Von LCD bis DLP – wie Heimkino-Projektoren funktionieren

von Fritz Schmidt und Pascal Poschenrieder am , 00:00 Uhr

Beamer sind ungeschlagen günstig. Dank Millionen kleiner Spiegel schaffen es DLP-Projektoren ab 300 Euro, eine Bilddiagonale von 300 Zoll an die Wand zu werfen. Alternativ kommt die Technik des guten alten Diaprojektors zum Einsatz – nur mit Display statt Dia.

Heimkino-Enthusiasten stehen im Augenblick vor einer schwierigeren Entscheidung als je zuvor. Während vor einigen Jahren ein guter Fernseher preislich einem Beamer noch vorzuziehen war, sieht die Situation nun anders aus. Moderne Projektoren gibt es bereits ab etwa 300 Euro [1], und sie bieten ein Vielfaches der Bildfläche eines Fernsehgeräts zum gleichen Preis. Das schaffen sie einerseits durch leistungsstarke Lampen, andererseits durch hochentwickelte Bildwiedergabetechniken. Die DLP [2]-Technik nutzt hierfür kleine Spiegel, bei LCD [3]-Projektoren mischen sich Diaprojektor und Computermonitor.

LCD-Projektoren

LCD [4]-Projektoren beruhen auf einem Projektionsverfahren, das von den guten alten Diaprojektor bekannt sein dürfte. Der hauptsächliche Unterschied zum Diaprojektor besteht darin, dass sich nicht etwa ein statisches Fotomotiv, sondern ein kompakter, hochauflösender Flüssigkristallbildschirm (LCD) im Lichtkanal befindet. Dieser absorbiert einen Teil des Lampenlichts. Das restliche Licht, das den LCD durchdringt, gelangt zur Optik des Beamers und von dort aus an die Wand.


Bei LCD-Projektoren mit separaten Panels für die Grundfarben teilen dichroitische Spiegel das Lampenlicht auf. Ein Prisma fügt die Teilbilder vor der Optik wieder zu einem zusammen.

Ähnlich wie bei LCD-Monitoren setzen sich bei preiswerten Beamern die einzelnen Bildpunkte aus Subpixeln [5] für die drei Grundfarben Rot, Grün und Blau zusammen. Hochwertigere Geräte besitzen für jede Grundfarbe je ein eigenes Panel. Dichroitische Spiegel [6] zerlegen das Lampenlicht zuerst in die Grundfarben. Spiegel leiten es dann an die LCDs weiter. Vor der Optik fügt ein Prisma das Licht wieder zu einem Bild zusammen.

DLP-Projektoren

Bei DLP [2] (Digital Light Processing) handelt es sich um einen Markennamen von
Texas Instruments [7]. Das Unternehmen hat das Digital Micromirror Device (kurz DMD [2]) entwickelt. Als DLP-Projektoren werden häufig umgangssprachlich Geräte bezeichnet, die DMD-Chips beinhalten.


Der Sanyo PDG DSU20E ist ein Vertreter der günstigsten DLP-Projektoren und für rund 300 Euro zu haben.

Ein DMD ist ein Baustein, auf dem mikroskopisch kleine Spiegelchen in einer Art Schachbrettmuster angeordnet sind. Jeder einzelne dieser Spiegel stellt einen Pixel dar und ist so auf dem Chip angebracht, dass er sich mit Hilfe eines elektrischen Feldes stufenlos zwischen zwei bestimmten Winkelstellungen kippen lässt. Der DMD-Chip ist so im Projektor platziert, dass ihn die Lichtquelle anleuchtet. Die Aufgabe der Mikrospiegel ist es, je nach Kipplage mehr oder weniger Licht zur Optik des Projektors zu reflektieren. Dadurch bestimmen sie die Helligkeit der darzustellenden Bildpunkte.


Auf einen derartigen DLP-Chip von Texas Instruments passen derzeit über zwei Millionen Mikrospiegel.

Um nicht nur Graustufen anzeigen zu können, ist eine weitere Komponente im DLP-Projektor notwendig. Es handelt sich hierbei um ein Farbrad – eine lichtdurchlässige Scheibe, die zwischen der Lichtquelle und dem DMD-Chip sitzt. Die Scheibe ist in mehrere Sektoren mit den Grundfarben (üblicherweise Rot, Grün und Blau) eingeteilt und an einem Motor befestigt. Dieser bringt sie zum Rotieren. Durch die Drehbewegung des Farbrads durchleuchtet die Lichtquelle abwechselnd die farbigen Sektoren. Den DMD-Chip erreicht somit ein Lichtstrahl in der jeweiligen Grundfarbe.

Je nach Grundfarbe, die gerade den Chip erreicht, sorgt die Elektronik des Beamers dafür, dass die Mikrospiegel des DMD-Chips auch nur das Teilbild zur Optik reflektieren, das zu dieser Grundfarbe passt. Dadurch wirft der Projektor abwechselnd Bilder an die Wand. Deren Farbtöne entsprechen jeweils den Grundfarben des Farbrads. Ein Bild, das sämtliche Grundfarben gleichzeitig enthält, wird jedoch nie auf die Wand geworfen. Das Farbrad dreht sich allerdings schnell genug, um die Trägheit des menschlichen Auges zu überlisten. Aufgrund der hohen Frequenz, mit der die Teilbilder sich abwechseln, entsteht für den Betrachter der Eindruck eines bunten Bildes, das alle Grundfarben zugleich enthält.

Texas Instruments hat die Farbräder im Laufe der Entwicklungsgeschichte von DLP mehrmals überarbeitet. Bei neuen Geräten befinden sich neben den Grundfarben auch Sektoren auf dem Farbrad, die nicht eingefärbt sind. Dadurch erzielen DLP-Projektoren heute bessere Helligkeitswerte.


Bei 1-Chip-DLP-Beamern färbt ein Farbrad das Licht nacheinander in den Grundfarben ein. Diese wirft der DMD-Chip durch die Optik auf die Wand, wo sie sich durch die Trägheit unseres Auges wieder zu einem Vollfarbbild mischen.

3-Chip-Technologie

Das zuvor beschriebene Projektionsverfahren setzt auf einen einzigen DMD-Chip. Neben Geräten mit 1-Chip-Technologie, die bereits ab 300 Euro den Besitzer wechseln, existieren außerdem auch solche, die gleich drei DMD-Chips in einem Projektorgehäuse vereinen. Das hat den Zweck, dass für jede Grundfarbe ein eigener DMD bereit steht. Dadurch projiziert ein 3-Chip-Beamer alle Grundfarben gleichzeitig an die Wand. Das Licht der Lampe zerlegen dichroitische Spiegel in die Grundfarben. Danach trifft das Licht einer Grundfarbe jeweils auf einen eigenen DMD-Chip. Ein hinter den DMDs angeordnetes Prisma fügt die Teilbilder wieder zusammen. Diese Technik macht den Einsatz eines Farbrades – wie es in 1-Chip-Projektoren zum Einsatz kommt – überflüssig.

Vor- und Nachteile der Technologien

Der simple Aufbau von LCD-Projektoren wird ihnen gleichzeitig zum Verhängnis. Konstruktionsbedingt ist in dem projizierten Bild immer die Rasterung des LC-Displays im Projektor zu erkennen. Wer sich das projizierte Bild aus unmittelbarer Nähe ansieht, erkennt bei Geräten mit nur einem LCD sogar die Subpixel, die nebeneinander in den Grundfarben leuchten. Während dieser Effekt bei der Darstellung von Computer-Benutzeroberflächen nicht unbedingt negativ auffällt, wirkt die Rasterung bei der Wiedergabe von Filmmaterial störend. Hier erscheint das von DLPs generierte Bild homogener. Aufgrund der Rasterung ist die Bildschärfe von LCDs jedoch erfreulich hoch. Die von der LCD-Technologie bekannte Bewegungsunschärfe [8], die besonders bei schnell bewegten Szenen zum Vorschein kommt, ist bei DLP-Projektoren aufgrund der äußerst geringen Schaltzeiten praktisch ausgeschlossen.

Freunde hoher Kontraste sind mit DLP-Projektoren eindeutig besser bedient. Die Mikrospiegel eines DLP-Beamers können so gekippt werden, dass an der Stelle überhaupt kein Licht mehr zur Optik gelangt. Dadurch erzielen sie bessere Schwarzwerte und somit einen höheren Kontrast. Bei der LCD-Konkurrenz sieht es anders aus: Bei dunkel geschalteten Pixeln gelangt immer noch Licht durch das Panel auf die Leinwand. Dunkle Farben wirken zu hell, der Kontrast leidet.

Wer nun hofft, mit DLP-Projektoren ein Allheilsmittel gefunden zu haben, irrt allerdings. Besonders günstigere Projektoren, die mit nur einem DMD-Chip ausgestattet sind, weisen eine Tücke auf: das Farbrad.

Besitzer von betagteren 1-Chip-Projektoren beklagen oft den so genannten Regenbogeneffekt, der durch die Ausnutzung der Trägheit des menschlichen Auges entsteht. Er äußert sich darin, dass an den Konturen der projizierten Objekte die Grundfarben des Farbrads sichtbar werden. Wenn beispielsweise das schwarze Batmobil vor weißem Hintergrund von einem Bildende zum anderen rast, zieht es blaue, grüne und rote Streifen hinter sich her. Verstärkt tritt der Regenbogeneffekt an Konturen auf, die einen besonders hohen Kontrast aufweisen. Ein schnelles Hin- und Herbewegen der Augen beim Betrachten der Projektion verstärkt den Effekt. Die Gerätehersteller versuchten dieses Phänomen auf mehrere Weisen zu unterdrücken. Kürzere Einblendzeiten der Grundfarben-Teilbilder wirken dem Regenbogeneffekt beispielsweise entgegen. Um jedoch nicht ständig die Umdrehungsgeschwindigkeit des Farbrads zu erhöhen und den damit verbundenen Lärm zu verstärken, bringen die Hersteller die Grundfarben mehrmals auf dem Farbrad unter. Pro Umdrehung wird so häufiger zwischen den Grundfarben gewechselt.

Alternativen

Mit LCD- und DLP-Projektoren ist das Ende der Fahnenstange noch nicht erreicht. Einen zukunftsreichen Entwicklungszweig verspricht die LED [9]-Technologie (LED: Light Emitting Diode), welche die teuren, raumheizenden Lampen in üblichen Projektoren verdrängen soll. Durch den Einsatz verschiedenfarbiger LEDs besteht selbst bei 1-Chip-DLP-Projektoren die Möglichkeit, das Farbrad zu verbannen. Kurze Schaltzeiten minimieren zudem den berüchtigten Regenbogeneffekt. Da LEDs wesentlich weniger Strom verbrauchen als konventionelle Projektorlampen und auch kaum Wärme erzeugen, entfallen aufwendige Lüfterkonstruktionen. Das kommt besonders dem Gehör zugute. Darüber hinaus sind kompaktere Bauformen für den mobilen Einsatz kein Problem. Leider ist es im Moment noch nicht möglich, Leuchtstärken zu erzielen, die mit herkömmlichen Projektorlampen mithalten können. Ein guter Kontrast ist somit nur in abgedunkelten Räumen oder bei geringeren Bilddiagonalen gegeben.

Mit LCoS [10] (Liquid Crystal on Silicon) wurde ein Verfahren geschaffen, dass eine Art Mischung von LCD- und DLP-Technologie darstellt. Wie bei einem DLP-Projektor regelt die Reflexion an einem Bauteil die Lichtintensität der einzelnen Pixel. Es kommen aber keine Mikrospiegel zum Einsatz. Stattdessen beeinflusst eine dünne Flüssigkristallschicht, die auf einem reflektierenden Substrat aufgebracht ist, die Helligkeit der Bildpunkte. Die geringe Größe sowie das herstellungsbedingt stark reduzierte Raster im projizierten Bild sprechen für dieses noch junge Verfahren. Bessere Kontrastwerte im Gegensatz zu LCD-Geräten sind ebenfalls drin. Regenbogeneffekte wie bei DLP gibt es bei LCoS mangels Farbrad nicht.

Da die Hersteller typischerweise für jede der drei Grundfarben einen eigenen Chip verbauen, sind LCoS-Beamer in einer höheren Preisregion angesiedelt. Das Einstiegsmodell VPL-VW50 von SONY mit den zu LCoS sehr ähnlichen SXRD-Panels kostet laut Hersteller knapp 4000 Euro.


Der SONY VPL-VW50 setzt auf SXRD, eine Abwandlung von LCoS. Er unterstützt Auflösungen bis 1080p.

Fazit

Das Preis-Leistungsverhältnis von Beamern ist momentan ungeschlagen. Da kann kein Fernseher – ja nicht einmal Rückprojektions-TV – mithalten. Ob sich allerdings nun ein LCD-, DLP- oder LCoS-Beamer besser eignet, hängt nicht nur vom Kaufpreis ab. Auch der Einsatzzweck in Relation zu Vor- und Nachteilen der jeweiligen Technologie ist entscheidend. Günstige Datenprojektoren zum Darstellen von Präsentationen und Dokumenten fangen in der Regel bei Auflösungen von 800 mal 600 Bildpunkten an. Sie sind für das eine oder andere Filmchen zwischendurch durchaus geeignet. Wer Wert auf Heimkinotauglichkeit legt, sollte auf Unterstützung der gewünschten Auflösungen und gute Bildskalierungseinheiten achten. Die beste High-Definition-Scheibe nützt schließlich nichts, wenn die Beamerauflösung viel zu gering oder gar kein HDMI [11]-Eingang zur Signaleinspeisung vorhanden ist. Gerade im hochauflösenden Bereich werden LCoS-Beamer immer interessanter, da sich die Chips sehr kompakt fertigen lassen. Es ist nur noch eine Frage der Zeit, bis diese vielversprechende Technologie günstiger wird und sich am Markt etabliert.

Artikel von CNET.de: https://www.cnet.de

URL zum Artikel: https://www.cnet.de/39189858/von-lcd-bis-dlp-wie-heimkino-projektoren-funktionieren/

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[1] 300 Euro: https://www.cnet.de/praxis/preisradar/0,39038431,39189572,00/guenstig+zum+eigenen+heimkino+dlp_beamer+ab+310+euro.htm

[2] DLP: http://de.wikipedia.org/wiki/Mikrospiegelarray

[3] LCD: http://de.wikipedia.org/wiki/Flüssigkristallbildschirm

[4] LCD: http://de.wikipedia.org/wiki/Fl%C3%BCssigkristallbildschirm

[5] Subpixeln: http://de.wikipedia.org/wiki/Subpixel

[6] Dichroitische Spiegel: http://de.wikipedia.org/wiki/Dichroitischer_Spiegel

[7] Texas Instruments: http://www.texas-instruments.de/

[8] Bewegungsunschärfe: http://de.wikipedia.org/wiki/Bewegungsunsch%C3%A4rfe

[9] LED: http://de.wikipedia.org/wiki/Beamer#LED-Projektor

[10] LCoS: http://de.wikipedia.org/wiki/LCOS

[11] HDMI: http://de.wikipedia.org/wiki/Hdmi