodiment.
  • the gate electrode 2d of the pixel TFT 40 is connected to the gate driver 103 via the gate bus lines G n , G n + 1 ,..., And the source electrode 6b is connected to the source bus lines S m , S m + 1 ,. And connected to the source driver 104.
  • the drain electrode 7b of the pixel TFT 40 is connected to a transparent conductive film 11b that functions as a pixel electrode.
  • the pixel TFT 40 is provided for each sub-pixel and functions as a switching element.
  • scanning pulses scanning signals
  • the scanning pulses are applied to the pixel TFTs 40 in a line sequential manner.
  • An arbitrary video signal generated by the source driver 104 and / or display data calculated based on the negative ion concentration is supplied.
  • a video signal and / or display data is supplied at a predetermined timing to the pixel electrode (transparent conductive film 11b) connected to the pixel TFT 40 which has been turned on for a certain period by the input of the scan pulse.
  • a video signal and / or display data of a predetermined level written in the liquid crystal is between a pixel electrode to which these signals and / or data are applied and a counter electrode (not shown) facing the pixel electrode. Hold for a certain period.
  • a liquid crystal storage capacitor (Cs) 36 is formed in parallel with the liquid crystal capacitor formed between the pixel electrode and the counter electrode. In each subpixel, the liquid crystal storage capacitor 36 is formed between the drain electrode 7a and the liquid crystal storage capacitor lines Cs n , Cs n + 1 ,.
  • the capacitance lines Cs n , Cs n + 1 ,... Are formed in the first conductive layer and provided in parallel with the gate wirings G n , G n + 1 ,.
  • the input wiring 20 is connected to the drain electrode 7 a of the sensor TFT 30.
  • a high voltage (+10 V) or a low voltage (0 V) is applied to the input wiring 20, and the voltage of the input wiring 20 is set to Vdd.
  • An output wiring 21 is connected to the source electrode 6a.
  • the voltage of the output wiring 21 is Vout.
  • the antenna 41 is connected to the gate electrode 2d of the sensor TFT 30 via the connection wiring 22.
  • the reset wiring 2 b is connected to the connection wiring 22.
  • An intersection (node) between the wirings 22 and 2b is referred to as node-Z.
  • the reset wiring 2b is a node-Z, that is, a wiring for resetting the voltage between the gate of the sensor TFT 30 and the antenna 41.
  • a high voltage (+ 20V) or a low voltage ( ⁇ 10V) is applied to the reset wiring 2b, and the voltage of the reset wiring 2b is set to Vrst.
  • a ground (GND) is connected to the connection wiring 22 via a storage capacitor 43.
  • a constant current circuit 25 and an analog-digital conversion circuit (ADC) 26 are connected to the output wiring 21.
  • the constant current circuit 25 is composed of an N-channel TFT (constant current TFT), and the drain of the constant current TFT is connected to the output wiring 21.
  • the source of the constant current TFT is connected to a constant current source, and the voltage Vss is fixed to a voltage lower than the HighH voltage of Vdd.
  • the gate of the constant current TFT is connected to a constant voltage source.
  • the voltage Vbais at the gate of the constant current TFT is fixed to a predetermined value so that a constant current (for example, 1 ⁇ A) flows between the source and drain of the constant current TFT.
  • the constant current circuit 25 and the ADC 26 are formed in the drive / read circuit 105.
  • the antenna 41, the gate of the sensor TFT 30, the reset wiring 2b, the connection wiring 22, and the storage capacitor 43 are integrated with the antenna electrode 2a, the gate electrode 2d, the reset wiring 2b, the storage capacitor electrode 2c, and the connection wiring 22 in the first conductive layer. Are connected to each other.
  • the driving / reading circuit 105, the gate driver 103, and the source driver 104 are not formed directly on the substrate 1a, but are formed on a semiconductor chip such as an LSI chip, and the semiconductor chip is mounted on the substrate 1a.
  • FIG. 5 is a timing chart of the ion sensor circuit according to the present embodiment.
  • Vrst is set to a low voltage ( ⁇ 10 V).
  • a power source for setting Vrst to the Low voltage ( ⁇ 10 V) a power source for applying the Low voltage ( ⁇ 10 V) to the gate electrode 2 e of the pixel TFT 40 can be used.
  • Vdd is set to a low voltage (0 V).
  • a high voltage (+ 20V) is first applied to the reset wiring 2b, and the voltage of the antenna 41 (node-Z voltage) is reset to + 20V.
  • a power source for applying Vrst a power source for applying a High voltage (+20 V) to the gate electrode 2e of the pixel TFT 40 can be used.
  • the reset wiring 2b is kept in a high impedance state.
  • the voltage of the node-Z reset to +20 V, that is, charged positively, is neutralized and decreased by the negative ions ( Sensing operation).
  • a high voltage (+10 V) is temporarily applied to the input wiring 20.
  • a pulse voltage of +10 V is applied to the input wiring 20.
  • the output wiring 21 is connected to the constant current circuit 25. Therefore, when a +10 V pulse voltage is applied to the input wiring 20, a constant current flows through the input wiring 20 and the output wiring 21.
  • the voltage Vout of the output wiring 21 changes in accordance with the degree of opening of the gate of the sensor TFT 30, that is, the difference in node-Z voltage. By detecting this voltage Vout with the ADC 26, it is possible to detect the negative ion concentration. It is also possible to detect the negative ion concentration by detecting the current Id of the output wiring 21 that changes depending on the voltage difference of node-Z without providing the constant current circuit 25.
  • the high voltage of Vdd is not particularly limited to + 10V, and may be + 20V which is the same as the high voltage applied to the reset wiring 2b, that is, the high voltage applied to the gate electrode 2e of the pixel TFT 40.
  • a power source for applying a high voltage to the gate electrode 2e of the pixel TFT 40 can be used as a power source for applying a high voltage of Vdd.
  • the display device according to Embodiment 2 has the same configuration as that of Embodiment 1 except for the following points. That is, the display device according to the first embodiment includes an ion sensor that can measure the negative ion concentration in the atmosphere using the N-channel sensor TFT 30, but the display device according to the second embodiment includes a P-channel sensor. An ion sensor that can measure the positive ion concentration in the atmosphere using the TFT 30 is provided.
  • n + a-Si layer 5a, p + a-Si layer in place of 5b are formed, the p + a-Si layer, III group element such as boron (B) is doped. That is, in this embodiment, the sensor TFT 30 and the pixel TFT 40 are P-channel TFTs.
  • FIG. 6 is a timing chart of the ion sensor circuit according to the present embodiment.
  • Vrst is set to a high voltage (+20 V).
  • a power source for setting Vrst to the High voltage (+ 20V) a power source for applying the High voltage (+ 20V) to the gate electrode 2e of the pixel TFT 40 can be used.
  • Vdd is set to a low voltage (0 V).
  • the Low voltage ( ⁇ 20V) is applied to the reset wiring 2b, and the voltage of the antenna 41 (the voltage of node-Z) is reset to ⁇ 20V. After the node-Z voltage is reset, the reset wiring 2b is kept in a high impedance state.
  • the voltage Vout of the output wiring 21 changes in accordance with the degree of opening of the gate of the sensor TFT 30, that is, the difference in node-Z voltage.
  • the positive ion concentration can be detected by detecting the voltage Vout by the ADC 26. It is also possible to detect the positive ion concentration by detecting the current Id of the output wiring 21 that changes depending on the voltage difference of node-Z without providing the constant current circuit 25.
  • the Low voltage applied to the reset wiring 2b is not particularly limited to ⁇ 20V, and may be ⁇ 10V which is the same as the Low voltage applied to the gate electrode 2e of the pixel TFT 40.
  • the power supply for applying the Low voltage to the gate electrode 2e of the pixel TFT 40 can be used as the power supply for applying the Low voltage applied to the reset wiring 2b.
  • the high voltage of Vdd is not particularly limited to + 10V, and may be + 20V which is the same as the high voltage applied to the reset wiring 2b, that is, the high voltage applied to the gate electrode 2e of the pixel TFT 40.
  • a power source for applying a high voltage to the gate electrode 2e of the pixel TFT 40 can be used as a power source for applying a high voltage of Vdd.
  • the liquid crystal display device has been described as an example.
  • the display device of each embodiment may be an FPD such as an organic EL display or a plasma display.
  • the constant current circuit 25 may not be provided. That is, the ion concentration may be calculated by measuring the current between the source and drain of the sensor TFT 30.
  • the conductivity type of the TFT formed in the ion sensor unit 120 and the conductivity type of the TFT formed in the display unit 130 may be different from each other.
  • a ⁇ c-Si layer, a p-Si layer, a CG-Si layer, or an oxide semiconductor layer may be used instead of the hydrogenated a-Si layer.
  • a ⁇ c-Si layer, a p-Si layer, a CG-Si layer, or an oxide semiconductor layer may be used.
  • the TFT including the ⁇ c-Si layer is preferably shielded from light.
  • p-Si, CG-Si, and oxide semiconductors have low sensitivity to light, a TFT including a p-Si layer or a CG-Si layer may not be shielded from light.
  • the semiconductor type included in the TFT formed in the ion sensor unit 120 and the semiconductor type of the TFT formed in the display unit 130 may be different from each other, but from the viewpoint of simplifying the manufacturing process. Are preferably the same.
  • the type of TFT formed on the substrate 1a is not limited to the bottom gate type, and may be a top gate type, a planar type, or the like.
  • the antenna 41 may be formed on the channel region of the TFT 30. That is, the gate electrode 2d may be exposed and the gate electrode 2d itself may function as an ion sensor antenna.
  • the type of TFT formed in the ion sensor unit 120 and the type of TFT formed in the display unit 130 may be different from each other.
  • the gate driver 103, the source driver 104, and the driving / reading circuit 105 may be monolithically formed and directly formed on the substrate 1a.
  • the Low voltage of Vdd was 0V, and the High voltage was + 10V.
  • the Low voltage of Vrst was ⁇ 10V, and the High voltage was + 20V.
  • Plasma cluster ion generator A plasma cluster ion generator IG-820-W manufactured by Sharp Corporation was used. Plasma cluster ions apply positive and negative voltages to the discharge electrode to electrolyze water molecules and oxygen molecules in the air to form positive ions (H + ) and negative ions (O ⁇ ). Water molecules are gathered and stabilized.
  • FIG. 7 shows changes with time of Id in four types of air.
  • FIG. 8 shows changes with time in the voltage of the node-Z in the four types of air. As described above, the higher the negative ion concentration, the lower the node-Z voltage. The difference between the node-Z voltage having a high negative ion concentration and the node-Z voltage having a low negative ion concentration 8 seconds after the start of the measurement was approximately 2V.
  • the negative ion concentration in the atmosphere can be satisfactorily measured by the display device including the ion sensor according to the present example.
  • the occupation area of the ion sensor circuit 107 of the first embodiment is on the order of micrometers, and the ion sensor circuit 107 of the first embodiment is sufficiently larger than the ion sensor unit provided in the conventional ion generator described above. It was small.
  • the ion sensor part provided in the conventional ion generator performs from the antenna part to the output of a sensor signal, and exhibits substantially the same function as the ion sensor circuit 107 formed on the substrate 1a.

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Abstract

本発明は、イオンセンサ部（１２０）及び表示部（１３０）を備えた表示装置（１１０）であって、小型化が可能で安価な表示装置を提供する。本発明は、イオンセンサ回路（１０７）を含むイオンセンサ部（１２０）と、表示部駆動回路（１１５）を含む表示部８１３０）とを備えた表示装置（１１０）であって、前記表示装置（１１０）は、基板（１ａ）を有し、前記イオンセンサ回路（１０７）の少なくとも一部と、前記表示部駆動回路（１１５）の少なくとも一部とは、前記基板（１ａ）の同一主面上に形成される。

Description

表示装置
本発明は、表示装置に関する。より詳しくは、イオンセンサ部を備えた表示装置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た。そして、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。
そこで、大気中のイオン濃度を計測するイオンセンサとして、容易にイオンを定量できるイオン発生素子や、イオンセンサ内蔵家電製品用リモコン等が開示されている。より具体的には、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１参照。）。また、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２参照。）。
特開２００３－３３６８７２号公報 特開２００４－１５６８５５号公報
しかしながら、特許文献１に記載のイオン発生素子は、図９に示すように、イオンセンサ部１２５及び表示部１３５が別々に形成されていた。すなわち、イオンセンサ部１２５及び表示部１３５は、それぞれ異なる材料を用いて異なる工程によって形成されていた。そのため、小型化が困難であり、製造コストが高くなってしまうという点で改良の余地があった。
特許文献２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、図１０に示すように、イオンセンサ部１２５と表示部１３５とが別々に形成されていた。
従来のイオン発生装置に設けられるイオンセンサの大きさについて本発明者らが調べたところ、イオンセンサは、数個のコンデンサ、数個の抵抗、１個のオペアンプ、１個のコネクタ、アンテナパッド、プリント基板（ＰＷＢ）等から構成され、イオンセンサの占有面積は、略１５ｍｍ×４５ｍｍ程度であり、そのうち、アンテナパッドの占有面積は、略１０ｍｍ×１０ｍｍであった。このように、従来のイオンセンサ部は、ミリメートルオーダーの比較的大きなものであった。
本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、イオンセンサ部及び表示部を備えた表示装置であって、小型化が可能で安価な表示装置を提供することを目的とするものである。
本発明者らは、イオンセンサ部及び表示部を備えた装置であって、小型化が可能で安価な装置について種々検討したところ、液晶表示装置等、少なくとも一枚の基板を含んで構成される表示装置を利用することに着目した。そして、従来、イオンセンサと表示部とが別々に形成されていたことにより、高コストとなっていたことを見いだすとともに、イオンセンサ部に含まれるイオンセンサ回路の少なくとも一部と、表示部に含まれる表示部駆動回路の少なくとも一部とを基板の同一主面上に設けることにより、イオンセンサ回路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回路を形成できることを見いだし、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、イオンセンサ回路を含むイオンセンサ部と、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、前記イオンセンサ回路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、前記基板の同一主面上に形成される表示装置である。
以下、前記表示装置について詳述する。
前記表示装置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（Ｏｒｇａｎｉｃ　Ｅｌｅｃｔｒｏ－Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）ディスプレイ、プラズマディスプレイ等が挙げられる。
前記イオンセンサ部は、空気中のイオン濃度を計測するための要素を含むものであり、前記イオンセンサ回路の他に、例えば、イオンセンサ回路にイオンを導入するためのファンや導入路等を含む。前記イオンセンサ回路は、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、電界効果トランジスタ（Ｆｉｅｌｄ　Ｅｆｆｅｃｔ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、以下、「ＦＥＴ」とも言う。）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。より具体的には、前記イオンセンサ部は、イオンセンサ素子を含み、前記イオンセンサ回路の少なくとも一部は、前記イオンセンサ素子であることが好ましい。
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。
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。
前記表示装置の構成としては、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。
前記表示装置における好ましい形態について以下に詳しく説明する。
前記イオンセンサ回路は、第一電界効果トランジスタ（第一ＦＥＴ）及びイオンセンサアンテナを含み、前記イオンセンサアンテナは、前記第一ＦＥＴのゲート電極に接続され、前記表示部駆動回路は、第二電界効果トランジスタ（第二ＦＥＴ）を含み、前記第一ＦＥＴ及び前記イオンセンサアンテナと、前記第二ＦＥＴとは、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、イオンセンサアンテナにおいて、空気中のイオンを検知（捕集）することができ、イオンセンサアンテナで検知したイオンの量に応じて、第一ＦＥＴのソース及びドレイン間の電流又は電圧値を変化させることができる。すなわち、第一ＦＥＴ及びイオンセンサアンテナをイオンセンサ素子として機能させることができる。また、イオンセンサ素子に含まれる第一ＦＥＴと、第二ＦＥＴと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ＦＥＴ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。このように、イオンセンサアンテナは、空気中のイオンを感知（捕集）する導電部材である。そのため、イオンセンサアンテナにイオンが到来するとそのイオンによってイオンセンサアンテナの表面が帯電し、そして、イオンセンサアンテナに接続された第一ＦＥＴのゲート電極の電位が変化し、その結果、第一ＦＥＴのチャネルの電気抵抗が変化する。
また、従来のイオンセンサ部と表示部とを備えた装置においては、イオンセンサ部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１に記載のイオンセンサ部は、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部は、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２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、イオンセンサ部には、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及びイオンセンサ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。
前記第一ＦＥＴ及び第二ＦＥＴの種類は特に限定されるものではないが、薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ　Ｆｉｌｍ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、以下「ＴＦＴ」とも言う。）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、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。
前記イオンセンサアンテナは、透明導電膜を含む表面（露出部）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、透明導電膜によって覆われることが好ましい。透明導電膜は腐食に強く、これにより、イオンセンサアンテナの非露出部（例えば、金属配線を含んで構成される部分）が外部環境に曝露され、腐食するのを防ぐことができる。
前記透明導電膜は、第一透明導電膜であり、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。
前記第一透明導電膜及び前記第二透明導電膜は、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。
前記第一透明導電膜及び第二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　Ｔｉｎ　Ｏｘｉｄｅ）等が好適に用いられる。
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表示部だけでなくイオンセンサ部においても好適に用いることが可能となる。
前記遮光膜は、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。
前記遮光膜は、第一遮光膜であり、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、前記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。
前記第一遮光膜及び前記第二遮光膜は、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。
前記イオンセンサアンテナは、前記第一ＦＥＴのチャネル領域と重ならないことが好ましい。イオンセンサアンテナは、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、例え第一ＦＥＴを遮光する必要が生じたとしても、イオンセンサ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、上記形態のように、イオンセンサアンテナをチャネル領域外に設ければ、第一ＦＥＴの配置場所の制約を受けることなく、イオンセンサ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、大気をイオンセンサアンテナに導くための流路やファンの近くの場所等にイオンアンテナを容易に形成することが可能となる。イオンセンサアンテナが形成される位置は、上記の通り、第一ＦＥＴのチャネル領域と重ならなければ特に限定されないが、イオンを導入するための導入路の内部に形成されることが好ましい。さらに、第一ＦＥＴのチャネル領域外であって、第一ＦＥＴよりも基板の端部に形成されることがより好ましい。
他方、イオンセンサアンテナは、第一ＦＥＴのチャネル領域に重なってもよい。このように、イオンセンサアンテナをチャネル領域内に設けることにより、例えば、第一ＦＥＴをトップゲート型又はプレーナ型のＴＦＴとすれば、ＴＦＴのゲート電極そのものをイオンセンサ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。
前記イオンセンサ回路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、イオンセンサ部と表示部とが、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、少なくとも、第一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。
前記第一ＦＥＴは、ａ－Ｓｉ又はμｃ－Ｓｉ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。
前記表示装置に係る製品は、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、イオンセンサ部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。
実施形態１、２に係る表示装置のブロック図である。 実施形態１、２に係る表示装置の断面を示す断面模式図である。 実施形態１、２に係る表示装置の断面を示す断面模式図である。 実施形態１、２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。 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。 実施例１に係る４種類のエアーにおけるＩｄの経時変化を示すグラフである。 実施例１に係る４種類のエアーにおけるｎｏｄｅ－Ｚ電位の経時変化を示すグラフである。 従来のイオン発生素子を示す模式図である。 従来のイオンセンサ内蔵家電製品用リモコンの断面を示す断面模式図である。
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、検知対象が空気中のマイナスイオンであるイオンセンサ部を備えた液晶表示装置を例に挙げて説明する。図１は、本実施形態に係る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部１２０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。イオンセンサ部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、イオンセンサ部１２０及び表示部１３０に共用される。
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。
イオンセンサ部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、空気中のマイナスイオンを検知（捕集）し、検知されたマイナス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マイナス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マイナス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表示装置の断面模式図である。イオンセンサ部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（第一遮光膜）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ＴＦＴ（第一ＦＥＴ）３０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ＴＦＴ（第二ＦＥＴ）４０を含むＴＦＴアレイ１０１と、遮光膜１２ｂ（第二遮光膜）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、空気中のマイナスイオンを検知（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）にマイナス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ＴＦＴ（第二ＦＥＴ）４０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３２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、ｎｏｄｅ－Ｚ保持容量電極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及び保持容量電極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、ｎｏｄｅ－Ｚ保持容量電極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ｎｏｄｅ－Ｚ保持容量電極８が形成される。ソース電極６ａ、６ｂ、ドレイン電極７ａ、７ｂ及び保持容量電極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及び保持容量電極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（第一透明導電膜）及び透明導電膜１１ｂ（第二透明導電膜）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、ｎｏｄｅ－Ｚ保持容量電極２ｃ、８と、誘電体として機能する絶縁膜３とから、キャパシタであるｎｏｄｅ－Ｚ保持容量４３が形成される。保持容量４３を設けることによって、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。
次に、図４を用いて、イオンセンサ回路１０７及びＴＦＴアレイ１０１の回路構成及び動作機構について説明する。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。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（－１０Ｖ）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、保持容量４３を介してアース（ＧＮＤ）が接続される。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及び保持容量４３は、アンテナ電極２ａ、ゲート電極２ｄ、リセット配線２ｂ、保持容量電極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。
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、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、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をＡＤＣ２６で検出することで、マイナスイオン濃度を検出することが可能となる。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を検出することで、マイナスイオン濃度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。
（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１に係る表示装置は、Ｎチャネル型のセンサＴＦＴ３０を用いて大気中のマイナスイオン濃度が測定可能なイオンセンサを備えるが、実施形態２に係る表示装置は、Ｐチャネル型のセンサＴＦＴ３０を用いて大気中のプラスイオン濃度が測定可能なイオンセンサを備える。
具体的には、ｎ＋ａ－Ｓｉ層５ａ、５ｂの代わりにｐ＋ａ－Ｓｉ層が形成され、ｐ＋ａ－Ｓｉ層には、ホウ素（Ｂ）等のＩＩＩ族元素がドーピングされる。すなわち、本実施形態では、センサＴＦＴ３０及びピクセルＴＦＴ４０は、Ｐチャネル型ＴＦＴである。
図６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６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。
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に、まず、リセット配線２ｂにＬｏｗ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。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、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をＡＤＣ２６で検出することで、プラスイオン濃度を検出することが可能となる。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を検出することで、プラスイオン濃度を検出することも可能である。
また、本実施形態では、リセット配線２ｂ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２ｂ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。また、ＶｄｄのＨｉｇｈ電圧も＋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。
以下に、実施形態１及び２の変形例を示す。
実施形態１及び２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。
定電流回路２５は、設けられなくてもよい。すなわち、センサＴＦＴ３０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。
イオンセンサ部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層又はＣＧ－Ｓｉ層を含むＴＦＴは、遮光されなくてもよい。
なお、イオンセンサ部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。
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ＴＦＴ３０をプレーナ型とした場合、アンテナ４１は、ＴＦＴ３０のチャネル領域上に形成されてもよい。すなわち、ゲート電極２ｄを露出させ、ゲート電極２ｄ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、イオンセンサ部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。
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。
実施例１
（表示装置）
実施形態１と同様にして、検知対象が空気中のマイナスイオンであるイオンセンサを備えた液晶表示装置を作製した。より具体的には、センサＴＦＴ３０は、水素化ａ－Ｓｉから形成されたボトムゲート型、かつＮチャネル型のＴＦＴであり、チャネル長（Ｌ）／チャネル幅（Ｗ）＝４μｍ／６０μｍとした。アンテナ４１の面積は４００μｍ×４００μｍとした。ｎｏｄｅ－Ｚ保持容量４３として、容量が１ｐＦのコンデンサを用いた。
（駆動条件）
ＶｄｄのＬｏｗ電圧は、０Ｖとし、Ｈｉｇｈ電圧は、＋１０Ｖとした。ＶｒｓｔのＬｏｗ電圧は、－１０Ｖとし、Ｈｉｇｈ電圧は、＋２０Ｖとした。
（イオン発生器）
シャープ株式会社製のプラズマクラスターイオン発生器ＩＧ－８２０－Ｗを用いた。プラズマクラスターイオンとは、放電電極にプラスとマイナスの電圧をかけて、空気中の水分子と酸素分子を電気分解し、プラスイオン（Ｈ＋）とマイナスイオン（Ｏ－）としたものに、それぞれ水分子が集まり、安定化したものである。
（測定内容）
温度条件２７℃で、ドライエアー、プラズマクラスターイオン濃度低（７００×１０３個／ｃｍ３）、プラズマクラスターイオン濃度中（１５００×１０３個／ｃｍ３）、プラズマクラスターイオン濃度高（２０００×１０３個／ｃｍ３）の４種類のエアーについて、出力配線を流れる電流Ｉｄ及びｎｏｄｅ－Ｚの電圧の経時変化を測定した。
４種類のエアーにおけるＩｄの経時変化を図７に示す。測定の開始から８秒後におけるマイナスイオン濃度高のＩｄと、マイナスイオン濃度低のＩｄとの差は、略１．５μＡとなった。
４種類のエアーにおけるｎｏｄｅ－Ｚの電圧の経時変化を図８に示す。上述の通り、マイナスイオン濃度が高い程、ｎｏｄｅ－Ｚの電圧は低下した。測定の開始から８秒後におけるマイナスイオン濃度高のｎｏｄｅ－Ｚの電圧と、マイナスイオン濃度低のｎｏｄｅ－Ｚの電圧との差は、略２Ｖとなった。
上記の通り、本実施例に係るイオンセンサを備えた表示装置により、大気中のマイナスイオン濃度を良好に測定することが可能であることが判明した。
また、実施例１のイオンセンサ回路１０７の占有面積は、マイクロメートルオーダーであり、実施例１のイオンセンサ回路１０７は、上述した従来のイオン発生装置に設けられたイオンセンサ部に比べて充分に小さかった。
なお、従来のイオン発生装置に設けられたイオンセンサ部は、アンテナ部からセンサ信号の出力までを行うものであり、基板１ａ上に形成されたイオンセンサ回路１０７とほぼ同じ機能を発揮する。
なお、本願は、２０１０年６月３日に出願された日本国特許出願２０１０－１２８１６６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：リセット配線
２ｃ、８：ｎｏｄｅ－Ｚ保持容量電極
２ｄ、２ｅ：ゲート電極
３：絶縁膜
４ａ、４ｂ：水素化ａ－Ｓｉ層
５ａ、５ｂ：ｎ＋ａ－Ｓｉ層
６ａ、６ｂ：ソース電極
７ａ、７ｂ：ドレイン電極
９：パッシベーション膜
１０ａ、１０ｂ：コンタクトホール
１１ａ：透明導電膜（第一透明導電膜）
１１ｂ：透明導電膜（第二透明導電膜）
１２ａ：遮光膜（第一遮光膜）
１２ｂ：遮光膜（第二遮光膜）
１３：カラーフィルタ
２０：入力配線
２１：出力配線
２２：接続配線
２５：定電流回路
２６：アナログ－デジタル変換回路（ＡＤＣ）
３０：センサＴＦＴ（第一ＦＥＴ）
３１ａ、３１ｂ：偏光板
３２：液晶
３６：液晶補助容量（Ｃｓ）
４０：ピクセルＴＦＴ（第二ＦＥＴ）
４１：イオンセンサアンテナ
４２：空気イオン導入／導出路
４３：ｎｏｄｅ－Ｚ保持容量
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：イオンセンサ回路
１０９：電源回路
１１０：表示装置
１１５：表示部駆動回路
１２０、１２５：イオンセンサ部
１３０、１３５：表示部

Claims (11)

  1. イオンセンサ回路を含むイオンセンサ部と、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、
    前記イオンセンサ回路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、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。
  2. 前記イオンセンサ回路は、第一電界効果トランジスタ及びイオンセンサアンテナを含み、
    前記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、
    前記表示部駆動回路は、第二電界効果トランジスタを含み、
    前記第一電界効果トランジスタ及び前記イオンセンサアンテナと、前記第二電界効果トランジスタとは、前記基板の同一主面上に形成される
    ことを特徴とする請求項１記載の表示装置。
  3. 前記イオンセンサアンテナは、透明導電膜を含む表面を有する
    ことを特徴とする請求項２記載の表示装置。
  4. 前記透明導電膜は、第一透明導電膜であり、
    前記表示部は、第二透明導電膜を有する
    ことを特徴とする請求項３記載の表示装置。
  5. 前記第一透明導電膜及び前記第二透明導電膜は、同一の材料を含む
    ことを特徴とする請求項４記載の表示装置。
  6. 前記第一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
    ことを特徴とする請求項２～５のいずれかに記載の表示装置。
  7. 前記遮光膜は、第一遮光膜であり、
    前記表示部は、第二遮光膜を有する
    ことを特徴とする請求項６記載の表示装置。
  8. 前記第一遮光膜及び前記第二遮光膜は、同一の材料を含む
    ことを特徴とする請求項７記載の表示装置。
  9. 前記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チャネル領域と重ならないことを特徴とする請求項２～８のいずれかに記載の表示装置。
  10. 前記第一電界効果トランジスタは、アモルファスシリコン又は微結晶シリコンを含む
    ことを特徴とする請求項２～９のいずれかに記載の表示装置。
  11. 前記イオンセンサ回路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
    ことを特徴とする請求項１～１０のいずれかに記載の表示装置。
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