(57)【要約】【課題】光源で発生する熱による測定値への影響を抑え、正確な測定を可能にする２次元濃度分布測定装置を実現する。【解決手段】試料溶液２０内に挿入される第１の電極１５と、第１の面側に前記試料と接触する感応膜１０が形成され、前記第１の面と反対側の第2の面に第2の電極１３が形成された半導体基板１２とを有するセンサ部を有する２次元濃度分布測定装置であって、前記半導体基板１２の前記第２の面に照射されるプローブ光３１０は、複数のシャッター素子を有する液晶パネル３０によって開閉され、前記液晶パネル３０に供給されるプローブ光３１０を形成する光源３５０は、前記液晶パネル３０とは離れた位置に配置し、前記プローブ光３１０は、前記光源４００から導光装置４０１によって導光されることを特徴とする２次元濃度分布測定装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質溶液を保持し、測定対象試料が載置される容器と、前記容器内に配置される第１の電極と、第１の面側に感応膜が形成され、前記第１の面と反対側の第２の面に第２の電極が形成された半導体基板とを含むセンサ部を有する２次元濃度分布測定装置であって、
前記半導体基板の前記第２の面に対して照射される光の照射位置を制御する複数のシャッター素子を有する液晶パネルと、
光源と、
前記光源からの光を前記液晶パネルに導く導光装置を有することを特徴とする２次元濃度分布測定装置。
【請求項２】
前記半導体基板と前記感応膜の間には、絶縁膜が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の２次元濃度分布測定装置。
【請求項３】
前記液晶パネルは、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ  Ｎｅｍａｔｉｃ）方式であり、アクティブマトリクス駆動されることを特徴とする請求項１に記載の２次元濃度分布測定装置。
【請求項４】
前記液晶パネルはカラーフィルタを有していないことを特徴とする請求項１に記載の２次元濃度分布測定装置。
【請求項５】
前記導光装置は光ファイバーであることを特徴とする請求項１に記載の２次元濃度分布測定装置。
【請求項６】
前記導光装置は導光板であることを特徴とする請求項１に記載の２次元濃度分布測定装置。
【請求項７】
前記光源は、変調光を発生し、
前記光源は、前記液晶パネルから離れた位置に設置されることを特徴とする請求項１に記載の２次元濃度分布測定装置。
【請求項８】
電解質溶液を保持し、測定対象試料が載置される容器と、前記容器内に配置される第１の電極と、第１の面側に感応膜が形成され、前記第１の面と反対側の第2の面に第２の電極が形成された半導体基板とを有する第１のセンサ部を含む２次元濃度分布測定装置であって、
前記半導体基板の前記第２の面に対して照射される光の照射位置を制御する複数のシャッター素子を有する液晶パネルと、
光源と、
前記液晶パネルと前記光源間に配置された導光板と、を有することを特徴とする２次元濃度分布測定装置。
【請求項９】
前記液晶パネルと前記導光板の間には拡散シートを含む光学シートが配置していることを特徴とする請求項８に記載の２次元濃度分布測定装置。
【請求項１０】
前記光源は、発光ダイオード（ＬＥＤ）からなり、
前記ＬＥＤは、前記導光板の少なくとも一辺の側面に配置していることを特徴とする請求項８に記載の２次元濃度分布測定装置。
【請求項１１】
前記導光板の側面には、前記導光板の厚さ方向に複数のＬＥＤが配置していることを特徴とする請求項８に記載の２次元濃度分布測定装置。
【請求項１２】
前記液晶パネルは、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を有するＴＦＴ基板を含み、前記導光板の前記ＬＥＤが配置している辺は、平面で視て、前記ＴＦＴ基板の辺よりも外側に配置していることを特徴とする請求項８に記載の２次元濃度分布測定装置。
【請求項１３】
前記導光板の前記ＬＥＤが配置している辺は、平面で視て、前記半導体基板の辺よりも外側に配置していることを特徴とする請求項８に記載の２次元濃度分布測定装置。
【請求項１４】
電解質溶液を保持し、測定対象試料が載置される容器と、前記容器内に配置される第１の電極と、第１の面側に感応膜が形成され、前記第１の面と反対側の第２の面に第２の電極が形成された半導体基板とを有する第２のセンサ部をさらに備え、
前記液晶パネルは、前記第１のセンサ部および前記第２のセンサ部に対応して光を照射することが出来ることを特徴とする請求項８に記載の２次元濃度分布測定装置。
【請求項１５】
電解質溶液を保持し、測定対象試料が載置される容器と、前記容器内に配置される第１の電極と、第１の面側に感応膜が形成され、前記第１の面と反対側の第２の面に第２の電極が形成された半導体基板とを有する第１のセンサ部を含む２次元濃度分布測定装置であって、
前記半導体基板の前記第２の面に対して照射される光の照射位置を制御する複数のシャッター素子を有する液晶パネルと、
光源と、
前記液晶パネルと前記光源間に配置された拡散板と、
前記光源と前記拡散板の間、及び／又は前記液晶パネルと前記拡散板の間に配置された遮熱のための遮熱部材と、を有することを特徴とする２次元濃度分布測定装置。
【請求項１６】
前記遮熱部材の、波長１．５μｍの赤外線に対する透過率は、波長５５０乃至８００ｎｍの可視光に対する透過率の１／２以下であることを特徴とする請求項１５に記載の２次元濃度分布測定装置。
【請求項１７】
前記遮熱部材と前記拡散板間には、隙間が存在し、前記隙間に送風するための送風機を有していることを特徴とする請求項１５に記載の２次元濃度分布測定装置。
【請求項１８】
電解質溶液を保持し、測定対象試料が載置される容器と、前記容器内に配置される第１の電極と、第１の面側に感応膜が形成され、前記第１の面と反対側の第2の面に第2の電極が形成された半導体基板とを有する第２のセンサ部をさらに備え、
前記液晶パネルは、前記第１のセンサ部および前記第２のセンサ部に対応して光を照射することが出来ることを特徴とする請求項１５に記載の２次元濃度分布測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
試料のｐＨ等を測定する光走査型２次元濃度分布測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
化学センサは、特定の化学物質に応答を示し、その種類や濃度を電気信号に変換するものである。光走査型２次元濃度分布測定装置（Light Addressable Potentiometric Sensor、以後ＬＡＰＳとも呼ぶ）は、化学イメージセンサの一種であり、電解質溶液（試料）／感応膜／絶縁膜／半導体基板という構造を有し、半導体基板の裏面から変調光を局所的に照射することによって、電解質溶液と半導体基板間に交流光電流が流れる。この交流光電流のバイアス電圧特性が電解質溶液のｐＨに依存してシフトするため、このシフト量を測定することで、光照射された局所領域のｐＨを測定するものである。ＬＡＰＳはｐＨの測定をはじめ、各化学物質の検出や、濃度のイメージングに活用されている。
【０００３】
特許文献１には、光走査型２次元濃度分布測定装置が記載されている。特許文献１には、光走査型２次元濃度分布測定装置の光源としてＬＥＤアレイを用いる構成が記載されている。また、特許文献１には、光源アレイとして、半導体基板の、センサ面とは反対側の面に、ＧａＡｓ層、Ｇｅ層、Ｓｉ層を形成し、これらに重ねて、Ｘ、Ｙ方向に広がった複数のＬＣＤ（液晶）よりなる光源アレイを形成することが記載されている。また、特許文献１には、ＬＥＤ、ＬＣＤの他にＥＬ（エレクトロルミネッセンス）や固体レーザなどを用いることも記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−６８７１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のＬＡＰＳは光源としてレーザを用い、これを２軸ステージやミラーなどでＸＹ掃引している。しかし、このような構成は、レーザやステージなどを用いるために、装置が大型化してしまう。
【０００６】
小型化する手段として、ＬＣＤ（液晶装置）、ＯＬＥＤ（有機ＥＬ装置）、ＬＥＤ（発光ダイオード）アレイを用いることが提案されているが、次のような課題がある。
【０００７】
（１）光源として、ｋＨｚオーダーの変調が必要であるが、このような高周波のスイッチングをＡＭ（Ａｃｔｉｖｅ  Ｍａｔｒｉｘ）方式で対応することは困難であり、ＰＭ（Ｐａｓｓｉｖｅ  Ｍａｔｒｉｘ）方式で対応しようとすると、微細化や、マルチセンサ化が困難である。（２）ＯＬＥＤでは、輝度に限界があり、高感度化に課題がある。（３）ＯＬＥＤ等では、素子間のばらつきがある。（４）ＯＬＥＤやＬＥＤは電流駆動であるため、センサ面直下に配置すると、測定への熱の影響が生ずる。（５）これに伴って、使用温度範囲が狭く、試験条件が限定される。等である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は上記課題を克服するものであり、主な具体的手段は次のとおりである。
【０００９】
（１）試料内に挿入される第１の電極と、第１の面側に前記試料と接触する感応膜が形成され、前記第１の面と反対側の第２の面に第２の電極が形成された半導体とを有するセンサ部を有する２次元濃度分布測定装置であって、前記半導体の前記第２の面に照射されるプローブ光は、複数のシャッター素子を有する液晶パネルによって開閉され、前記液晶パネルに供給されるプローブ光を形成する光源は、前記液晶パネルとは離れた位置に配置し、前記プローブ光は、前記光源から、導光装置によって導光されることを特徴とする２次元濃度分布測定装置。
【００１０】
（２）試料内に挿入される第１の電極と、第１の面側に前記試料と接触する感応膜が形成され、前記第１の面と反対側の第２の面に第2の電極が形成された半導体とを有するセンサ部を有する２次元濃度分布測定装置であって、前記半導体の前記第２の面に照射されるプローブ光は、複数のシャッター素子を有する液晶パネルによって開閉され、前記液晶パネルの背面には、導光板が配置し、前記液晶パネルに供給されるプローブ光を形成する光源は、前記導光板の側面に配置したＬＥＤから供給されることを特徴とする２次元濃度分布測定装置。
【００１１】
（３）試料内に挿入される第１の電極と、第１の面側に前記試料と接触する感応膜が形成され、前記第１の面と反対側の第２の面に第２の電極が形成された半導体とを有するセンサ部を有する２次元濃度分布測定装置であって、前記半導体の前記第２の面に照射されるプローブ光は、複数のシャッター素子を有する液晶パネルによって開閉され、前記液晶パネルの背面には、拡散板が配置し、前記拡散板の背面には複数のＬＥＤが配置し、前記複数のＬＥＤと前記拡散板の間、前記液晶パネルと前記拡散板の間、または、前記液晶パネルと前記センサ部の間には、遮熱シートが配置していることを特徴とする２次元濃度分布測定装置。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施例１による２次元濃度分布測定装置の断面図である。
【図２】液晶パネルの平面図である。
【図３】液晶パネルのシャッター素子の平面図である。
【図４】液晶パネルのシャッター素子の断面図である。
【図５】実施例２による２次元濃度分布測定装置の断面図である。
【図６】実施例２による２次元濃度分布測定装置の他の断面図である。
【図７】導光板とＬＥＤの配置例を示す平面図である。
【図８】実施例２の他の態様を示す断面図である。
【図９】実施例２の他の態様を示す平面図である。
【図１０】実施例２のさらに他の態様を示す断面図である。
【図１１】実施例３による２次元濃度分布測定装置の断面図である。
【図１２】実施例３による２次元濃度分布測定装置の他の断面図である。
【図１３】実施例４による２次元濃度分布測定装置の断面図である。
【図１４】実施例５による２次元濃度分布測定装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に実施例を用いて本発明の内容を詳細に説明する。
【実施例１】
【００１４】
図１は実施例１における２次元濃度分布測定装置（ＬＡＰＳ）の断面図である。図１において、容器１４内に電解質溶液である試料溶液２０が収容されている。測定対象となる試料は、この試料溶液２０内に漬けられる。容器１４の底面には、感応膜１０、絶縁膜１１、半導体基板１２の積層構造が形成されている。半導体基板１２の絶縁膜１１が形成されていない面の端部には、測定電流を取り出すためのオーミック電極１３が形成されている。
【００１５】
試料溶液２０内には、参照電極１５が挿入されている。参照電極１５は半導体基板１２に逆バイアス電圧を印加して半導体基板１２内に空乏層を形成するためのものである。参照電極１５とオーミック電極１３は、半導体基板１２に対して逆バイアス電圧を印加するための電源と交流電流計を介して接続している。半導体基板１２に高周波変調された光が照射されると、半導体基板１２に光電流が流れ、この光電流を交流電流計によって測定する。本発明では、感応膜１０、絶縁膜１１、半導体基板１２、オーミック電極１３、参照電極１５、試料溶液２０及びその容器１４をセンサ部と呼ぶこともある。
【００１６】
高周波変調された光を発生するための変調光源４００は、熱源になるので、測定への熱の影響を避けるために、センサ部と隔離された所に配置されている。変調光源４００としては、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ、発光ダイオード）、放電管、レーザ等を使用することができる。変調光源４００では、周波数、輝度、波長等を変えることが可能となっている。
【００１７】
図１では、半導体基板１２への、測定光のアドレスは液晶パネル３０を用いて行っている。図１においては、変調光源４００から液晶パネル３０までは、プローブ光は導光装置４０１によって導光されている。変調光源４００からの光は、液晶パネル３０の裏面全面に照射され、液晶パネル３０がシャッター素子毎にシャッターを形成し、プローブ光３１０を半導体の局部に照射する。
【００１８】
図１において、感応膜１０には、ｐＨセンサとして用いる場合には、例えば、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５等を用いることが出来るが、成膜の簡便さから、Ｓｉ３Ｎ４が最も多く用いられる。感応膜１０としては、そのほかに、各種イオン感応ポリマー、グルコースオキシターゼ、ウレアーゼ等を用いることが出来る。
【００１９】
絶縁膜１１には、ＳｉＯ２膜が用いられる。なお、感応膜１０と絶縁膜１１が一体として形成される場合もある。半導体基板１２としては、単結晶のシリコン基板、多結晶シリコン、アモルファスシリコン、有機半導体等を用いることが出来る。
【００２０】
半導体基板１２に高周波変調されたプローブ光３１０が照射されると、交流の光電流が流れるが、この光電流は、感応膜１０表面のイオン化に起因した電位勾配によって影響を受け、これが光電流の量に影響する。感応膜１０表面のイオン化は試料溶液２０の局部的な状況、例えば、特定原子の濃度等を反映する。したがって、場所ごとに光電流は、試料溶液２０の状態を反映することに成る。
【００２１】
ところで、半導体基板１２を流れる電流の量は、熱によって大きな影響を受ける。熱による電流への影響が生ずると、測定精度が劣化するので、熱の影響は極力抑えることが望ましい。
【００２２】
本発明で、光シャッターとして用いる液晶パネル３０は、自身では熱を発生しない。したがって、半導体基板１２に近接して液晶パネル３０を配置することが出来る。光スイッチとして用いる液晶パネル３０が半導体基板１２に近いほど、正確なデータを取得することが出来る。本発明では、液晶パネル３０に光を供給する変調光源４００は、センサ部から隔離しており、変調光源４００からの熱の影響を防止する構成となっている。
【００２３】
図２は光シャターとしての液晶パネル３０の平面図である。図１の半導体基板１２の平面は、例えば、１．５ｃｍ×１．５ｃｍ程度の正方形であるとした場合、液晶パネル３０の外形もほぼ正方形となっている。図２において、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）やアドレス電極９２等が形成されたＴＦＴ基板１００と、対向基板２００が、周辺部においてシール材１４０によって接着し、ＴＦＴ基板１００と対向基板２００の間に液晶が挟持されている。ＴＦＴ基板１００は対向基板２００よりも大きく形成され、ＴＦＴ基板１００と対向基板２００が重なっている部分にシャッター機能を有する光透過領域９０が形成され、ＴＦＴ基板１００と対向基板２００が重なっていない部分のＴＦＴ基板１００に端子領域９５が形成されている。
【００２４】
光透過領域９０には、横方向（ｘ方向）に走査線９１が延在し、縦方向（ｙ方向）に配列している。また、アドレス線９２が縦方向に延在し、横方向に配列している。走査線９１とアドレス線９２で囲まれた領域にシャッター素子９３が形成されている。すなわち、ＬＡＰＳの解像度は、シャッター素子９３の大きさによって決まる。
【００２５】
端子領域９５にはフレキシブル配線基板１３０が接続し、光シャッター動作のための信号を液晶パネル３０に供給する。走査線９１、アドレス線９２等を駆動するドライバＩＣ１３１はフレキシブル配線基板１３０に搭載されている。ドライバＩＣ１３１は発熱するので、光透過領域９０からできるだけ遠ざけて、ドライバＩＣ１３１の熱が測定に影響しないようにしている。
【００２６】
液晶パネルはＡＭ（アクティブマトリクス）駆動される。ＡＭ駆動は、各シャッター素子９３のＯＮ、ＯＦＦ動作を規定するためのものであり、数ｋＨｚもの高周波変調光を作り出すものではないので、十分に対応可能である。また、本液晶パネル３０では、透過率が高いことが望ましいので、いわゆるＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ  Ｎｅｍａｔｉｃ）タイプの液晶パネルを用いている。
【００２７】
図３は、図２に示す液晶パネル３０におけるシャッター素子９３の平面図である。図３において、走査線９１が横方向（ｘ方向）に延在し、縦方向（ｙ方向）に配列している。また、アドレス線９２が縦方向に延在し、横方向に配列している。走査線９１とアドレス線９２に囲まれた領域にアドレス電極１０８及びスイッチングのためのＴＦＴが形成されている。ＴＦＴはａ−Ｓｉによって形成された半導体層１０４を有している。走査線９１が分岐してゲート電極１０２を構成し、アドレス線９２が分岐してドレイン電極１０５を構成している。ソース電極１０６はａ−Ｓｉ１０４からアドレス電極１０８側に延在し、スルーホール１１０において、アドレス電極１０８と接続する。ＴＮ方式なので、アドレス電極１０８は、スイッチング素子内に平面状に形成されている。
【００２８】
図４は、図２に示す液晶表示パネルにおけるシャッター素子９３の断面図である。この構造は、ＴＮ方式の液晶表示装置とほぼ同じ構成である。ただし、図４では、カラー画像は必要なく、また、透過率を大きくするために、カラーフィルタは使用していない。ただし、特定の波長で測定したい場合は、カラーフィルタを使用してもよい。図４において、ガラス等で形成されたＴＦＴ基板１００の内側に下地膜１０１が形成されている。下地膜１０１はシリコン酸化膜（以後ＳｉＯという）とシリコン窒化膜（以後ＳｉＮという）の積層膜で形成されている。ガラス等からの不純物がＴＦＴを汚染することを防止するためである。
【００２９】
下地膜１０１の上にゲート電極１０２が形成されている。ゲート電極１０２は、図３に示す走査線９１が分岐したものである。ゲート電極１０２を覆ってゲート絶縁膜１０３が形成されている。ゲート絶縁膜１０３の上で、ゲート電極１０２に対応した部分にａ−Ｓｉによる半導体層１０４が形成されている。なお、半導体層１０４は、ａ−Ｓｉに限らず、ｐｏｌｙ−Ｓｉ、あるいは、酸化物半導体等で形成してもよい。ａ−Ｓｉのドレイン領域には、アドレス線から分岐したドレイン電極１０５が積層し、ソース領域には、ソース電極１０６が積層している。半導体層１０４、ドレイン電極１０５、ソース電極１０６を覆って、有機パッシベーション膜１０７が形成されている。
【００３０】
有機パッシベーション膜１０７の上に、アドレス電極１０８が形成されている。アドレス電極１０８は、有機パッシベーション膜１０７に形成されたスルーホール１１０を介してソース電極１０６と接続する。アドレス電極１０８の上には液晶を初期配向させるための配向膜１０９が形成されている。
【００３１】
図４において、液晶層１５０を挟んでガラス等で形成された対向基板２００が配置している。対向基板２００の内側には、ブラックマトリクス２０１が形成されている。ブラックマトリクス２０１は、シャッター素子９３間を区画するためである。ブラックマトリクス２０１を覆ってコモン電極２０２が対向基板２００の全面に、平面状に形成されている。コモン電極２０２を覆って配向膜２０３が形成されている。
【００３２】
ＴＦＴ基板１００の外側には、下偏光板１２０が貼り付けられ、対向基板２００の外側には上偏光板２２０が貼り付けられている。液晶パネルはＴＮ方式であり、２枚の偏光板の偏光軸方向は、液晶パネルにおいて、選択されたシャッター素子９３の部分のみ光が透過する構成となっている。下偏光板１２０側には、導光装置４０１からプローブ光３１０が照射される。プローブ光３１０は、数ｋＨｚの高周波変調された光であり、このプローブ光３０１を形成する変調光源４００は熱源となる。本発明では、変調光源４００は、センサ部及び液晶パネル３０から離れたところに配置され、変調光源４００からの熱がＬＡＰＳの測定データに影響を及ぼすことを防止している。
【００３３】
変調光源４００からのプローブ光３１０は、導光装置４０１を介して液晶パネル３０に送られる。導光装置４０１には、光ファイバー、導光板等が使用される。あるいは、レンズ、プリズム、ミラー等を使用することができるが、レンズ、プリズム、ミラー等を使用する場合であっても、プローブ光３１０を走査するための機構は不要である。プローブ光３１０の走査は液晶パネル３０によって行われるからである。本実施例においては、導光装置４１０は、変調光源４００からの光を液晶パネル３０に対し、プローブ光を均一に照射できる手段であればよい。
【００３４】
センサ部への、プローブ光３１０の走査は液晶パネル３０によって行われる。高周波光を形成するためのスイッチングは、液晶パネル３０のＴＦＴによって行われるのではなく、液晶パネル３０は、プローブ光３１０の走査にのみ使用するので、スイッチ動作はＴＦＴによって十分対応することが出来る。
【００３５】
また、液晶パネル３０をＡＭ駆動するので、ランダムアクセスが可能であり、任意の場所のみのデータを取得することが可能である。さらに、液晶パネル３０は、シャッター素子９３の大きさを例えば、一辺が３０μｍ以下の小さな面積にすることが可能であり、空間的に極めて高い解像度とすることが出来る。さらに、隣接した複数のシャッター素子９３を同時に駆動することによって、任意の測定解像度とすることが出来る。
【実施例２】
【００３６】
図５は実施例２の断面図である。図５において、数ｋＨｚの周波数変調を受けたプローブ光３１０は光源であるＬＥＤ３５０から放射される。ＬＥＤ３５０は導光板３０１の側面に配置されている。ＬＥＤ３５０は、白色に限らず、単色のＬＥＤが使用される場合もある。半導体基板１２に吸収されやすい波長を用いることによって、測定感度が上昇する場合があるからである。図５において、参照電極１５およびオーミック電極１３と接続する測定器３６０は、図１に示す逆バイアス電圧電源、交流電流計を含んでいる。
【００３７】
実施例２において、導光板３０１が液晶パネル３０の直下に配置されている。光源であるＬＥＤ３５０は高温となる。実施例２では、ＬＥＤ３５０を導光板３０の側面に配置することによって、図５に示すように、ＬＥＤ３５０からの熱が直接センサ部に伝わらないようにして、ＬＡＰＳの測定データに対する、光源からの熱の影響を抑制している。図５における導光板３０１は、断面が楔型となっているが、これは、このような構造とすることによって、導光板３０１の側面からの光が導光板３０１の主面方向に向かい易くなるということを示すものであり、導光板３０１の形はこれに限定されるものではない。
【００３８】
図６は、図５の特に、液晶パネル３０、導光装置、光源３５０の構成を示す断面図である。光源であるＬＥＤ３５０からは、数ｋＨｚに変調されたプローブ光３１０が放射され、側面から導光板３０１に入射する。入射したプローブ光３１０は導光板３０１の底面に配置された反射シート３０２等で反射され、導光板３０１の主面方向に向かう。導光板３０１の上には、プローブ光３１０を液晶パネル３０方向に向けるためのプリズムシート３０３や光を均一にするための拡散シート３０４等が配置される。
【００３９】
図６では、プリズムシート３０３や拡散シート３０４はそれぞれ1枚であるが、必要に応じて複数枚配置される。また、プリズムシート３０３は光の利用効率を上げるためのものであり、場合によっては省略される。拡散シート３０４とプリズムシート３０３の積層順番も必要に応じて変えることが出来る。例えば、複数のプリズムシート３０３を複数の拡散シート３０４によって挟持する等である。
【００４０】
液晶パネル３０は偏光光のみを制御することが出来るので、下偏光板１２０によって、偏光軸と平行な光のみを通過させる。つまり、偏光軸と垂直な偏光光は利用できない。反射型偏光シート３０５は、偏光軸と垂直方向の偏光光を反射して、リサイクルすることを可能とし、プローブ光３１０の利用効率を向上させるものである。なお、反射型偏光シート３０５はプローブ光３１０が十分な強度を有していれば、省略してもよい。
【００４１】
このようにして液晶パネル３０に入射したプローブ光３１０は、液晶パネル３０によって走査され、液晶パネル３０の上偏光板２２０から、センサ部に入射する。図６において、センサ部として、感応膜１０、絶縁膜１１、半導体基板１２、オーミック電極１３が記載されている。液晶パネル３０のシャッター素子９３に対応した部分からプローブ光３１０が半導体基板１２に照射されると光電流が発生するが、この光電流が、試料溶液２０と接する側の感応膜１０のイオン化の状況を反映する。この感応膜１０のイオン化状況が試料溶液２０の状態によって変わるので、試料溶液２０の特性を計測することが可能となる。
【００４２】
液晶パネル３０のシャッター素子９３の大きさは、３０μｍ以下にすることが可能であるが、このような解像度の測定データを得るためには、液晶パネル３０の上偏光板２２０と半導体基板１２の間の距離ｄを出来るだけ小さくする必要がある。図６では、変調光源であるＬＥＤ３５０を導光板３０１の側面に配置することによって、光源からの熱による、測定への影響を防止しているので、液晶パネルを半導体基板１２に近接して配置することが出来る。
【００４３】
図７は、図６における導光板３０１と光源であるＬＥＤ３５０との配置を示す平面図である。図７において、導光板３０１の1辺に複数のＬＥＤが配置している。なお、導光板３０１が小さい場合は、ＬＥＤ３５０が１個の場合もありうる。図７では複数のＬＥＤ３５０が直列に接続され、高周波変調されたプローブ光が放射されるが、ＬＥＤ３５０は電源に並列に接続されていてもよい。ＬＥＤ３５０の数、及び位置は、液晶パネル３０に向かうプローブ光３１０の強度、必要な光均一性を得るように決められる。
【００４４】
図８は、より強い強度のプローブ光が必要な場合の変調光源３５０及び導光装置の断面図であり、導光板３０１の両側面に配置した変調光源であるＬＥＤ３５０から、数ｋＨｚのプローブ光３１０が入射する。導光板３０１は、中央部分が薄くなっており、底面が傾斜した構成となっている。導光板３５０の下に配置した反射シート３０２、導光板３５０の上に配置したプリズムシート３０３、拡散シート３０４、反射型偏光シート３０５の構成と役割は図６で説明したとおりである。
【００４５】
図９は、図８における導光板３０１と変調光源であるＬＥＤ３５０の配置を示す平面図である。図９において、ＬＥＤ３５０が導光板３０１の対向した２辺に各々複数配置されている。複数のＬＥＤ３５０からは同期した高周波変調光が導光板３０１内に入射する。ＬＥＤ３５０の数、及び位置は、液晶パネル３０に向かうプローブ光３１０の強度、必要な光均一性を得るように決められる。
【００４６】
プローブ光３１０の強度を大きくする手段として、ＬＥＤ３５０を導光板３０１の１辺に２段配置してもよい。図１０は導光板３０１の板厚を大きくして、側面にＬＥＤ３５０を２段にわたって配置した例である。この場合の平面図は、図９と同様である。なお、必要に応じてＬＥＤ３５０は導光板３０１の辺に３段以上にわたって配置することも可能である。
【００４７】
このように、ＬＥＤ３５０を導光板３０１の辺に多数配置すると、ＬＥＤ３５０からの熱が深刻な問題になるが、本発明では、ＬＥＤ３５０を導光板３０１の側面に配置することによって、ＬＥＤ３５０からの熱がセンサ部に伝わりにくくしているので、熱によるＬＡＰＳ測定データへの影響を抑えることが出来る。
【００４８】
図示は省略するが、プローブ光３１０の強度がさらに必要な場合、変調光源であるＬＥＤ３５０を導光板３０１の３辺あるいは４辺に配置することも出来る。作用は、図８乃至図１０で説明したのと同様であり、ＬＥＤ３５０の数を増加した分、プローブ光３１０の強度をさらに増大させることができる。
【実施例３】
【００４９】
図１１は、本発明の実施例３を示す断面図である。図１１は、実施例２の図５に比べて、高周波光源であるＬＥＤ３５０をセンサ部の半導体基板１２から視てさらに外側に離している。これによって、ＬＥＤ３５０からの熱の影響をさらに軽減することができる。
【００５０】
図１２は、図１１の詳細断面図である。図１２が図６と異なる点は、導光板３０１のＬＥＤ３５０からの光が入射する側面が、外側方向に延びているということである。すなわち、導光板３０１は、その上に載置される、プリズムシート３０３や拡散シート３０４等の光学シート群よりも外側に延在している。そして、変調光源であるＬＥＤ３５０は、延在した導光板３０１の側面に配置している。
【００５１】
図１２において、ＬＥＤ３５０からの光が導光板３０１の外側に逃げないように、導光板３０１が光学シート群に覆われていない部分には、上反射シート３０２１が配置している。図１２において、導光板３０１の側面の位置は、液晶パネル３０のＴＦＴ基板１００の端子領域９５よりも外側に配置している。言い換えれば、図１２に示すｘ１の大きさがゼロよりも大きい。あるいは、導光板３０１の側面の位置は、センサ部の半導体基板１２の端部よりも外側に配置されている。言い換えれば、図１２におけるｘ２の大きさがゼロよりも大きい。
【００５２】
図１２におけるｘ１及びｘ２の大きさは、ＬＡＰＳの大きさが許容する限り大きくするのがよい。ｘ１あるいはｘ２の大きさが大きいほど、ＬＥＤ３５０からの熱の影響を小さくすることが出来る。言い換えれば、ｘ１あるいはｘ２の大きさが大きいほど、多くのＬＥＤ３５０を配置することが可能であり、より強いプローブ光を得ることが出来る。具体的には、ｘ１及びｘ２の大きさは、数ｃｍ程度まで大きくすることができる。
【００５３】
図１２は、ＬＥＤ３５０が導光板３０１の１辺に配置された例であるが、実施例２で説明したように、ＬＥＤ３５０が導光板３０１の２辺以上に配置された場合も各辺において、図１２で説明したのと同様な構成とすることが出来る。このような場合のｘ１の大きさは、ＴＦＴ基板１００の端子部９５に限らず、ＴＦＴ基板１００の端部を基準にした寸法となる。また、図１０に示すように、ＬＥＤ３５０が導光板３０１の側面に２段以上にわたって配置された場合も、導光板３０１とＬＥＤ３５０の配置は図１２と同様な構成とすることが出来る。
【実施例４】
【００５４】
図１３は、本発明の実施例４を示す断面図である。ＬＡＰＳが、より強いプローブ光３１０を必要とする場合、変調光源であるＬＥＤ３５０の数をさら増やす必要がある。図１３ではこれに対応するために、ＬＥＤを導光板３０１のサイドではなく、拡散板３０６の背面に配置している。拡散板３０６の背面であれば、ＬＥＤ３５０を面状に配置することが出来るので、より多くのＬＥＤ３５０を用いることが出来、より強力なプローブ光３１０を得ることが出来る。しかし、この場合、半導体基板１２を含むセンサ部の直下に複数のＬＥＤ３５０を配置するので、ＬＥＤ３５０からの熱の問題が生ずる。
【００５５】
図１３はこの問題を対策することが出来る構成である。図１３において、変調光源であるＬＥＤ３５０と液晶パネル３０の間に拡散板３０６が配置されている。ＬＥＤ３５０は、面状に配置されているが、ＬＥＤ３５０が存在している部分の輝度が大きくなるために、輝度分布が生ずる。そこで、液晶パネル３０への入射光の強度を均一にするために、拡散板３０６を用いる。なお、拡散板３０６だけでは、十分な均一光が得られない場合は、図６に示すような拡散シート３０４を加えてもよい。また、光源からの光をより効率的に使用するために、プリズムシート３０３あるいは、反射型偏光シート３０５を用いてもよい。
【００５６】
直下型光源の場合、ＬＥＤ３５０からの熱がセンサ部に伝わりやすいという問題がある。これを防止するために、実施例４では、第１遮熱シート３８１を拡散板３０６と液晶パネル３０の間に、第２遮熱シート３８２を拡散板３０６とＬＥＤ３５０との間に配置している。遮熱シート３８１は、可視光は高い透過率を示すが、熱線となる赤外線に対しては、高い遮光効果を有するシートである。
【００５７】
このようなシートは、例えば、可視光である５５０〜８００ｎｍの波長に対しては７０％以上の透過率を示し、波長１．５μｍ以上の赤外線に対しては、１０％以下の透過率しかないというようなシートである。このようなシートの特徴としては、例えば、波長１．５μｍの赤外線の透過率は、波長５５０〜８００ｎｍの可視光の透過率に対して５０％以下であり、より好ましくは、１０％以下であるというものである。
【００５８】
図１３においては、第１遮熱シート３８１および第２遮熱シート３８２は拡散板３０６から離して配置しているが、拡散板３０６に貼り付けてもよい。さらに、液晶パネル３０に貼り付けてもよい。第１遮熱シート３８１および第２遮熱シート３８２を拡散板３０６あるいは液晶パネル３０に貼り付けることによって、実施例４の構成は、よりコンパクトになる。
【００５９】
本実施例の構成において、変調光源であるＬＥＤ３５０と液晶パネル３０との間隔を大きくすれば、ＬＥＤ３５０からの熱の影響を小さくすることが出来る。そこで、図１３に示す、拡散板３０６と光源３５０であるＬＥＤアレイとの間隔、及び、拡散板３０６と液晶パネル３０の間隔を大きくし、かつ、これらの間隔に送風機３７０により風を送りこむことによって、光源３５０からの熱の影響をさらに抑えることが出来る。
【実施例５】
【００６０】
図１４は本発明の実施例５によるＬＡＰＳを示す断面図である。図１４の特徴は、一つの液晶パネル３０、導光装置、変調光源であるＬＥＤ３５０を用いて２個のセンサ部を測定可能な点である。図２において、センサ部は仕切板１４１によって２箇所に区画されており、第１センサ部、第２センサ部の各々が、試料溶液２０、参照電極１５、感応膜１０、絶縁膜１１、半導体基板１２、オーミック電極１３を有している。第１センサ部の試料と第２センサ部の試料は、別な試料とすることができる。図１４において、第１センサ部、第２センサ部の各々に、測定器３６０が接続されているが、この測定器３６０内には、各々の参照電極１５、オーミック電極１３と接続する逆バイアス電圧電源、交流電流計が含まれている。
【００６１】
図１４において、液晶パネル３０、導光板３０１、変調光源としてのＬＥＤ３５０は図５と同じ構成である。液晶パネル３０は、ＡＭ（アクティブマトリクス）駆動されるので、測定箇所はランダムにアクセスすることが出来る。したがって、第１センサ部、第２センサ部のいずれも、任意の箇所を測定し、比較することができる。また、第１センサ部、第２センサ部とも同時に全面走査したデータを取得することも可能である。
【００６２】
図１４は、液晶パネル３０、導光板３０１、ＬＥＤ３５０とも実施例２の構成を適用した例であるが、実施例３、実施例４の構成を実施例５に適用することも出来る。また、図１４は、センサ部が２個存在している場合であるが、センサ部が３個以上存在する場合にも適用することが出来る。
【符号の説明】
【００６３】
１０…感応膜、１１…絶縁膜、  １２…半導体基板、  １３…オーミック電極、  １４…容器、  １５…参照電極、  ２０…試料溶液、  ３０…液晶パネル、  ９０…シャッタアレイ領域、  ９１…走査線、  ９２…アドレス線、  ９３…シャッター素子、  ９５…端子領域、  １００…ＴＦＴ基板、  １０１…下地膜、  １０２…ゲート電極、  １０３…ゲート絶縁膜、  １０４…ａ−Ｓｉ膜、  １０５…ドレイン電極、  １０６…ソース電極、  １０７…有機パッシベーション膜、  １０８…アドレス電極、  １０９…配向膜、  １１０…スルーホール、  １２０…下偏光板、  １４０…シール材、  １４１…仕切板、  １５０…液晶、  ２００…対向基板、  ２０１…ブラックマトリクス、  ２０２…コモン電極、  ２０３…配向膜、  ２２０…上偏光板、  ３０１…導光板、  ３０２…反射シート、  ３０３…プリズムシート、  ３０４…拡散シート、  ３０５…反射型偏光シート、  ３０６…拡散板、  ３１０…プローブ光、  ３５０…光源、  ３６０…測定器、  ３７０…送風機、  ３８１…第１遮熱シート、  ３８２…第２遮熱シート、  ４００…変調光源、  ４０１…導光装置、  ３０２１…上反射シート
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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