Pengalamatan Elektronik (Matriks)

6.1 Prinsip Pengalamatan

Pengalamatan (addressing) adalah metode untuk mengirimkan sinyal data ke piksel-piksel individual pada tampilan panel datar. Pada tampilan dengan resolusi tinggi yang memiliki jutaan piksel, tidak mungkin setiap piksel memiliki koneksi kabel tersendiri. Oleh karena itu, digunakan pengalamatan matriks di mana piksel diatur dalam grid baris-kolom dan diakses melalui kombinasi sinyal baris dan kolom.

Setiap piksel terletak pada persimpangan satu garis baris (row line / gate line) dan satu garis kolom (column line / data line / source line). Terdapat dua skema utama pengalamatan matriks: matriks pasif (passive matrix) dan matriks aktif (active matrix).

6.2 Matriks Pasif

Pada matriks pasif, setiap piksel terdiri dari elemen tampilan (misalnya sel LC) yang terhubung langsung ke persimpangan garis baris dan kolom tanpa elemen penyimpan aktif. Pengalamatan dilakukan secara sekuensial baris per baris: satu baris dipilih pada suatu waktu, data dikirim ke semua kolom secara simultan, lalu baris berikutnya dipilih.

Masalah fundamental matriks pasif adalah bahwa piksel hanya menerima tegangan selama barisnya dipilih. Pada sisa waktu, piksel tidak terkendali dan tegangannya meluruh karena kebocoran arus. Hal ini menyebabkan rasio antara waktu pemilihan dan waktu non-pemilihan menjadi sangat kecil untuk tampilan dengan banyak baris, yang membatasi kualitas gambar secara serius.

6.3 Hukum Multiplexing Alt-Pleshko

Hukum Alt-Pleshko (juga dikenal sebagai Alt-Pleshko limit) menetapkan batas fundamental untuk rasio tegangan yang dapat dicapai oleh tampilan matriks pasif. Hukum ini menunjukkan bahwa kemampuan membedakan antara piksel "ON" dan piksel "OFF" menurun drastis seiring bertambahnya jumlah baris yang di-multiplex.

6.3.1 Penurunan Hukum Alt-Pleshko

Pada matriks pasif dengan $N$ baris, tegangan pada piksel yang dipilih ("ON") dan piksel yang tidak dipilih ("OFF") harus dibedakan dengan jelas. Dengan menganalisis rangkaian RC pada matriks, diperoleh bahwa rasio tegangan RMS antara piksel ON dan OFF dibatasi oleh:

Implikasi praktis dari hukum ini sangat signifikan:

• Untuk $N = 2$ (2 baris): $V_{\text{ON}}/V_{\text{OFF}} \approx 2{,}41$ — masih dapat dikelola.
• Untuk $N = 100$: $V_{\text{ON}}/V_{\text{OFF}} \approx 1{,}10$ — sangat sulit dibedakan.
• Untuk $N = 480$ (VGA): $V_{\text{ON}}/V_{\text{OFF}} \approx 1{,}046$ — hampir tidak mungkin dibedakan.

6.3.2 Siklus Tugas (Duty Cycle)

Siklus tugas (duty cycle) untuk setiap baris pada matriks pasif adalah:

di mana $N$ adalah jumlah baris. Pada panel VGA dengan 480 baris dan refresh rate 60 Hz, setiap baris hanya dipilih selama:

Selama 34,7 μs ini, data untuk seluruh kolom (640 piksel) harus ditransmisikan, yang memerlukan bandwidth yang sangat tinggi. Keterbatasan inilah yang mendorong pengembangan matriks aktif.

6.4 Matriks Aktif

6.4.1 TFT sebagai Saklar Elektronik

Pada matriks aktif, setiap piksel dilengkapi dengan sebuah transistor film tipis (Thin Film Transistor, TFT) yang berfungsi sebagai saklar elektronik. TFT menghubungkan garis data (kolom) ke piksel hanya ketika garis gerbang (baris) diaktifkan. Ketika TFT "ON", tegangan data disalurkan ke piksel; ketika TFT "OFF", piksel terisolasi dari garis data.

6.4.2 Kapasitor Penyimpan dan Waktu Tahan

Setiap piksel juga dilengkapi dengan kapasitor penyimpan (storage capacitor, $C_s$) yang menjaga tegangan piksel selama satu frame. Waktu tahan (hold time) ditentukan oleh konstanta waktu RC:

di mana $R_{\text{off}}$ adalah resistansi TFT dalam keadaan OFF. Untuk memastikan tegangan piksel tidak turun lebih dari 1% selama satu frame (16,7 ms pada 60 Hz):

Dengan $C_s \approx 0{,}5$ pF dan $T_{\text{frame}} = 16{,}7$ ms, diperlukan $R_{\text{off}} \gg 33$ GΩ, yang mudah dicapai oleh TFT modern.

6.4.3 Penggerakan Garis Gerbang dan Garis Data

Penggerakan matriks aktif bekerja sebagai berikut:

1. Gate driver mengaktifkan baris pertama (memberikan tegangan tinggi pada gate line 1).
2. Semua TFT pada baris 1 menjadi ON. Source driver mengirimkan tegangan data ke setiap kolom secara simultan.
3. Kapasitor pada setiap piksel baris 1 mengisi hingga tegangan data yang sesuai.
4. Baris 1 dinonaktifkan, TFT menjadi OFF, kapasitor mempertahankan tegangan.
5. Proses berulang untuk baris 2, 3, ..., hingga baris terakhir.

6.5 Jenis TFT

TFT IGZO (Indium Gallium Zinc Oxide) menjadi semakin populer karena menawarkan mobilitas yang jauh lebih tinggi dari a-Si namun dengan biaya produksi yang lebih rendah dari poly-Si. Mobilitas yang lebih tinggi memungkinkan penggunaan driver yang lebih kecil, frame rate yang lebih tinggi, dan resolusi yang lebih besar pada panel yang sama.

6.6 Perbandingan Matriks Pasif vs Aktif

6.7 Penggerak (Driver)

6.7.1 Penggerak Baris (Row Driver / Gate Driver)

Gate driver menghasilkan pulsa pemilihan yang diaplikasikan ke setiap gate line secara sekuensial. Pada desain modern, gate driver sering diintegrasikan langsung pada panel (gate-on-array atau GOA), menghilangkan kebutuhan chip driver terpisah dan mengurangi biaya serta bezel.

6.7.2 Penggerak Kolom (Column Driver / Source Driver)

Source driver menerima data digital dan mengkonversinya menjadi tegangan analog yang dikirim ke setiap source line. Source driver modern menggunakan DAC (Digital-to-Analog Converter) beresolusi 8-bit atau 10-bit per kanal. Untuk panel 4K (3840 kolom), diperlukan beberapa chip source driver yang bekerja secara paralel.

6.7.3 Pengendali Waktu (Timing Controller)

Timing Controller (T-CON) adalah "otak" dari sistem penggerakan. T-CON menerima sinyal video (misalnya HDMI, DisplayPort), memproses data, menghasilkan timing signals untuk gate driver dan source driver, serta mengelola pemrosesan gambar (seperti skalasi, konversi warna, dan overdrive).

6.7.4 Pemindaian Progresif vs Interlaced

Progressive scan memindai seluruh baris secara berurutan dari atas ke bawah dalam satu frame. Interlaced scan memindai baris ganjil dan genap secara bergantian dalam dua field terpisah. Meskipun interlaced pernah populer pada TV CRT (untuk menghemat bandwidth), hampir semua tampilan panel datar modern menggunakan progressive scan karena kompatibilitas yang lebih baik dengan konten digital dan tidak adanya artefak interlacing.