KR20160030595A - 터치 센싱 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 터치 센싱 장치에 관한 것으로, 피드백 전압 전송부와 공통 전압 보상부를 포함한다. 피드백 전압 전송부는 피드백 라인, 센서 라인들을 피드백 라인에 연결하는 스위치 소자들, 및 스위치 소자들의 온/오프를 제어하는 피드백 제어 라인을 포함한다. 공통 전압 보상부는 피드백 라인에 센서 라인들이 연결된 상태에서 피드백 라인을 통해 센서 라인들에 공급된 공통 전압을 피드백 입력 받아 공통 전압을 보상한다.

Description

터치 센싱 장치{TOUCH SENSING DEVICE}
본 발명은 픽셀 어레이 내에 터치 센서들이 내장되는 터치 센싱 장치에 관한 것이다.
유저 인터페이스(User Interface, UI)는 사람(사용자)과 각종 전기, 전자 기기 등의 통신을 가능하게 하여 사용자가 기기를 쉽게 자신이 원하는 대로 쉽게 제어할 수 있게 한다. 유저 인터페이스의 대표적인 예로는 키패드, 키보드, 마우스, 온스크린 디스플레이(On Screen Display, OSD), 적외선 통신 혹은 고주파(RF) 통신 기능을 갖는 원격 제어기(Remote controller) 등이 있다. 유저 인터페이스 기술은 사용자 감성과 조작 편의성을 높이는 방향으로 발전을 거듭하고 있다. 최근, 유저 인터페이스는 터치 UI, 음성 인식 UI, 3D UI 등으로 진화되고 있다.
터치 UI는 스마트 폰과 같은 휴대용 정보기기에 필수적으로 채택되고 있으며, 노트북 컴퓨터, 컴퓨터 모니터, 가전 제품 등에 확대 적용되고 있다. 최근, 터치 센서들을 표시패널의 픽셀 어레이에 내장하는 기술(이하, "인셀 터치 센서(In-cell touch sensor)"라 함)이 제안되고 있다. 인셀 터치 센서 기술은 표시패널의 두께 증가 없이 표시패널에 터치 센서들을 설치할 수 있다. 이러한 터치 센서들은 기생 용량을 통해 픽셀들에 연결된다. 구동 방법은 픽셀들과 터치 센서들의 커플링(Coupling)으로 인한 상호 영향을 줄이기 위하여, 1 프레임 기간은 픽셀들을 구동하는 기간(이하, "디스플레이 구동 기간"이라 함)과 터치 센서들을 구동하는 기간(이하, "터치 센서 구동 기간"이라 함)으로 시분할할 수 있다.
인셀 터치 센서 기술은 표시패널의 픽셀들에 연결된 전극을 터치 센서들의 전극으로 활용한다. 예를 들어, 인셀 터치 센서 기술은 액정표시장치의 픽셀들에 공통 전압을 공급하기 위한 공통 전극을 분할하여 터치 센서들의 전극으로 활용하는 방법이 있다. 그런데, 공통 전압은 모든 픽셀들에 동일한 전압으로 인가되어야 하지만, 공통전극이 터치 센서들로 분할되면 대화면에서 공통 전압이 불균일하게 되어 화질이 저하될 수 있다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 인셀 터치 센서 기술은 공통전극(COM)을 다수의 센서 전극들(C1~C4)로 분할한다. 센서 전극들(C1~C4) 각각은 자기 정전 용량(Self capacitance)을 포함하는 터치 센서로 동작한다. 센서 전극들(C1~C4) 각각에는 센서 라인들(L1~Li)이 연결된다. 터치 스크린 상에 손가락과 같은 전도체가 접촉될 때 터치 센서의 용량이 증가한다. 그 결과, 터치 여부에 따라 달라지는 용량 변화를 측정하여 터치 입력을 판단할 수 있다.
디스플레이 구동 기간(Td) 동안, 픽셀들의 공통 전압(Vcom)이 센서 라인들(L1~Li)을 통해 센서 전극들(C1~C4)에 공급된다. 터치 센서 구동 기간(Tt) 동안, 센서 구동 신호(Tdrv)가 센서 라인들(L1~Li)을 통해 센서 전극들(C1~C4)에 공급된다.
센서 라인들(L1~Li)의 길이는 터치 센서 위치에 따라 달라진다. 따라서, 센서 라인들(L1~Li)의 길이 차이로 인하여 센서 전극들(C1~C4)에 인가되는 공통 전압(Vcom)의 지연 시간이 터치 센서 위치에 따라 달라져 화질이 불균일하게 된다.
예를 들어, 도 3과 같이 제1 센서 라인(L1)을 통해 제1 센서 전극(C1)에 인가되는 공통 전압(Vcom)의 지연 시간은 제4 센서 라인(L4)을 통해 제4 센서 전극(C4)에 인가되는 공통 전압(Vcom)의 지연 시간 보다 길다. 이는 제1 센서 라인(L1)의 길이가 제4 센서 라인(L4) 보다 길어 RC 딜레이(delay)가 더 크기 때문이다. 따라서, 제1 및 제4 센서 라인(L1, L4)에 같은 전압이 인가되더라도 제1 센서 전극(C1)의 전압이 제4 센서 전극(C4)의 전압 보다 낮아진다. RC 딜레이로 인하여, 센서 구동 신호(Tdrv)도 터치 센서 위치에 따라 지연 시간이 달라진다.
대화면의 표시장치의 경우, 센서 라인들(L1~Li)의 길이 차이가 더 커진다. 따라서, 종래의 인셀 터치 센서 기술은 대화면의 표시장치에서 디스플레이 구동 기간(Td) 동안 센서 전극들(C1~C4)을 통해 인가되는 공통 전압(Vcom)을 불균일하게 하여 표시장치의 화질을 저하시킬 수 있다.
대화면의 표시장치는 인셀 터치 센서들과 픽셀들 간의 커플링(Coupling)으로 인하여 기생 용량(parastic capacitance)이 커진다. 이로 인하여, 인셀 터치 센서가 적용된 터치 스크린의 크기가 커지고 해상도 커지면 인셀 터치 센서들에 연결된 기생 용량이 증가하여 터치 감도와 터치 인식 정확도가 떨어진다. 따라서, 인셀 터치 센서 기술을 대화면 표시장치의 터치 스크린에 적용하기 위하여 터치 센서들의 기생 용량을 최소화할 수 있는 방안이 요구되고 있다.
픽셀들의 공통 전압(Vcom)은 표시패널의 RC 지연(delay) 편차로 인하여 화면 위치에 따라 그 전압이 달라질 수 있다. 또한, 공통 전압(Vcom)은 표시패널이 디스플레이 구동 기간과 터치 센서 구동 기간으로 시분할 구동할 때 터치 센서 구동 기간 직후 디스플레이 구동 기간이 시작할 때 변동될 수 있다. 이러한 공통 전압의 변동은 픽셀들의 휘도 변동을 초래화므로 화면 상에서 수평 방향의 라인이 보이게 한다. 공통 전압(Vcom)의 변동을 보상하기 위하여, 표시패널의 공통전극으로부터 피드백 입력된 공통 전압의 변화를 센싱하여 공통 전압을 보상하는 방법이 알려져 있다. 공통 전압의 피드백 보상 방법은 국내 특허 공개 10-2006-0077951(2006. 07. 05.), 국내 특허 공개 10-2013-0139679(2013. 12. 23.) 등을 통해 본원 출원인에 의해 제안된 바 있다. 이 방법은 공통 전극과 피드백 보상 회로를 연결하는 피드백 라인(Feedback line)을 필요로 한다. 그런데, 도 1과 같이 공통 전극이 다수의 센서 전극들로 분할되면 분할된 센서 전극들 각각에 피드백 라인을 연결할 수 없으므로 공통 전압의 피드백 보상 방법이 적용될 수 없다.
본 발명은 센서 전극들에 공급되는 공통 전압을 피드백 보상할 수 있는 터치 센싱 장치를 제공한다.
본 발명의 터치 센싱 장치는 피드백 전압 전송부와, 공통 전압 보상부를 포함한다. 피드백 전압 전송부는 피드백 라인, 센서 라인들을 피드백 라인에 연결하는 스위치 소자들, 및 스위치 소자들의 온/오프를 제어하는 피드백 제어 라인을 포함한다.
공통 전압 보상부는 피드백 라인에 센서 라인들이 연결된 상태에서 피드백 라인을 통해 센서 라인들에 공급된 공통 전압을 피드백 입력 받아 공통 전압을 보상한다.
본 발명은 피드백 라인에 센서 라인들을 연결하고 그 피드백 라인을 통해 센서 라인들에 공급된 공통 전압을 피드백 입력 받아 센서 전극들에 공급되는 공통 전압을 피드백 보상할 수 있다. 나아가, 본 발명은 피드백 라인에 센서 전극들을 연결한 상태에서 센서 라인들의 양단에 공통 전압을 공급하고, 터치 센서 구동 기간 동안 센서 라인들을 분리함으로써 픽셀들에 인가되는 공통 전압을 균일하게 할 수 있고 터치 센서들을 개별로 구동할 수 있게 한다.
더 나아가, 본 발명은 터치 센서 구동 기간 동안 터치 센서들에 연결된 기생 용량을 최소화하기 위하여 픽셀에 연결된 신호 라인들에 터치 구동 신호와 같은 위상의 교류 신호를 공급한다. 따라서, 본 발명의 터치 센싱 장치는 터치 센서들의 기생 용량을 최소화할 수 있다.
도 1은 터치 센서들에 연결되는 센서 라인들을 보여 주는 도면이다.
도 2는 인셀 터치 기술에서 터치 센서들에 인가되는 공통 전압과 터치 구동 신호를 보여 주는 파형도이다.
도 3은 인셀 터치 기술에서 터치 센서 위치에 따라 지연 시간이 달라지는 공통 전압을 보여 주는 파형도이다.
도 4는 본 발명의 표시장치를 개략적으로 보여 주는 블록도이다.
도 5는 더블 급전부와 센서 전극들을 보여 주는 평면도이다.
도 6은 센서 전극들의 일부를 확대한 평면도이다.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 표시장치에 인가되는 픽셀 구동 신호와 터치 구동 신호를 보여 주는 파형도이다.
도 10은 터치 구동 신호의 다양한 예를 보여 주는 파형도이다.
도 11은 센서 전극들에 공통 전압이 개별로 공급되는 예를 보여 주는 도면이다.
도 12는 Vcom 보상부의 기준 전압 가변 예를 보여 주는 도면이다.
도 13은 본 발명의 제1 실시예에 따른 Vcom 보상부를 보여 주는 도면이다.
도 14는 본 발명의 제2 실시예에 따른 Vcom 보상부를 보여 주는 도면이다.
도 15 및 도 16은 본 발명의 다른 실시예에 따른 공통 전압의 피드백 보상 방법을 보여 주는 도면들이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 실질적으로 동일한 구성요소들을 의미한다. 이하의 설명에서, 본 발명과 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다.
본 발명의 표시장치는 액정표시장치(Liquid Crystal Display, LCD), 전계방출 표시장치(Field Emission Display : FED), 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel, PDP), 유기발광 다이오드 표시장치(Organic Light Emitting Display, OLED), 전기영동 표시장치(Electrophoresis Display, EPD) 등의 평판 표시장치로 구현될 수 있다. 이하의 실시예에서, 평판 표시소자의 일 예로서 액정표시장치를 중심으로 설명하지만, 이에 한정되지 않는다. 예컨대, 본 발명의 표시장치는 인셀 터치 센서 기술이 적용 가능한 어떠한 표시장치도 가능하다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 표시장치를 개략적으로 보여 주는 블록도이다. 도 5에서, 도면 부호 '11'은 픽셀들의 화소전극이고, 도면 부호 '101'은 입력 영상이 표시되는 픽셀 어레이를 나타낸다. 표시패널(100)에서 픽셀 어레이(101) 밖의 부분은 비표시 영역인 베젤(Bezel) 영역이다.
도 4 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 표시장치는 터치 센싱 장치를 포함한다. 터치 센싱 장치는 표시패널(100)에 내장된 터치 센서들을 이용하여 터치 입력을 감지한다.
본 발명의 표시장치는 디스플레이 구동 기간과 터치 센서 구동 기간으로 시분할 구동된다. 디스플레이 구동 기간 동안 픽셀들에 입력 영상의 데이터가 기입된다. 터치 센서 구동 기간 동안, 터치 센서들이 구동되어 터치 입력이 감지된다.
터치 센서들은 인셀 터치 센서로 구현 가능한 정전 용량(capacitance) 타입의 터치 센서로 구현될 수 있다. 도 5는 자기 정전 용량 타입의 터치 센서를 예시한 것이다. 자기 정전 용량 타입의 터치 센서들 각각에는 센서 라인이 연결되고 그 센서 라인은 Tx 라인과 Rx 라인으로 분리되지 않는다. 센싱 회로는 터치 센서에 연결된 센서 라인에 전하를 공급하고 그 센서 라인을 통해 정전 용량 변화를 의 전하 변화량을 센싱한다.
픽셀들에 공통 전압(Vcom)을 공급하는 공통 전극은 다수의 센서 전극들로 분할된다. 따라서, 터치 센서들은 픽셀 어레이 내에 내장되고 픽셀들에 연결된다. 공통 전압은 이하의 실시예에서 액정표시장치의 픽셀들에 인가되는 공통 전압을 예시하였으나 이에 한정되지 않는다. 예컨대, 공통 전압은 유기발광 다이오드 표시장치의 픽셀들에 공통으로 인가되는 고전위/저전위 전원전압(VDD/VSS) 등 평판표시장치에서 픽셀들에 공통으로 공급되는 전압으로 해석되어야 한다.
액정표시장치에서, 표시패널(100)에서 두 장의 기판들 사이에는 액정층이 형성된다. 액정층의 액정 분자들은 화소전극(11)에 인가되는 데이터전압과, 공통전극에 인가되는 공통 전압(Vcom)의 전위차로 발생되는 전계에 의해 구동된다. 표시패널(100)의 픽셀 어레이는 데이터 라인들(S1~Sm, m은 양의 정수)과 게이트 라인들(G1~Gn, n은 양의 정수)에 의해 정의된 픽셀들, 픽셀들에 연결된 공통전극으로부터 분할된 터치 센서들, 터치 센서들에 연결된 센서 라인들(L1~Li), 및 센서 라인들(L1~Li, i는 0 보다 크고 m 보다 작은 양의 정수)에 연결된 스위치 소자(도 4에서 생략됨) 등을 포함한다.
센서 라인들(L1~Li)의 길이는 픽셀 어레이(또는 화면) 내에서 서로 동일하다. 공통 전압(Vcom)은 디스플레이 구동 기간(Td) 동안 센서 라인들(L1~Li)의 양단을 통해 터치 센서들의 센서 전극에 공급된다.
센서 라인(L1~Li)은 터치 센서들의 센서 전극(C1~C4)에 1:1로 연결될 수 있다. 예를 들어, 제1 센서 라인(L1)은 제1 센서 전극(C1)에 연결되고, 제2 센서 라인(L2)은 제2 센서 전극(C2)에 연결된다. 그리고 제3 센서 라인(L3)은 제3 센서 전극(C3)에 연결되고, 제4 센서 라인(L4)은 제4 센서 전극(C4)에 연결된다. 센서 라인들(L1~Li)의 양단에 도 5와 같은 더블 급전부(double feeding unit)가 연결된다.
픽셀들 각각은 데이터 라인들(S1~Sm)과 게이트 라인들(G1~Gn)의 교차부들에 형성된 픽셀 TFT들(Thin Film Transistor), 픽셀 TFT를 통해 데이터전압을 공급받는 화소전극, 공통 전압(Vcom)이 인가되는 공통전극, 화소전극에 접속되어 액정셀의 전압을 유지시키기 위한 스토리지 커패시터(Storage Capacitor, Cst) 등을 포함한다. 공통전극은 터치 센서 구동 기간 동안 다수의 센서 전극들로 분리된다.
표시패널(100)의 상부 기판에는 블랙매트릭스, 컬러필터 등이 형성될 수 있다. 표시패널(100)의 하부 기판은 COT(Color filter On TFT) 구조로 구현될 수 있다. 이 경우에, 컬러필터는 표시패널(100)의 하부 기판에 형성될 수 있다. 표시패널(100)의 상부 기판과 하부 기판 각각에는 편광판이 부착되고 액정과 접하는 내면에 액정의 프리틸트각을 설정하기 위한 배향막이 형성된다. 표시패널(100)의 상부 기판과 하부 기판 사이에는 액정층의 셀갭(Cell gap)을 유지하기 위한 컬럼 스페이서가 형성된다.
표시패널(100)의 배면 아래에는 백라이트 유닛이 배치될 수 있다. 백라이트 유닛은 에지형(edge type) 또는 직하형(Direct type) 백라이트 유닛으로 구현되어 표시패널(100)에 빛을 조사한다. 표시패널(100)은 TN(Twisted Nematic) 모드, VA(Vertical Alignment) 모드, IPS(In Plane Switching) 모드, FFS(Fringe Field Switching) 모드 등 공지된 어떠한 액정 모드로도 구현될 수 있다. 유기발광 다이오드 표시장치와 같은 자발광 표시장치에서 백라이트 유닛은 필요 없다.
본 발명의 표시장치는 픽셀들에 입력 영상의 데이터를 기입하는 디스플레이 구동부(102, 104, 106), 터치 센서들을 구동하는 터치 센서 구동터치 센서 구동부(110), 및 Vcom 보상부(112)를 더 포함한다.
디스플레이 구동 기간(Td)과 터치 센서 구동 기간(Tt)은 도 2와 같이 시분할된다. 디스플레이 구동부(102, 104, 106)와 터치 센서 구동부(110)는 동기 신호(Tsync)에 응답하여 서로 동기된다.
디스플레이 구동부(102, 104, 106)는 디스플레이 구동 기간(도 2, Td) 동안 픽셀들에 데이터를 기입한다. 픽셀들은 터치 센서 구동 기간(도 2, Tt) 동안 픽셀 TFT가 오프 상태이기 때문에 디스플레이 구동 기간(Td)에 충전하였던 데이터 전압을 유지(hold)한다. 디스플레이 구동부(102, 104, 106)는 터치 센서 구동 기간(Tt) 동안 터치 센서들과 픽셀들에 연결된 신호 라인들(S1~Sm, G1~Gn) 사이의 기생 용량을 최소화하기 위하여 센서 라인들(L1~Li)을 통해 터치 센서들에 인가되는 터치 구동 신호(Tdrv)와 같은 위상의 교류 신호를 신호 라인들(S1~Sm, G1~Gn)에 공급할 수 있다. 픽셀들에 연결된 신호 배선은 픽셀들에 데이터를 기입하기 위한 신호 배선으로서, 데이터 전압을 픽셀들에 공급하기 위한 데이터 라인(S1~Sm)과, 데이터가 기입된 픽셀들을 선택하기 위한 게이트 펄스(또는 스캔 펄스)가 공급되는 게이트 라인(G1~Gm)을 포함한다.
디스플레이 구동부(102, 104, 106)는 데이터 구동부(102), 게이트 구동부(104) 및 타이밍 콘트롤러(106)를 포함한다.
데이터 구동부(102)는 디스플레이 구동 기간(Td) 동안 타이밍 콘트롤러(106)로부터 수신되는 입력 영상의 디지털 비디오 데이터(RGB)를 아날로그 정극성/부극성 감마보상전압으로 변환하여 데이터전압을 출력한다. 데이터 구동부(102)로부터 출력된 데이터전압은 데이터 라인들(S1~Sm)에 공급된다.
데이터 구동부(102)는 터치 센서 구동 기간(Tt) 동안 터치 센서들에 인가되는 터치 구동 신호(Tdrv)와 같은 위상의 교류 신호를 데이터 라인들(S1~Sm)에 인가하여 터치 센서와 데이터 라인 사이의 기생 용량을 최소화한다. 이는 기생 용량의 양단 전압이 동시에 변하고 그 전압 차이가 작을 수록 기생 용량에 충전되는 전하 양이 작아지기 때문이다. 터치 센서들의 일단이 센서 전극에 연결되고 타단이 그라운드(GND)에 연결되기 때문에 터치 센서들은 터치 구동 신호(Tdrv)가 인가될 때 전하를 충전한다.
게이트 구동부(104)는 디스플레이 구동 기간(Td) 동안, 데이터전압에 동기되는 게이트 펄스(또는 스캔펄스)를 게이트 라인들(G1~Gn)에 순차적으로 공급하여 데이터 전압이 기입되는 표시패널(100)의 라인을 선택한다. 게이트 펄스는 게이트 하이 전압(VGH)과 게이트 로우 전압(VGL) 사이에서 스윙한다. 게이트 펄스는 게이트 라인들(G1~Gn)을 통해 픽셀 TFT들의 게이트에 인가된다. 게이트 하이 전압(VGL)은 픽셀 TFT의 문턱 전압 보다 높은 전압으로 설정되어 픽셀 TFT를 턴온(turn-on)시킨다. 게이트 로우 전압(VGL)은 픽셀 TFT의 문턱 전압 보다 낮은 전압이다.
게이트 구동부(104)는 터치 센서 구동 기간(Tt) 동안 터치 센서들에 인가되는 터치 구동 신호(Tdrv)와 같은 위상의 교류 신호를 게이트 라인들(G1~Gn)에 인가하여 터치 센서와 게이트 라인 사이의 기생 용량을 최소화한다. 터치 센서 구동 기간(Tt) 동안 게이트 라인들(G1~Gn)에 인가되는 교류 신호의 전압은 픽셀들에 기입된 데이터가 변하지 않도록 게이트 하이 전압(VGH) 보다 낮고 픽셀 TFT의 문턱 전압 보다 낮아야 한다.
타이밍 콘트롤러(106)는 호스트 시스템(108)으로부터 입력되는 수직 동기신호(Vsync), 수평 동기신호(Hsync), 데이터 인에이블 신호(Data Enable, DE), 메인 클럭(MCLK) 등의 타이밍신호를 입력받아 데이터 구동부(102)와 게이트 구동부(104)의 동작 타이밍을 동기시킨다. 스캔 타이밍 제어신호는 게이트 스타트 펄스(Gate Start Pulse, GSP), 게이트 쉬프트 클럭(Gate Shift Clock), 게이트 출력 인에이블신호(Gate Output Enable, GOE) 등을 포함한다. 데이터 타이밍 제어신호는 소스 샘플링 클럭(Source Sampling Clock, SSC), 극성제어신호(Polarity, POL), 소스 출력 인에이블신호(Source Output Enable, SOE) 등을 포함한다.
호스트 시스템(108)은 텔레비젼 시스템, 셋톱박스, 네비게이션 시스템, DVD 플레이어, 블루레이 플레이어, 개인용 컴퓨터(PC), 홈 시어터 시스템, 폰 시스템(Phone system) 중 어느 하나로 구현될 수 있다. 호스트 시스템(108)은 스케일러(scaler)를 내장한 SoC(System on chip)을 포함하여 입력 영상의 디지털 비디오 데이터를 표시패널(100)의 해상도에 적합한 포맷으로 변환한다. 호스트 시스템(108)은 입력 영상의 디지털 비디오 데이터(RGB)와 함께 타이밍 신호들(Vsync, Hsync, DE, MCLK)을 타이밍 콘트롤러(106)로 전송한다. 또한, 호스트 시스템(108)은 터치 센서 구동부(110)로부터 입력되는 터치 입력의 좌표 정보(XY)와 연계된 응용 프로그램을 실행한다.
타이밍 콘트롤러(106) 또는 호스트 시스템(108)은 디스플레이 구동부(102, 104, 106)와 터치 센서 구동부(110)를 동기시키기 위한 동기 신호(Tsync)를 발생할 수 있다.
터치 센서 구동부(110)는 터치 센서 구동 기간(Tt) 동안 센서 전극들(C1~C4)에 공급될 터치 구동 신호(Tdrv)의 전압을 발생한다. 자기 정전 용량 타입의 터치 센서에 손가락이 접촉될 때 정전 용량이 증가한다. 터치 센서 구동부(110)는 터치 구동 신호가 인가되는 자기 용량 타입의 터치 센서에서 접촉 물체로 인하여 변하는 정전 용량(또는 전하)의 변화를 측정하여 터치 위치와 터치 면적을 감지할 수 있다. 터치 센서 구동부(110)는 터치 입력의 좌표 정보(XY)를 계산하여 호스트 시스템(108)으로 전송한다.
데이터 구동 회로(12)와 터치 센서 구동부(110)는 도 5와 같이 하나의 IC(Integrated Circuit) 내에 집적되어 COG(Chip on glass) 공정으로 표시패널의 기판 상에 접착될 수 있다. 또한, Vcom 보상부(112)이 데이터 구동 회로(12) 및 터치 센서 구동부(110)와 함께 IC에 내장될 수 있다.
Vcom 보상부(112)는 도 5와 같은 더블 급전부를 이용하여 디스플레이 구동 기간 동안 센서 전극들의 전압을 피드백 입력 받아 공통 전압(Vcom)을 보상하여 더블 급전부를 통해 공통 전압(Vcom)을 센서 전극들에 공급한다.
더블 급전부는 디스플레이 구동 기간(Td) 동안 센서 전극들(C1~C4)을 서로 단락(short circuit)시킨 상태에서, 그 센서 전극들을 통해 픽셀들에 공통 전압(Vcom)을 공급한다. 더블 급전부는 센서 라인들(L1~Li)의 양단에서 공통 전압을 인가함으로써 센서 전극들(C1~C4)에 인가되는 공통 전압(Vcom)의 지연을 줄여 픽셀들의 공통 전압을 화면 전체에서 균일하게 한다. 더블 급전부는 터치 센서 구동 기간(Tt) 동안 스위칭 소자들을 턴-오프(turn-off)시켜 센서 전극들(C1~C4)을 분리한다.
더블 급전부는 디스플레이 구동 기간(Td) 동안 센서 라인들(L1~Li)의 일단에 공통 전압(Vcom)을 인가하는 제1 급전부와, 디스플레이 구동 기간(Td) 동안 피드백 라인(D1)을 경유하여 센서 라인들(L1~Li)을 서로 연결하고 센서 라인들(L1~Li)의 타단에 공통 전압(Vcom)을 공급하는 제2 급전부를 포함한다. 터치 센서들은 디스플레이 구동 기간(Td) 동안 피드백 라인(D1)을 통해 센서 라인들(L1~Li)이 연결되므로 서로 단락된다.
제1 급전부는 터치 센서 구동 기간(Tt) 동안 터치 구동 신호를 센서 라인들(L1~Li)을 통해 터치 센서들에 공급한다. 제2 급전부는 터치 센서 구동 기간(Tt) 동안 센서 라인들을 분리하여 터치 센서들 각각이 독립적으로 구동되도록 한다.
제1 급전부와 제2 급전부는 센서 라인들(L1~Li)을 사이에 두고 서로 반대측에 위치한다. 제1 급전부는 도 5에서 센서 라인들(L1~Li)의 하단에 연결된 IC일 수 있고, 제2 급전부는 센서 라인들(L1~Li)의 상단에 연결될 수 있지만 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 센서 라인들(L1~Li)이 횡방향을 따라 형성되면, 제1 급전부와 제2 급전부는 그 센서 라인들(L1~Li)을 사이에 두고 표시패널(100)의 좌측과 우측에 배치될 수 있다.
제2 급전부는 센서 라인들(L1~Li)에 각각 연결된 TFT(T1), TFT(T1)에 연결된 피드백 라인(D1) 및 피드백 제어 라인(D2)을 포함한다. 이러한 제2 급전부의 TFT들을 온/오프(On/off)시키기 위한 인에이블신호(Ten)는 타이밍 콘트롤러(106) 또는 터치 센서 구동부(110)로부터 생성된다. 인에이블신호(Ten)는 피드백 제어 라인(D2)에 공급된다. 제2 급전부는 센서 라인들(L1~Li)을 통해 센서 전극들(C1~C4)에 공급된 공통 전압을 Vcom 보상부(112)에 피드백 입력하는 피드백 전압 전송부로서 동작한다.
TFT(T1)는 픽셀 TFT와 같은 구조와 크기로 픽셀 TFT와 동시에 형성된 스위치 소자이다. TFT(T1)는 피드백 제어 라인(D2)에 연결된 게이트, 피드백 라인(D1)에 연결된 드레인, 및 센서 라인에 연결된 소스를 갖는다. TFT(T1)는 디스플레이 구동 기간(Td) 동안 피드백 제어 라인(D2)을 통해 인가되는 게이트 하이 전압(VGH)의 인에이블신호(Ten)에 응답하여 피드백 라인(D1)으로부터의 공통 전압(Vcom)을 센서 라인들(L1~Li)에 공급한다. 따라서, TFT(T1)는 피드백 제어 라인(D2)의 전압에 응답하여 피드백 라인(D1)과 센서 라인(L1~Li)을 선택적으로 연결한다.
피드백 라인(D1)과 피드백 제어 라인(D2)은 픽셀 어레이(102) 밖의 베젤 영역을 따라 형성되는 저저항 금속 배선들이다. TFT(T1)는 터치 센서 구동 기간(Tt) 동안 오프 상태를 유지한다. TFT의 게이트와 드레인에는 센서 라인들(L1~Li)과의 기생 용량을 최소화하기 위하여 터치 구동 신호(Tdrv)와 같은 위상의 교류 신호가 인가될 수 있다.
도 6은 센서 전극들의 일부를 확대한 평면도이다.
도 6과 같이 센서 전극들(C1~C4) 각각은 픽셀 보다 큰 크기로 패터닝되어 다수의 픽셀들에 연결된다. 센서 전극들(C1~C4) 각각은 투명 전도성 재료 예를 들어, ITO(Indium Tin Oxide)로 형성될 수 있다. 센서 라인들(L1~Li)은 저저항 금속 예를 들어, Cu, AlNd, Mo, Ti 등의 금속으로 형성될 수 있다. 센서 전극들(C1~C4)은 디스플레이 구동 기간(Td) 동안 서로 연결된 상태로 픽셀들에 공통 전압(Vcom)을 공급하는 공통전극이다. 센서 전극들(C1~C4)은 터치 센서 구동 기간(Tt) 동안 서로 분리된다. 따라서, 터치 센서들은 터치 센서 구동 기간(Tt) 동안 서로 분리되어 독립적으로 구동된다.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 표시장치에 인가되는 픽셀 구동 신호와 터치 구동 신호를 보여 주는 파형도이다.
도 7을 참조하면, 픽셀들은 디스플레이 구동 기간(Td) 동안, 입력 영상의 데이터를 기입한다. 디스플레이 구동 기간(Td) 동안, 데이터 라인들(S1, S2)에 입력 영상의 데이터전압이 공급되고, 그 데이터전압에 동기되는 게이트 펄스가 스캔 라인들(G1, G2)에 순차적으로 인가된다. 공통 전압(Vcom)은 디스플레이 구동 기간(Td) 동안 센서 라인들(L1~Li)의 양단을 통해 서로 연결된 센서 전극들(C1~C4)에 공급된다. 디스플레이 구동 기간(Td) 동안, 피드백 제어 라인(D2)에 TFT(T1)의 문턱 전압 보다 높은 게이트 하이 전압(VGH)이 공급되고, 피드백 라인(D1)에 공통 전압(Vcom)이 공급된다. 따라서, 공통 전압(Vcom)은 IC와 TFT(T1)를 통해 센서 라인들(L1~Li)의 양단에 공급된다. 공통 전압(Vcom)이 센서 라인들(L1~Li)의 양단을 통해 센서 전극들(C1~C4)에 인가되면, 센서 전극들(C1~C4)의 전압 강하를 방지할 수 있으므로 대화면에서 픽셀들에 인가되는 공통 전압(Vcom)을 균일하게 하여 화질을 향상시킬 수 있다.
픽셀들에 충전된 데이터 전압은 터치 센서 구동 기간(Tt) 동안 유지된다. 이는 픽셀 TFT와 제2 급전부의 TFT(T1)가 터치 센서 구동 기간(Tt) 동안 오프 상태를 유지하기 때문이다.
피드백 라인(D1)과 피드백 제어 라인(D2)은 터치 센서 구동 기간(Tt) 동안 아무런 전압이 인가되지 않는 하이 임피던스(High impedence, Hi-Z) 상태를 유지할 수 있다. TFT(T1)는 피드백 라인(D1)과 피드백 제어 라인(D2)이 하이 임피던스(Hi-Z)를 유지하기 때문에 터치 센서 구동 기간(Tt) 동안 오프 상태를 유지한다.
디스플레이 구동부(102, 104, 106)는 센서 라인들(L1~Li)과 픽셀들에 연결된 신호 라인들(S1, S2, G2, G2) 사이의 기생 용량을 최소화하기 위하여 터치 구동 신호(Tdrv)와 같은 위상의 교류 신호를 터치 센서 구동 기간(Tt) 동안 발생하여 신호 라인들(S1, S2, G2, G2)에 공급한다. 기생 용량을 최소화하기 위하여, 교류 신호의 전압은 터치 구동 신호(Tdrv)와 같은 전압으로 설정될 수 있다.
도 8을 참조하면, 디스플레이 구동 기간(Td) 동안 픽셀 구동 방법과 터치 센서 구동 방법은 도 7의 실시예와 실질적으로 동일하므로 그에 대한 상세한 설명을 생략한다.
픽셀들에 충전된 데이터 전압은 터치 센서 구동 기간(Tt) 동안 유지된다. 이는 픽셀 TFT와 제2 급전부의 TFT(T1)가 터치 센서 구동 기간(Tt) 동안 오프 상태를 유지하기 때문이다. 피드백 라인(D1)은 터치 센서 구동 기간(Tt) 동안 하이 임피던스 상태를 유지한다. 피드백 제어 라인(D2)의 전압은 터치 센서 구동 기간(Tt) 동안 TFT(T1)의 문턱 전압 보다 낮은 게이트 로우 전압(VGL)을 유지한다.
터치 센서 구동부(110)는 터치 센서 구동 기간(Tt) 동안 센서 전극들(C1~C4)에 공급될 터치 구동 신호(Tdrv)의 전압을 발생한다. 디스플레이 구동부(102, 104, 106)는 센서 라인들(L1~Li)과 픽셀들에 연결된 신호 라인들(S1, S2, G2, G2) 사이의 기생 용량을 최소화하기 위하여 터치 구동 신호(Tdrv)와 같은 위상의 교류 신호를 터치 센서 구동 기간(Tt) 동안 발생한다.
도 9를 참조하면, 디스플레이 구동 기간(Td) 동안 픽셀 구동 방법과 터치 센서 구동 방법은 도 7의 실시예와 실질적으로 동일하므로 그에 대한 상세한 설명을 생략한다.
픽셀들에 충전된 데이터 전압은 터치 센서 구동 기간(Tt) 동안 유지된다. 이는 픽셀 TFT와 제2 급전부의 TFT(T1)가 터치 센서 구동 기간(Tt) 동안 오프 상태를 유지하기 때문이다.
터치 센서 구동 기간(Tt) 동안 픽셀 신호 라인들(S1~S2, G1~G2)과 센서 라인들(L1~Li)에 인가되는 교류 신호와 터치 구동 신호(Tdrv)의 전압은 픽셀들에 기입된 데이터가 변하지 않도록 게이트 하이 전압(VGH) 보다 낮고 픽셀 TFT의 문턱 전압 보다 낮아야 한다.
터치 센서 구동부(110)는 터치 센서 구동 기간(Tt) 동안 센서 전극들(C1~C4)에 공급될 터치 구동 신호(Tdrv)의 전압을 발생한다. 디스플레이 구동부(102, 104, 106)는 센서 라인들(L1~Li)과 픽셀들에 연결된 신호 라인들(S1, S2, G2, G2) 사이의 기생 용량과, 센서 라인들(L1~Li)과 피드백 라인(D1) 사이의 기생 용량, 및 센서 라인들(L1~Li)과 피드백 제어 라인(D2) 사이의 기생 용량 사이의 기생 용량을 최소화하기 위하여, 터치 구동 신호(Tdrv)와 같은 위상의 교류 신호를 발생한다. 이러한 교류 신호는 터치 센서 구동 기간(Tt) 동안 센서 라인들(L1~Li), 픽셀들에 연결된 신호 라인들(S1, S2, G2, G2), 피드백 라인(D1), 및 피드백 제어 라인(D2)에 공급된다. 터치 구동 신호(Tdrv)와, 그 터치 구동 신호(Tdrv)의 동위상으로 발생되는 교류 신호는 TFT(T1)의 문턱 전압 보다 작다. 따라서, TFT(T1)는 터치 센서 구동 기간(Tt) 동안 오프 상태를 유지한다.
도 10은 터치 구동 신호(Tdrv)의 다양한 예를 보여 주는 파형도이다.
터치 구동 신호(Tdrv)는 표시패널의 크기, 해상도, RC 딜레이 등을 고려하여 다양한 파형과 전압으로 발생될 수 있다. 예를 들어, RC 딜레이가 크면 전압 강하를 고려하여 터치 구동 신호(Tdrv)의 전압을 더 높게 설정하는 것이 바람직하다. 터치 구동 신호(Tdrv)는 고전위 전압(MH)과 저전위 전압(ML) 사이에서 스윙하는 전압으로 발생될 수 있다. 또한, 터치 구동 신호(Tdrv)는 M1~M4(M1 > M2 > M3 > M4)멀티 스텝 파형으로 발생될 수 있다. M1은 빠른 시간 내에 터치 센서의 전하를 충전시키기 위한 전위이고, M3는 터치 센서의 잔류 전하를 빠르게 방전하기 위한 전위이다. 도 10의 (B)와 같은 터치 구동 신호(Tdrv)는 미국 특허 출원14/079,798(2013. 11. 14.)에서 제안된 멀티 스텝(multi step) 파형으로 발생될 수 있다. 터치 구동 신호(Tdrv)와 동위상으로 발생되는 교류 신호도 도 10과 같이 다양한 파형으로 생성될 수 있다.
도 11은 센서 전극들(C1~C4)에 공통 전압(Vcom)이 개별로 공급되는 예를 보여 주는 도면이다. 도 12는 Vcom 보상부의 기준 전압 가변 예를 보여 주는 도면이다.
도 11 및 도 12를 참조하면, Vcom 보상부(112)의 피드백 입력 단자는 피드백 라인(D1)에 연결된다. Vcom 보상부(112)는 피드백 라인(D1)으로부터 공통 전압(Vcom)을 피드백 입력 받는다.
Vcom 보상부(112)는 센서 라인들(L1~L4)에 연결된 피드백 라인(D1)을 통해 피드백 입력 받아 피드백 전압(VFB)의 변화량을 보상한 공통 전압(Vcom)을 출력한다. 터치 센서 구동부(110)는 센서 라인들(L1~L4)을 통해 센서 전극들(C1~C4) 각각에 개별로 피드백 보상된 공통 전압(Vcom)을 공급한다.
Vcom 보상부(112)는 도 12와 같은 반전 증폭기(10)로 구현될 수 있다. 반전 증폭기(10)는 피드백 라인(D1)과 연결된 반전 입력 단자(-), 기준 전압(Vcom_ref)이 입력되는 비반전 입력 단자(+), 및 피드백 보상된 공통 전압(Vcom)을 출력하는 출력 단자를 포함한다. 반전 증폭기(10)는 피드백 전압(VFB)과 기준 전압(Vcom_ref)의 차를 반전 증폭하여 센서 전극들(C1~C4)에 공급될 공통 전압(Vcom)이 기준 전압(Vcom_ref)의 전압 레벨을 유지하도록 한다.
터치 센서 구동부(110)는 제1 및 제2 급전부를 통해 센서 라인들(L1~L4)의 양단에 피드백 보상된 공통 전압(Vcom)을 공급할 수 있다. 터치 센서 구동부(110)는 센서 전극들(C1~C4)의 위치에 따라 달라지는 RC 딜레이 편차를 고려하여 센서 라인들(L1~L4)에 인가되는 공통 전압(Vcom)의 전압 레벨을 다르게 할 수 있다. 예를 들어, 제2 센서 전극(C2)의 RC 딜레이가 제1 센서 전극(C1)의 그것 보다 크기 때문에 제2 센서 라인(L2)에 인가되는 공통 전압(Vcom)은 제1 센서 라인(L1)에 인가되는 공통 전압(Vcom) 보다 큰 전압으로 발생될 수 있다.
공통 전압(Vcom)은 표시패널(100)의 패널 특성과 구동 방식에 따라 그 최적화된 전압이 달라질 수 있다. 이를 위하여, Vcom 보상부(112)는 멀티플렉서(Multiplexer, MUX)(11)를 더 포함할 수 있다. 멀티플렉서(11)는 선택 신호(SEL)에 따라 다수의 기준전압(Vcom_ref1 ~ Vcom_ref1) 중 어느 하나를 반전 증폭기(10)의 비반전 단자(+)에 입력한다. 선택 신호(SEL)는 패널 특성과 구동 방식에 따라 선택된 특정 논리값으로 고정되거나, 타이밍 콘트롤러(106)에 의해 능동적으로 선택될 수 있다.
도 13은 본 발명의 제1 실시예에 따른 Vcom 보상부를 보여 주는 도면이다.
도 13을 참조하면, 스위치들(T1)은 디스플레이 구동 기간(Td) 동안, 인에이으블신호(Ten)에 응답하여 모두 턴-온되어 피드백 라인(D1)에 모든 센서 라인들(L1~L4)을 연결한다.
반전 증폭기(10)는 디스플레이 구동 기간(Td) 동안 피드백 라인(D1)을 통해 센서 전극들(C1~C4)로부터 공통 전압을 피드백 입력 받는다. 반전 증폭기(10)는 디스플레이 구동 기간(Td) 동안 피드백 전압(VFB)과 기준 전압(Vcom_ref)의 차를 반전 증폭한다. 터치 센서 구동부(10)는 센서 라인들(L1~L4)을 통해 피드백 보상된 공통 전압(Vcom)을 센서 전극들(C1~C4)에 공급한다. 반전 증폭기(10)의 기준 전압(Vcom_ref)은 도 12와 같이 전압 레벨이 다른 여러 전압들 중에서 선택될 수 있다. 이 실시예에서 제2 급전부는 피드백 라인(D1)에 공통 전압(Vcom)을 공급하지 않고 피드백 라인(D1)을 피드백 전압(VFB)의 전송 경로로 이용한다.
도 14는 본 발명의 제2 실시예에 따른 Vcom 보상부를 보여 주는 도면이다.
도 14를 참조하면, Vcom 보상부(1120)는 제1 및 제2 반전 증폭기(10a, 10b)를 포함한다.
스위치들(T1)은 디스플레이 구동 기간(Td) 동안, 인에이블신호(Ten)에 응답하여 모두 턴-온되어 피드백 라인(D1)에 모든 센서 라인들(L1~L4)을 연결한다.
제1 반전 증폭기(10a)는 디스플레이 구동 기간(Td) 동안 피드백 라인(D1)을 통해 피드백 전압(VFB)을 입력 받고, 센서 라인(L1~L4)에 피드백 보상된 공통 전압(Vcom)을 공급한다. 반면에, 제2 반전 증폭기(10b)는 디스플레이 구동 기간(Td) 동안 센서 라인(L1~L4)을 통해 피드백 전압(VFB)을 입력 받고, 피드백 라인(D1)에 피드백 보상된 공통 전압(Vcom)을 공급한다. 제1 및 제2 반전 증폭기(10a, 10b)의 기준 전압(Vcom_ref)은 도 12와 같이 전압 레벨이 다른 여러 전압들 중에서 선택될 수 있다.
이 실시예에서 제2 급전부는 제1 반전 증폭기(10a)에 피드백 전압(VFB)을 공급함과 동시에, 제2 반전 증폭기(10b)에 의해 피드백 보상된 공통 전압(Vcom)을 센서 라인들(L1~L4)에 공급한다.
도 15 및 도 16은 본 발명의 다른 실시예에 따른 공통 전압의 피드백 보상 방법을 보여 주는 도면들이다.
도 15 및 도 16을 참조하면, 센서 전극들(C1~C4)에 인가되는 전압은 디스플레이 구동 기간(Td)과 터치 센서 구동 기간(Tt)에서 다르다. 따라서, 센서 전극들(C1~C4)에 인가되는 공통 전압은 디스플레이 구동 기간(Td)의 초기에 급격히 낮아질 수 있다.
Vcom 보상부(112)는 디스플레이 구동 기간(Td)의 초기에 급격히 낮아지는 전압을 보상하기 위하여 디스플레이 구동 기간(Td)의 초기에 기준 전압을 Vcom_ref2로 높여 공통 전압(Vcom)을 과구동(Over driving)한 후에, 기준 전압을 Vcom_ref1으로 낮출 수 있다. 과구동 기간은 디스플레이 구동 기간(Td)의 초기 1 수평 기간 이내의 시간으로 설정될 수 있다.
Vcom 보상부(112)는 공통 전압(Vcom)과 터치 구동 신호(Tdrv)를 피드백 보상할 수 있다. 이를 위하여, Vcom 보상부(112)는 제1 멀티플렉서(MUX1, 11a), 제2 멀티플렉서(MUX2, 11b), 및 반전 증폭기(10)를 포함한다.
제1 멀티플렉서(11a)는 서로 다른 전압 레벨의 기준 전압을 제1 선택 신호(Sync1, Sync2)에 따라 선택함으로서 기준 전압(Vcom_ref)을 변경한다.
제2 멀티플렉서(11b)는 제2 선택 신호(Tsync, Th)에 따라 제1 멀티플렉서(11a)의 출력 전압(Vcom_ref)과, 터치 구동 신호(Tdrv)의 교류 전압(MH, ML)을 선택한다. 제2 선택 신호(Tsync, Th)는 디스플레이 구동 기간(Td)과 터치 센서 구동 기간(Tt)을 구분하고 또한, 선택된 구동 기간에 따라 공통 전압(Vcom)과 터치 구동 신호(Tdrv)를 선택한다. 제1 및 제2 선택 신호(Sync1, Sync2, Tsyn, Th)는 타이밍 콘트롤러(106)에서 생성될 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
10, 10a, 10b : 반전 증폭기 11, 11a, 11b : 멀티플렉서(MUX)
100 : 표시패널 102 : 데이터 구동회로
104 : 게이트 구동회로 110 : 터치 센서 구동부
112 : Vcom 보상부

Claims (5)

  1. 센서 전극들에 연결된 센서 라인들;
    피드백 라인, 상기 센서 라인들을 피드백 라인에 연결하는 스위치 소자들, 및 스위치 소자들의 온/오프를 제어하는 피드백 제어 라인을 포함하는 피드백 전압 전송부; 및
    상기 피드백 라인에 상기 센서 라인들이 연결된 상태에서 상기 피드백 라인을 통해 상기 센서 라인들에 공급된 공통 전압을 피드백 입력 받아 상기 공통 전압을 보상하는 공통 전압 보상부를 포함하는 터치 센싱 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 공통 전압 보상부는,
    상기 피드백 라인에 연결된 반전 입력 단자, 기준 전압을 입력 받는 비반전 입력 단자, 및 상기 공통 전압을 출력하는 반전 증폭기를 포함하는 터치 센싱 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 공통 전압 보상부는,
    상기 피드백 라인에 연결된 반전 입력 단자, 기준 전압을 입력 받는 비반전 입력 단자, 및 상기 공통 전압을 상기 센서 라인들에 공급하는 제1 반전 증폭기; 및
    상기 센서 라인들에 연결된 반전 입력 단자, 상기 기준 전압을 입력 받는 비반전 입력 단자, 및 상기 공통 전압을 상기 피드백 라인에 공급하는 제2 반전 증폭기를 포함하는 터치 센싱 장치.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 공통 전압 보상부는,
    선택 신호에 응답하여 상기 기준 전압의 전압 레벨을 변경하는 멀티플렉서를 포함하는 터치 센싱 장치.
  5. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 공통 전압 보상부는,
    제1 선택 신호에 응답하여 상기 기준 전압의 전압 레벨을 변경하는 제1 멀티플렉서; 및
    제2 선택 신호에 응답하여 상기 제1 멀티플레서의 출력 전압과 터치 구동 신호의 전압 중 어느 하나를 선택하는 제2 멀티플렉서를 포함하는 터치 센싱 장치.
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