Czy kiedykolwiek zastanawiałeś się, jak ekrany wyświetlaczy są w stanie produkować ostre obrazy i żywe kolory? Odpowiedź leży w tym, jak miliony maleńkich pikseli są kontrolowane za pomocą adresowania pikseli, które jest zarządzane głównie za pomocą technologii aktywnej matrycy i pasywnej matrycy.

Czym są wyświetlacze matrycowe?

Wyświetlacze matrycowe to wyświetlacze elektroniczne składające się z siatki maleńkich elementów świetlnych zwanych pikselami. Włączając lub wyłączając poszczególne piksele, tworzą one znaki, symbole, obrazy i animacje wideo. Wyświetlacze te są niezwykle powszechne w nowoczesnych ekranach cyfrowych, takich jak telewizory, smartfony, laptopy, wyświetlacze przemysłowe i komercyjne i wiele innych.

Jak działają wyświetlacze Matrix

Wyświetlacze matrycowe generują obrazy poprzez zarządzanie stanem włączania i wyłączania każdego piksela w siatce wierszy i kolumn. Każdy piksel można adresować oddzielnie, stosując metodę zwaną multipleksowaniem, w której wiersze i kolumny są selektywnie aktywowane w celu oświetlenia określonych pikseli. Sposób kontrolowania tych przecięć odróżnia wyświetlacze matrycowe aktywne od wyświetlaczy matrycowych pasywnych.

Matrix Displays in LCD vs OLED Technologies

Matrix technology is used in both LCD and OLED displays to control pixels, but the way they manage light differs.

LCDs use a backlight that shines through liquid crystal cells. The matrix tells each cell when to twist open or closed, adjusting how much light passes through. Passive LCDs use a simple grid of electrodes, while active LCDs assign a transistor to each pixel for more control.

OLEDs don’t need a backlight. Each pixel lights up on its own. PMOLEDs (Passive Matrix OLED) use basic grids, while AMOLEDs (Active Matrix OLED) use individual transistors for faster response and sharper images.

Both display types use matrix addressing, but the matrix choice affects performance, power use, and image quality.

PMOLED vs. AMOLED

Passive matrix and active matrix are two ways of controlling OLED displays. Both use self-emitting pixels, but the difference lies in how those pixels are addressed.

PMOLEDs rely on simple row-and-column grids to activate pixels. This setup limits resolution and size but works well for compact displays where simplicity and low power use matter most.

AMOLEDs use a thin-film transistor at each pixel, allowing faster switching, higher contrast, and better motion clarity. This makes them a strong fit for larger or more advanced applications, such as smartphones and industrial interfaces.

The choice between PMOLED and AMOLED depends on the level of performance needed: PMOLED for basic tasks, AMOLED for high-speed, high-detail visuals.

Evolution of Matrix Technologies

Matrix addressing has progressed alongside growing demands for better screen performance. Early implementations used passive matrix systems due to their simple construction and lower cost. These were commonly found in devices like gaming controllers, USB accessories, and compact electronics such as password keychains, where display demands were minimal.

As expectations for image quality and speed increased, active matrix technology became more common. Today, active matrix displays are standard in advanced applications, including smartphones, high-end televisions, gaming monitors, and devices like the Nintendo Switch. Passive matrix remains a practical choice for designs that prioritize low power use and basic visual output.

Pasywne wyświetlacze matrycowe

Pasywne wyświetlacze matrycowe to rodzaj technologii wyświetlania, która steruje każdym pikselem za pomocą siatki pionowych i poziomych linii przewodzących znanych jako elektrody. Piksele znajdują się na przecięciach tych wierszy i kolumn, a gdy zostanie przyłożone napięcie, piksel na tym przecięciu zostaje aktywowany, zmieniając swoje właściwości optyczne i powodując jego zaświecenie.

Struktura wyświetlaczy pasywnych matrycowych

Pasywne wyświetlacze matrycowe mają prostszą strukturę w porównaniu do aktywnych wyświetlaczy matrycowych. Polegają na siatce elektrod do kontrolowania pikseli na ich przecięciach, zamiast na pojedynczych tranzystorach. Oto podział kluczowych komponentów:

• Elektrody rzędowe: Są to poziome linie przewodzące sygnały elektryczne. Łączą się ze wszystkimi pikselami w określonym rzędzie.
• Elektrody kolumnowe: Są to pionowe linie przewodzące sygnały elektryczne. Łączą się ze wszystkimi pikselami w określonej kolumnie.
• Elektrody pikselowe: Znajdują się one na przecięciach elektrod rzędowych i kolumnowych i określają właściwości świetlne każdego piksela (jasność, kolor) na podstawie przyłożonego napięcia. W panelach wyświetlaczy ciekłokrystalicznych (LCD) właściwości elektrod pikseli są manipulowane przez pole elektryczne w celu kontrolowania przechodzącego podświetlenia. W panelach organicznych diod elektroluminescencyjnych ( OLED ) sama elektroda pikseli jest elementem emitującym światło. Przyłożenie napięcia bezpośrednio do elektrody pikseli powoduje, że emituje ona światło.

Powiązane : Różnica między LCD i OLED

Jak działają pasywne wyświetlacze matrycowe

Pasywne wyświetlacze matrycowe wykorzystują siatkę cienkich drutów (elektrod) do sterowania każdym pikselem na ekranie. Ten system adresowania siatki sprawia, że pasywne wyświetlacze matrycowe są proste i opłacalne. Wymagają tylko dwóch zestawów linii sterujących: jednej dla wierszy (m linii) i drugiej dla kolumn (n linii). Daje to łącznie (m+n) linii sterujących, co jest znacznie prostszą konstrukcją w porównaniu z innymi technologiami wyświetlania.

Oto jak to działa:

Adresowanie siatki: Pasywne wyświetlacze matrycowe opierają się na siatce elektrod (rzędów i kolumn), aby kontrolować piksele na ich przecięciach. Aby aktywować konkretny piksel, napięcie jest przyłożone do odpowiadającego mu rzędu i kolumny jednocześnie. Tworzy to różnicę napięć (Vsel - Von lub Vunsel - Voff) na pożądanym przecięciu pikseli, włączając go lub wyłączając. W panelach LCD to pole elektryczne zmienia orientację kryształów ciekłych, umożliwiając przejście większej lub mniejszej ilości światła tylnego (jasny piksel) lub blokując światło (ciemny piksel). W wyświetlaczach OLED przyłożone napięcie bezpośrednio kontroluje jasność poszczególnych elementów OLED.

Odświeżanie obrazu: Ponieważ piksele nie mogą długo utrzymywać swojego stanu, ekran musi być stale odświeżany poprzez bardzo szybkie powtarzanie tego procesu, linia po linii.

Learn more: Transmissive vs Reflective vs Transflective Displays

Zalety pasywnej macierzy:

• Przystępna cena : Wyświetlacze z pasywną matrycą są tańsze w produkcji, ponieważ wymagają mniejszej liczby komponentów.
• Lower power consumption (for static images): Since the pixels aren't actively controlled continuously, passive matrix displays can consume less power when displaying static images.
• Nadaje się do podstawowych zastosowań : Dobrze nadaje się do podstawowych zastosowań, które nie wymagają wysokiej rozdzielczości ani dużej częstotliwości odświeżania.

Wady matryc pasywnych:

• Dłuższy czas reakcji: Proces odświeżania w przypadku wyświetlaczy z pasywną matrycą jest wolniejszy niż w przypadku wyświetlaczy z aktywną matrycą, co może powodować efekt smużenia i rozmycia, szczególnie widoczny w przypadku szybko poruszających się obrazów lub filmów.
• Ograniczone kąty widzenia: Sposób, w jaki pasywna matryca kontroluje piksele, ogranicza kąty widzenia. Jakość obrazu może znacznie się pogorszyć, jeśli nie patrzysz na ekran prosto.
• Niższy kontrast: wyświetlacze z pasywną matrycą mają zazwyczaj niższy kontrast w porównaniu do wyświetlaczy z aktywną matrycą. Oznacza to, że czerń może wydawać się bardziej szara, co obniża ogólną jakość obrazu.

Zastosowania pasywnych macierzy

Pasywne wyświetlacze matrycowe są zazwyczaj stosowane w aplikacjach, w których wysoka rozdzielczość i częstotliwość odświeżania nie są krytyczne. Przykłady obejmują kalkulatory, czytniki e-booków, budziki, termometry cyfrowe i niektóre podstawowe zegarki cyfrowe.

Aktywne wyświetlacze matrycowe

Aktywne wyświetlacze matrycowe to rodzaj technologii wyświetlania, który zapewnia lepszą wydajność w porównaniu z pasywnymi wyświetlaczami matrycowymi. Najpopularniejszym rodzajem aktywnej technologii matrycowej jest technologia TFT (Thin Film Transistor). W tych wyświetlaczach każdy piksel jest indywidualnie kontrolowany przez własny tranzystor. Ta konfiguracja umożliwia bezpośrednią kontrolę każdego piksela, umożliwiając szybsze czasy reakcji i lepszą jakość obrazu. Poszczególne tranzystory zapewniają, że każdy piksel utrzymuje swój stan do następnego cyklu odświeżania, co skutkuje ostrzejszymi i bardziej stabilnymi obrazami.

Struktura wyświetlaczy Active Matrix

• Elektrody sygnałowe : Kolumny te przenoszą sygnał wideo i dostarczają napięcie potrzebne do sterowania tranzystorami w każdej kolumnie.
• Elektrody sterujące : Są to rzędy w matrycy i odpowiadają za aktywację tranzystorów. Elektrody sterujące są podłączone do bramek tranzystorów i włączają je i wyłączają.
• Cienkowarstwowy tranzystor (TFT) : Każdy piksel w wyświetlaczu z aktywną matrycą ma tranzystor, który działa jak przełącznik. Źródło (S) i dren (D) tranzystora sterują przepływem prądu, podczas gdy elektroda bramki (G) reguluje ten przepływ. Przyłożenie napięcia do bramki włącza tranzystor, umożliwiając przepływ prądu ze źródła do drenu i ładowanie elektrody piksela. Z kolei wyłączenie tranzystora zatrzymuje przepływ prądu, a elektroda piksela zachowuje swój ładunek, utrzymując obraz na ekranie.
• Wspólna elektroda : Ta elektroda, wspólnie uziemiona, jest współdzielona przez wszystkie piksele i współpracuje z elektrodą piksela, aby wytworzyć pole elektryczne potrzebne do sterowania elementami ciekłokrystalicznymi lub emitującymi światło w pikselu.
• Elektroda pikselowa : Każdy piksel na wyświetlaczu ma własną elektrodę, która odpowiada za kontrolowanie ilości światła przechodzącego przez piksel lub emitowanego przez ten piksel. Elektroda pikselowa jest adresowana przez tranzystor.

Jak działają wyświetlacze Active Matrix

Aktywne wyświetlacze matrycowe działają przy użyciu siatki tranzystorów i kondensatorów. Każdy piksel jest sparowany z dedykowanym tranzystorem, co pozwala na precyzyjną kontrolę jego stanu. Gdy napięcie jest przyłożone do tranzystora, ładuje on kondensator podłączony do piksela, który utrzymuje swój stan do następnego cyklu odświeżania.

Oto jak to działa:

• Elektrody sterujące (rzędy) są aktywowane sekwencyjnie, co powoduje włączenie tranzystorów w wybranym rzędzie.
• Elektrody sygnałowe (kolumny) dostarczają sygnał napięciowy odpowiadający danym obrazu dla każdego piksela w rzędzie.
• Po wybraniu wiersza odpowiadające mu tranzystory umożliwiają naładowanie elektrod pikseli napięciem sygnału.
• Elektrody pikselowe utrzymują ładunek aż do następnego cyklu odświeżania, zapewniając stabilne wyświetlanie obrazu.

Zalety Active Matrix:

• Doskonała jakość obrazu : Tranzystory zapewniają, że każdy piksel utrzymuje swój stan (włączony lub wyłączony) do następnego cyklu odświeżania. Efektem są ostrzejsze i bardziej stabilne obrazy o lepszym kontraście.
• Szybkie czasy reakcji : Indywidualna kontrola pikseli umożliwia szybsze czasy reakcji, co oznacza, że piksele mogą zmieniać kolor lub jasność szybciej. Zmniejsza to rozmycie i efekty ghostingu, szczególnie w szybko poruszających się obrazach lub wideo.
• Lepsze kąty widzenia : Wyświetlacze z aktywną matrycą zapewniają lepsze kąty widzenia.

Learn more: All About Brightness Enhancement Films

Wady matrycy aktywnej:

• Wyższy koszt : Są bardziej skomplikowane w produkcji, a co za tym idzie, droższe.
• Pobór mocy : Wyświetlacze z aktywną matrycą zużywają zazwyczaj więcej energii.

Aplikacje aktywnej macierzy

Wyjątkowa wydajność wyświetlaczy z aktywną matrycą sprawia, że idealnie nadają się one do większości nowoczesnych urządzeń elektronicznych, w tym do ekranów przemysłowych, smartfonów, tabletów, monitorów i telewizorów.

Macierz pasywna i aktywna

Passive and active matrix displays both use grids of pixels, but they control each pixel differently. Passive matrix displays use a simple grid of electrodes, which makes them affordable but limits their responsiveness and viewing angles. Active matrix displays use transistors for individual pixel control, resulting in faster response times, sharper images, and wider viewing angles. However, this superior performance comes at the cost of higher power consumption and a higher price.

Wyświetlacze z pasywną matrycą nadają się do podstawowych, niedrogich zastosowań, natomiast technologia aktywnej matrycy dominuje w wyświetlaczach o wysokiej rozdzielczości i wysokiej wydajności stosowanych w nowoczesnej elektronice.

Power Efficiency Considerations

Passive matrix displays typically use less power, especially when showing static content. Their simpler structure and lack of active components help reduce energy use in basic applications.

Active matrix displays consume more power due to constant pixel control, especially in larger or brighter screens. However, improvements in active matrix design have made them more efficient over time.

Power needs often come down to how often the screen updates and how complex the visuals are. Simpler displays benefit from passive matrix efficiency, while more advanced screens trade power for performance.

Impact on User Experience

The way each matrix manages pixel response has a direct effect on how a display looks and responds. Passive matrix displays can show noticeable blurring or ghosting during motion, and colors may shift when viewed from an angle. These trade-offs are less noticeable in simple interfaces or devices that display static content.

Active matrix displays offer smoother motion, sharper images, and consistent color across wider viewing angles. This makes them better suited for touch interfaces, video playback, and any application where clarity and responsiveness matter.

When to Choose Passive Matrix Over Active Matrix

Passive matrix displays make sense in devices where cost, simplicity, and low power use matter more than speed or image sharpness. They're a good fit for basic applications like thermometers, smaller control panels, wearables, and industrial meters that show limited or static information.

Active matrix is the better choice for any display that needs to handle motion or high-resolution content. If the screen is expected to refresh often or present detailed visuals, an active matrix will provide a noticeably better experience.

Comparison of Passive vs Active Matrix

Wniosek

Passive and active matrix displays serve different roles depending on the performance and design goals of a project. Passive matrix is a practical fit for simpler interfaces where power use and cost take priority. Active matrix is built for speed, clarity, and responsiveness, making it the preferred choice for modern, high-performance displays.

If you're weighing options for your next display design, connect with our team or request a same-day quote to explore solutions tailored to your specs.