Auswählen der Projektionstechnik

Für die Wahl des Projektors muss vorerst ein Überblick über die verschiedenen Projektionstechniken hergestellt werden.
Die derzeit vorherrschenden Techniken sind LCD (Liquid Crystal Display), LCoS (Liquid Crystal on Silicon) und DLP (Digital Light Processing) mit ihren jeweiligen Stärken und Schwächen.
Bei der LCD-Technik (siehe Abb. 1) werden die Primärfarben Rot, Grün und Blau erzeugt, indem das weiße Licht einer Lichtquelle mithilfe dichroitischer Spiegel in verschiedene Wellenlängen gespalten wird. Das Licht in den drei Farben beleuchtet jeweils einen LCD-Chip (3-Chip-Design). Dieser LCD-Chip besteht aus vielen transparenten Zellen, welche die Pixel darstellen und deren Lichtdurchlässigkeit jeweils separat und dynamisch über elektronische Signale gesteuert werden kann. Für die Dauer eines Einzelbilds wird nun das Bild in der jeweiligen Farbe mithilfe der drei LCD-Chips erzeugt (Sample-and-Hold) und durch ein dichroitisches Prisma zu einem Farbbild zusammengesetzt, das anschließend über die Linse auf die Leinwand projiziert wird.

Abbildung 1: LCD-Technik

Ein Nachteil dieser Technik ist der sogenannte Fliegengittereffekt. Die einzelnen Zellen auf dem LCD-Chip sind von opaken Leiterbahnen umgeben, welche die elektronischen Signale übertragen. Diese Leiterbahnen nehmen ein Teil der Fläche des LCD-Chips ein, auf der kein Bild erzeugt werden kann. Der in diesem Zusammenhang relevante Füllfaktor gibt den Anteil der Zelle an, auf der ein Bild erzeugt werden kann und beträgt bei LCD-Chips 80 bis 90 %. Infolgedessen können die Leiterbahnen der verbleibenden 10 bis 20 % der LCD-Chips als „Fliegengitter“ im projizierten Bild auf der Leinwand wahrgenommen werden.

Ein weiterer Nachteil ist die Transparenz der LCD-Zellen. Da eine vollständige Opazität nicht hergestellt werden kann, ist es nicht möglich einen komplett schwarzen Pixel darzustellen. Was sich wiederum negativ auf den Schwarzwert bzw. Kontrast des Bildes auswirkt.
Außerdem besteht beim 3-Chip-Design grundsätzlich die Möglichkeit einer schlechten Farbkonvergenz, wenn die Bilder in den drei Primärfarben nicht exakt übereinander liegen. Das kann sich in sichtbaren Farbquerfehlern an den Katen von Objekten auf dem projizierten Bild äußern.

Die LCoS-Technik ist eine Variation der LCD-Technik. Bei der LCoS-Technik handelt es sich auch um ein 3-Chip-Design das die drei Primärfarben, erzeugt durch die Aufspaltung einer weißen Lichtquelle, einzeln verarbeitet. Wie bei der LCD-Technik leuchtet das Licht bei der LCoS-Technik durch die LCD-Schicht auf den LCD-Chip, wird allerdings direkt im Anschluss von einer spiegelnden Schicht reflektiert, um erneut die LCD-Schicht zu durchleuchten (siehe Abb. 2).

Abbildung 2: LCD-Schicht – LCoS

Da sich die Leiterbahnen zum Ansteuern der elektronischen Signale hinter der Spiegelfläche verbergen, kann der Füllfaktor auf 93 % und mehr gesteigert werden (siehe Abb. 3).

Abbildung 3: Fliegengitter LCD/LCoS

Ein Vergleich des Fliegengitters bei LCD und LCoS. — Quelle

Die DLP-Technik unterscheidet sich grundsätzlich von den beiden zuvor vorgestellten Techniken. Sie ermöglicht ein 3-Chip-, als auch ein 1-Chip-Design. Beim 1-Chip-Design werden die Primärfarben erzeugt, indem weißes Licht mithilfe eines Farbrads eingefärbt wird (siehe Abb. 4).

Abbildung 4: DLP-Technik – 1-Chip-Design

Der Aufbau der DLP-Technik im 1-Chip-Design. — Quelle

Die drei Primärfarben treffen anschließend sequenziell auf den DLP-Chip. Auf diesem Chip befinden sich mikroskopisch kleine Spiegel, welche die einzelnen Pixel des Bildes darstellen. Diese Spiegel sind kippbar und können durch einen elektronischen Impuls so gekippt werden, dass sie das Licht entweder in Richtung Linse und Leinwand (1) oder auf eine Absorptionsfläche (0) reflektieren (siehe Abb. 5).

Abbildung 5: DLP-Chip – Spiegel

Das Bild wird nun erzeugt, indem die Helligkeit der Pixel eines Einzelbilds über ein schnelles Wechseln der Zustände 0 und 1 gesteuert wird. Dieses Pulsen ermöglicht im Gegensatz zum Sample-and-Hold der LCD-Technik eine deutlich bessere Bewegtdarstellung. Der Füllfaktor dieser DLP-Chips beträgt über 90 %.
Die sequenzielle Farbdarstellung kann zu einer unerwünschten Wahrnehmung des Regenbogeneffekts (RBE) führen, indem an Kanten von Objekten auf dem projizierten Bild Farbverläufe sichtbar werden. Auch die Farbhelligkeit leidet unter der sequenziellen Farbdarstellung und ist im Vergleich zur parallelen Farbilderzeugung im 3-Chip-Design geringer.
Das 3-Chip-Design verwendet für jede Primärfarbe jeweils einen DLP-Chip, indem weißes Licht über ein dichroitisches Prisma in die drei Primärfarben gespalten und von diesen DLP-Chip reflektiert wird. Anschließend wird das von den Spiegeln der DLP-Chips zurückgeworfene Licht mithilfe des Prismas zum Farbbild zusammengesetzt und auf die Leinwand projiziert. Die DLP-Technik im 3-Chip-Design stellt Farbbilder also nicht sequenziell dar und eliminiert dadurch die Möglichkeit des Auftretens eines RBE.

Die Wahl der Lichtquelle ist ebenfalls entscheidend. Neben der herkömmlichen Lampe kann auch Solid-State Lighting (SSL) wie LED oder Laser eingesetzt werden. SSL zeichnet sich gegenüber der herkömmlichen Lampe als Lichtquelle durch eine deutlich längere Lebenszeit und einen geringeren Helligkeitsverlust im Zeitverlauf aus. Das Leuchtmittel mit der höchsten Lichtausbeute ist der Laser, gefolgt von der Lampe und der LED. Der Laser als Lichtquelle hat neben den drei genannten Vorteilen einen weiteren. Aufgrund der sehr geringen Streuung des Laserlichtes ist eine manuelle Bildfokussierung nicht mehr notwendig. Ein Nachteil des Lasers als Lichtquelle ist das Speckle. Das von der Leinwand gestreute kohärente Laserlicht ist wahrnehmbar als Interferenz mehrerer Wellen der gleichen Frequenz aber unterschiedlicher Phase und Amplitude, die zusammen eine Welle bilden, deren Amplitude und damit Intensität zufällig variiert. Diese zufällige Variation der Intensität erzeugt wahrnehmbare Specklemuster auf der projizierten Oberfläche (siehe Abb. 6).

Abbildung 6: Specklemuster

Das Specklemuster eines Lasers. — Quelle

SSL als Lichtquelle hat bei der DLP-Technik im 1-Chip-Design den entscheidenden Vorteil, dass auf ein Farbrad verzichtet werden kann. Bei der LED als Lichtquelle werden die Primärfarben durch eine rote, eine grüne und eine blaue LED erzeugt und beim Laser als Lichtquelle übernimmt dies meist ein roter und zwei blaue Laser, wobei einer der beiden blauen Laser durch ein Phosphor-Rad grün eingefärbt wird. Die sequenzielle Farbdarstellung eines 6-Segment-Farbrads resultiert für eine Blu-Ray mit rd. 24 fps in einer Farbgeschwindigkeit von rd. 144 Hz. Die LED-Chips PT-120 von Luminus erreichen 16 Einschaltzeiten pro Bild für den roten LED-Chip, 18 für den grünen und 17 für den blauen. Daraus resultieren Farbgeschwindigkeiten von rd. 384, 432 und 408 Hz. Der oben genannte Regenbogeneffekt kann so abhängig von der Framerate bis unter die Wahrnehmungsschwelle reduziert werden. Im Vergleich zu LED ist die Farbgeschwindigkeit beim Laser geringer und ein RBE auch ohne Farbrad in reduzierter Form wahrnehmbar.

Abschließend werden die Vor- und Nachteile der verschiedenen Projektionstechniken sowie der Lichtquellen gegenübergestellt:

LCD-Technik	LCos-Technik	DLP-Technik (1-Chip-Design)	DLP-Technik (3-Chip-Design)
+ Kein Regenbogeneffekt + Höhere Farbhelligkeit als 1-Chip-Design − Fliegengittereffekt − Niedrigerer Kontrast als DLP − Farbkonvergenzproblem möglich − Schlechtere Bewegtdarstellung als DLP	+ Kein Regenbogeneffekt + Höhere Farbhelligkeit als 1-Chip-Design + Kein Fliegengittereffekt − Niedrigerer Kontrast als DLP − Farbkonvergenzproblem möglich − Schlechtere Bewegtdarstellung als DLP	+ Kein Fliegengittereffekt + Höherer Kontrast als LCD/LCoS + Kein Farbkonvergenzproblem + Bessere Bewegtdarstellung als LCD/LCoS − Regenbogeneffekt (bei LED als Lichtquelle nicht wahrnehmbar) − Niedrigere Farbhelligkeit als 3-Chip-Design	+ Kein Regenbogeneffekt + Kein Fliegengittereffekt + Höherer Kontrast als LCD/LCoS + Bessere Bewegtdarstellung als LCD/LCoS + Höhere Farbhelligkeit als 1-Chip-Design − Farbkonvergenzproblem möglich

Lampe-Lichtquelle	LED-Lichtquelle	Laser-Lichtquelle
+ Keine Specklemuster-Bildung − Kurze Lebenszeit − Hoher Helligkeitsverlust im Zeitverlauf − Fokussierung notwendig	+ Lange Lebenszeit + Geringer Helligkeitsverlust im Zeitverlauf + Keine Specklemuster-Bildung − Geringere Lichtleistung als Laser und Lampe − Fokussierung notwendig	+ Lange Lebenszeit + Geringer Helligkeitsverlust im Zeitverlauf + Höhere Lichtleistung als Lampe und LED + Keine Fokussierung notwendig − Specklemuster-Bildung

Für die Anwendung im Heimkino und einer damit verbundenen abgedunkelten Umgebung sowie festem Standort des Projektors ist folglich die DLP-Technik im 1-Chip-Design mit LED-Lichtquelle der beste Kompromiss. Eine Auswahl an entsprechenden Projektoren wird in diesem Artikel verglichen.

Quellen:

Auswählen der Projektionstechnik

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