UHP vs. LED vs. LASER, wer macht das Rennen?

Seit Jahren wird in der Projektorenbranche über neue Lichtquellen spekuliert. So haben die besonders energieeffizienten LEDs in Rekordzeit nahezu alle unsere Lebensbereiche erobert, wieso auch nicht den Projektorenmarkt? Oder die seit Jahrzehnten als Hightech bekannte Lasertechnologie, Licht einer Wellenlänge?

Die Möglichkeiten sind vielseitig und so überraschender ist es dabei, dass nach wie vor nahezu alle Projektoren, egal ob für den professionellen oder heimischen Einsatz, mit herkömmlicher Lampentechnologie arbeiten. Nur langsam und zögerlich kommen die ersten Projektoren alternativer Lichtquellen auf den Markt und ein neuer Konkurrenzkampf bahnt sich an: Laser vs. LED.

Wann immer neue Technologien die Welt nicht im Sturm erobern, muss es noch hohe technische Hürden für die problemlose Umsetzung geben. Dabei liegen doch die Vorteile auf der Hand: Weniger Stromverbrauch, längere Lebensdauer! Oder doch nicht? Überwiegen tatsächlich noch die Nachteile, oder sind gewisse Umsetzungen einfach noch schlichtweg unmöglich oder wird dieses Thema etwa aus politischen Gründen von den Marktführern bislang zurück gehalten?

In diesem Mega-Special möchten wir die wichtigsten Fragen beantworten und stellen alle Aspekte der Projektoren-Beleuchtung gegenüber. Wir beschäftigen uns mit der „althergebrachten“ Lampentechnologie, den kommenden Alternativen und den dazugehörigen Projektionstechniken. Es ergibt sich ein differenzierter Überblick über das Verhältnis Einsatzzweck <-> Technologie <-> Einsatzort. Abschließend zeigen wir die beeindruckendsten Modelle am Markt, die man bereits jetzt käuflich erweben kann…

Inhaltsverzeichnis:
1. Was man braucht: Anforderungen an die Projektoren-Lichtquelle

1.1 Lange Lebensdauer

1.2 Geringe Ausfallquote
1.3 Niedriger Energiebedarf
1.4 Hohe Lichtausbeute
1.5 Gute Farbdarstellung
1.6 Bezahlbarer Preis / Wirtschaftlichkeit



2. Die verschiedenen Lichtquellen


2.1 UHP-Lampen

2.1.1 Aufbau
2.1.2 Energieeffizienz / Umweltaspekte
2.1.3 Lebensdauer
2.1.4 Lichtleistung
2.1.5 Kühlung
2.1.6 Farbdarstellung


2.2 LEDs

2.2.1 Aufbau
2.2.2 Energieeffizienz / Umweltaspekte
2.2.3 Lebensdauer
2.2.4 Lichtleistung
2.2.5 Kühlung
2.2.6 Farbdarstellung


2.3 Laser Dioden

2.3.1 Aufbau
2.3.2 Energieeffizienz / Umweltaspekte
2.3.3 Lebensdauer
2.3.4 Lichtleistung
2.3.5 Kühlung
2.3.6 Farbdarstellung


2.4 Die Vor- und Nachteile im Überblick



3. Gerätespezifische Vor- und Nachteile


3.1 LCD Technologie

3.1.1 LCD-Projektor mit UHP-Lichtquelle
3.1.2 LCD Projektor mit LED Lichtquellen
3.1.3 LCD Projektor mit Laser-Lichtquelle


3.2 DLP Technologie

3.2.1 Single Chip DLP Projektor mit UHP-Lampenlichtquelle
3.2.2 Single DLP-Projektor mit LED Lichtquelle
3.2.3 Single Chip DLP Projektor mit Laserlichtquelle
3.2.4 Single Chip DLP Projektor mit Laser / LED Hybrid Lichtquelle


3.3 Zwischenfazit



4. Technische Umsetzung in der Praxis – Beispiele diverser Modelle


4.1 Sony VPL-FHZ55 – Laser / LCD Projektor

4.2 DLP Projektor mit Laserlichtquelle: LG Hecto
4.3 3-LCD Projektor mit 3-LED Lichtquelle
4.4 DLP Projektor mit LED-Lichtquellen: LG PF80G
4.5 DLP Projektor mit Laser / LED Hybrid-Beleuchtun
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5. Abschließende Analyse / Übersicht


5.1 Die Vor- und Nachteile der jeweiligen Lichtquellen

5.1.1 UHP-Lampe
5.1.2 LED- Lichtquelle
5.1.3 Laser / Phosphor – Lichtquelle
5.1.4 Vor- und Nachteile als Tabelle


5.2 Anwendungsprofile

5.2.1 Heimkino
5.2.2 Einsatz in Konferenzräumen
5.2.3 Portabler Einsatz
5.2.4 Digital Signage bzw. 24/7 Einsatz
5.2.5 Großbild
5.2.5 Fotografie
5.2.6 Tabellarische Übersicht



6. Prognose / Entwicklungspotenzial


6.1 Die UHP-Lampe
6.2 LEDs
6.3 Laser



7. Fazit

1. Was man braucht: Anforderungen an die Projektoren-Lichtquelle

Was erwarten wir von einer modernen Lichtquelle für den Großbildprojektor? Wie in jedem Segment wünscht sich jeder die „eierlegende Wollmichsau“, sprich eine Lichtquelle, die alle Vorteile in sich vereint und dennoch dabei mittelfristig die günstigste am Markt ist. Konkreter sieht das wie folgt aus:

1.1 Lange Lebensdauer

Die erste Anforderung ist die naheliegendste, die bei jedem ganz oben auf der Wunschliste steht: Die Lichtquelle sollte eine möglichst lange Lebensdauer aufweisen. Denn seit unserer Kindheit werden wir mit dem Problem des „plötzlichen Lampentods“ in allen Lebensbereichen konfrontiert: Die herkömmliche Glühbirne verabschiedet sich meist mit einem leichten Knall schlagartig und versetzt uns immer dann ins Dunkle, wenn es am Ungünstigsten ist, die Rückleuchten im Auto verabschieden sich hingegen oft unbemerkt und sorgen bisweilen für unliebsame Diskussionen mit Polizei und TÜV… Und selbst modernere Alternativen wie die Energiesparlampe oder das Xenon-Licht befreien uns nach wir vor nicht komplett vor diesen unangenehmen Überraschungen, wenn auch die Intervalle sich gravierend verlängert haben.

Die Gefahr des plötzlichen Ausfalls, den damit verbundenen Unannehmlichkeiten und den nicht zu vernachlässigenden Kosten, ist auch eines der stärksten Argumente der Beamer-Gegner, was mit als größter Hemmschuh für eine noch weitere Verbreitung der Großbildprojektion steht. Gerade unsere schlechten Erfahrungen im Alltag (s.o.) erwecken in uns die unterschwellige Angst, dass die Beamer-Lampe sich kurzfristig verabschiedet, unser Filmabend ausfällt und wir erst nach dem Neukauf, der immerhin im Schnitt mit €350.- zu Buche schlägt, wieder in den Genuss des Großbildes kommen. Böse Zungen behaupten sogar, dass es sich hierbei um „geplante Obsoleszenz“ handelt und die Hersteller an den Lampen verdienen, wie an Drucker-Patronen.

Doch was ist für einen Projektor eigentlich eine „lange Lebensdauer“? Diese Frage kann man nur in Bezug zur Anwendung differenziert beantworten:

Heimkino
Heimkino-Projektoren dienen vornehmlich dazu, den wöchentlichen Kinobesuch zu ersetzen. Setzt man eine durchschnittliche Filmlaufzeit von 120min / Film an, so entspricht eine 2000 stündige Lampenlebensdauer rund 1000 Spielfilmen. Bei reinem Wochenendgebrauch (2 Filme / Woche) entspräche dies einer Einsatzdauer von rund 10 (zehn!) Jahren. Mehr als genug. Selbst bei täglichem Filmgenuss wären es immernoch rund 3 Jahre. Die Anforderungen an die Lebensdauer eines Heimkinobeamers sind demnach moderat.

TV Ersatz
Anders sieht es beim täglichen TV aus: Rund vier Stunden schauen die Deutschen durchschnittlich am Tag fern, hinzu kommt die unbeobachtete Anschaltzeit der Fernseher, da kommen schnell 5 bis 6 Stunden am Tag Laufzeit zusammen. Das ist viel und addiert sich zu rund 2000 Stunden im Jahr. Soll ein Beamer mit herkömmlichen Fernsehern hier in der Lebensdauer mithalten, dann muss die Lichtquelle schon weit mehr als 10,000 Stunden „durchhalten“, bevor Ersatz fällig wird.

Konferenzräume / Schulungsräume
In Konferenzräumen kommen Projektoren auch oft täglich zum Einsatz und erreichen ebenfalls durchschnittliche Nutzungszeiten von 30 Std / Woche. Das macht 1500 Std / Jahr, liegt in den Nutzungsstunden also im Mittelfeld

Professioneller 24/7 Einsatz
Die wohl anspruchsvollste Nutzung liegt im Dauereinsatz „rund um die Uhr“: Sage und schreibe 8760 Stunden kommen hier im Jahr zusammen. Dazu ist ein plötzlicher Ausfall hier besonders fatal, weshalb „redundante“ Beleuchtungssysteme oft unerlässlich sind.

Man erkennt schnell, die „lange Lebensdauer“ einer Projektorlampe ist relativ und es gilt hier grundsätzlich, eine gesunde Wirtschaftlichkeit zwischen technischem Aufbau und erzielter Haltbarkeit anzustreben.

1.2 Geringe Ausfallquote

Die Lebensdauer von Lichtquellen ist stets ein durchschnittlicher, statistischer Wert und wird nur in seltenen Fällen vom Hersteller ohne Einschränkungen garantiert. Dies insinuiert, dass es auch zu plötzlichen und vor allem vorzeitigen Ausfällen kommen kann. Und wenn auch nicht häufig, so kommt dies durchaus vor und nährt somit die Ängste vor Lampenbeamern. Je geringer also die nachweisbare Ausfallquote einer Lichtquelle, desto besser für unsere Gewissen, denn desto unwahrscheinlicher ist der „unplanbare Ärger“.

1.3 Niedriger Energiebedarf

Im 21. Jahrhundert ist das Thema Energiesparen wichtiger denn je: Kaum ein Produkt, das nicht von Brüssel aus in seiner Energieeffizienz überwacht und in Kategorien von „A“ bis „G“ eingestuft wird. Grundsätzlich ist geringer Energiebedarf zu begrüßen, wenn er denn aus einem hohen Wirkungsgrad folgt.

1.4 Hohe Lichtausbeute

Auch wenn die Lichtquelle wenig Strom verbrauchen soll, muss sie doch ausreichend Licht für unsere Großbildprojektion bieten. Die benötigte Lichtmenge ist natürlich auch hier relativ zum Einsatzzweck: Es ist leicht einzusehen, dass man für die Ausleuchtung einer 2,5m breiten Heimkinoleinwand im komplett abgedunkelten Wohnzimmer wesentlich weniger Licht benötigt, als für eine 20m breite Kinoleinwand oder eine 4m breite „Public Viewing“ Installation. Die magische Grenze von 1000 Lumen ist für eine Projektion unter kontrollierten Lichtbedingungen mehr als ausreichend. Möchte man aber tagsüber den Beamer als TV Ersatz nutzen, so sollten e schon deutlich über 2000 Lumen sein.

1.5 Gute Farbdarstellung

Die Lichtquelle steht in direktem Zusammenhang zur erzielbaren Farbdarstellung des Projektors. Sie muss genügend Spektralreserven bereitstellen, um alle Farben unseres Alltags abbilden zu können. Auf dieses Thema gehen wir im Laufe dieses Specials noch sehr genau ein.

1.6 Bezahlbarer Preis / Wirtschaftlichkeit

Die Kosten einer Lichtquelle ergeben sich aus Anschaffungspreis, Lebensdauer und Energieeffizienz. Nur wenn die Gesamtsumme dieser Faktoren wirtschaftlich ist, lohnt sich der Einsatz. So kann die lange Lebensdauer und der geringere Stromverbrauch durch exponentiell zu hohe Produktionskosten nichtig gemacht werden oder das vermeintliche Schnäppchen der Billiglampe durch einen vorzeitigen Ausfall sich schnell als Kostenfalle entpuppen.

Den oben aufgeführten Grundanforderungen muss sich jede Projektoren-Lichtquelle stellen und jede Variante hat ihre individuellen Stärken und Schwächen. Hinzu kommen unterschiedliche technische Adaptionen zu den jeweiligen Projektionstechniken, die mehr oder weniger große Verluste bedeuten können. Es kommt also nicht nur auf die Lichtquelle an, sondern auch auf die Projektionstehcnik, mit der sie „verheiratet“ wird…

2. Die verschiedenen Lichtquellen

Die Großbildprojektion gibt es schon seit Jahrzehnten und diverse Lichtquellen sind in dieser Zeit gekommen und gegangen. Die wohl bekannteste vergangene Leuchtform ist die Röhre (CRT), bei der eine Phosphorschicht durch einen Elektronenstrahl zum Leuchten angeregt wurde. Über viele Jahrzehnte konkurrenzlos, ist die Röhrentechnik mittlerweile bei Projektoren und TVs nahezu vollkommen verschwunden. Derzeit aktuell sind vielmehr folgende Beleuchtungsformen für digitale Projektoren:

2.1 UHP-Lampen

Die wohl am weitesten verbreitete Projektoren-Lichtquelle ist die UHP-Lampe. Die Abkürzung „UHP“ steht ursprünglich für „Ultra High Pressure“, also für eine gasgefüllte Hochdrucklampe. Später wurde dieses Kürzel in ein werbewirksameres „Ultra High Performance“ umgetauft, um die Stärken dieses Lampentypes besser hervorzuheben.

Genauer handelt es sich hierbei um Quecksilberdampflampen, bei denen Gas als Lichtbogen durch hohe Spannung zum Leuchten angeregt wird. Das Licht dieses kleinen, aber sehr starken Bogens wird durch einen Parabolspiegel aus Glas aufgefangen und in den Lichtweg geleitet.

2.1.1 Aufbau
UHP Lampen bieten durch ihre kompakte Bauweise und moderaten Stromverbrauch Vorteile: Sie sind nur wenige Zentimeter groß und werden für einen praktischen Einbau in fertigen Modulen ausgeliefert, das einfach in den Schacht des Projektors geschoben werden.

Der Wechsel kann so von jedem Laien in wenigen Minuten durchgeführt werden und ist einfacher als z.B. der Kartuschenwechsel in einem Drucker. Der große Nachteil dieses Systems ist allerdings, dass jeder Hersteller seine eigenen Lampenmodule anbietet und so der Anwender festgelegt wird, ebenfalls ähnlich wie bei Druckern. Auch der Ersatzteilpreis ist mit €300.- bis €600.- (je nach Modell und Hersteller) nicht gerade billig.

Eine gewisse Mindestgröße können Lampe und Reflektor nicht unterschreiten, so dass eine Miniaturisierung der UHP-Lampe nicht möglich ist, ultra kompakte portable Projektoren können mit ihr nicht realisiert werden.


2.1.2 Energieeffizienz / Umweltaspekte

In der Leistungsaufnahme bewegen sich die meisten UHP-Lampen zwischen 250W und 500W. Dies sind vertretbare Energieverbräuche, erstrecht wenn man sie in Bezug zur erzielten Bildgröße setzt. Dies soll aber nicht über die Tatsache hinweg täuschen, dass UHP Lampen wie alle herkömmlichen Lampen die meiste Energie als Wärme verlieren und nur ein kleiner Teil in Licht umgesetzt wird.

Wenig erfreulich ist die Umweltbilanz: Bei UHP-Lampen handelt es sich um Quecksilberdampf-Lampen, sie beinhalten also gesundheitsschädliche und umweltgefährdende Schwermetalle. Solange die Lampe unbeschädigt bleibt, ist dies unproblematisch, doch bei Bruch / Entsorgung können diese entweichen. Daher sollte man sie stets vorsichtig behandeln und auch nur als Sondermüll entsorgen!

UHP Lampen arbeiten grundsätzlich mit hoher Spannung, so dass der Projektor stets am Stromnetz angeschlossen werden muss. Ein effizienter Akkubetrieb nicht möglich ist. Nach dem Einschalten brauchen UHP-Lampen mehrere Minuten, bis sie ihre volle Leistung entfalten. „Instant On“ Funktionen sind mit ihnen daher nicht zu realisieren.

2.1.3 Lebensdauer
Ihre Lebensdauer beträgt im Schnitt 2500 Std, wie bei den meisten herkömmlichen Lichtquellen. Diese Lebenszeit erreichen sie auch in der Regel, doch ein vorzeitiger Ausfall kann dennoch vorkommen und die meisten Hersteller geben keine Garantie.

Ein besonderer Nachteil von UHP-Lampen wird beim Start deutlich: Um den Lichtbogen zu zünden, ist eine sehr hohe Spannung notwendig. Dieser Zündvorgang setzt die Lampe einer besonderen Belastung aus und verkürzt unter Umständen ihre Lebensdauer. Aus diesem Grund ist es ratsam, den Projektor nicht übertrieben oft aus- und anzuschalten, sondern ihn gegebenenfalls auch einmal bei vorübergehendem Nichtgebrauch von ein bis zwei Stunden angeschaltet zu lassen.

2.1.4 Lichtleistung
In der Lichtausbeute erreichen UHP-Lampen sehr gute Werte, 1000 bis 5000 Lumen sind mit einem einzigen Modul möglich, bei Verwendung von zwei Modulen parallel auch 10,000 Lumen und mehr.

Zu beachten ist aber der Abfall der Lichtausbeute: UHP Lampen verlieren in den ersten 1000 Stunden nur moderat Licht (ca. 20%) bauen in den zweiten 1000 Stunden ihrer Lebenszeit dann aber erheblich ab und gelten mit 50% ihrer Anfangshelligkeit als verbraucht.

2.1.5 Kühlung
Wie bereits erwähnt wandelt die UHP Lampe das meiste der ihr zugeführten Energie in Wärme um und wird dementsprechend heiß. Ohne eine aktive Kühlung würde sie daher nach sehr kurzer Zeit überhitzen und Schaden nehmen. Aufgrund des komplex geformten Glaskörpers kann sie nur durch einen konstanten Luftstrom gekühlt werden, der durch starke Lüfter gewährleistet werden kann. Dies ist mit entsprechender Lautstärke (Lüfter- und Windgeräusche) verbunden. Auch steigt das Staubrisiko im Projektor, da die notwendige Kühlluft stets von Außen angesaugt werden muss

Auch nach dem Ausschalten muss der Lichtkörper schonend herunter gekühlt werden, damit weder der Glasreflektor noch umliegende Elektronik Schaden nehmen. „Instant Off“ Funktionen sind somit nicht möglich und vor dem Neu-Einschalten sollte man stets einige Minuten warten.

2.1.6 Farbdarstellung
Selbstverständlich hat die Lichtquelle einen direkten Einfluss auf die farbliche Darstellung des Projektors. Wichtig ist dabei, dass das Spektrum möglichst ausgeglichen und „naturnah“ ist.


Spektralanalyse UHP

Als nicht optimal sind die Spektraleigenschaften von UHP Lampen zu bewerten: Im Grün und Blaubereich sind sie sehr lichtstark, der Rotbereich ist aber im Verhältnis hierzu stark unterrepräsentiert. Dadurch erzielen sie ein sehr kühles, zyanlastiges Bild und verfremden ohne weitere Farbkorrekturen das Videobild.

Auch ist das Grün des UHP-Lampenspektrums eher gelblich als Tiefgrün, so dass ohne eine optische Filterkorrektur im Lichtweg des Projektors die Videonorm in der grünen Primärfarbe verfehlt wird.

Die farblichen Defizite der Lichtquelle können nur durch eine Optimierung des Lichtweges und durch eine nachträgliche Kalibrierung per Bildmenü ausgeglichen werden: Für eine akkurate Farbdarstellung / Kalibrierung nach Videonorm müssen die Grün- und Blaupegel auf den niedrigeren Rotpegel in den Bildeinstellungen des Projektors reduziert werden, was mit einem erheblichen Lichtverlust erkauft wird. Pro 1000 Lumen Brutto bleiben oft nur 650 Lumen netto bei richtigen Farben übrig, rund 35% „verpuffen“.

2.2 LEDs

LEDs als Lichtquelle produzieren kein weißes Licht, sondern erzeugen stets ein eingeschränktes Spektrum, das sich auf eine der drei Grundfarben Rot, Grün und Blau beschränkt. Dementsprechend sind für die Farbprojektion nicht eine, sondern gleich drei Lichtquellen (LEDs) notwendig.

„LED“ steht für „Light Emitting Diode“ zu Deutsch „Licht emittierende Diode“. Die Technik ist nicht neu, kennen wir sie schon seit Jahrzehnten als kleine runde Kontrollleuchten an nahezu allen Elektrogeräten, früher ausschließlich in Rot & Grün, seit wenigen Jahren auch in Blau und Weiß. Aber: Diese sind auf wenige Milliwatt Leitung beschränkt und dementsprechend viel zu schwach für einen Beamer.

Die Bezeichnung „Diode“ umschreibt dabei zwar die elektrische Charakteristik dieser Mini-Lichtquelle, definiert aber nicht weiter das eigentliche Leuchtelement. Tatsächlich wird hier ein spezielles Kristall zum Leuchten angeregt, das in der Herstellung „gezüchtet“ wird. Die Kunst liegt darin, diese Kristalle so groß und leistungsstark zu kreieren, dass sie die für einen Beamer erforderlichen Lichtmengen erreichen.

2.2.1 Aufbau
Die eigentlichen LEDs sind nur wenige Millimeter groß und entsprechen ungefähr einem Rechenkästchen (5mm x 5mm). Zudem leuchten sie im passenden 16:9 Format und sind somit auf unsere HD-Norm optimiert.

Durch den quaderförmigen Aufbau werden die LED s einfach auf ein Kupferblech montiert, das wie ein „Prozessor“ verbaut werden kann. Die Gesamtgröße ist immernoch weitaus kleiner als die einer UHP-Lampe, so dass auch sehr kompakte Chassis mit ihnen möglich werden.

2.2.2 Energieeffizienz / Umweltaspekte
Aus dem Alltag haben wir eines gelernt: LEDs sind die derzeit effektivsten Massenlichtquellen, die wir am Markt haben. Sie setzen wesentlich mehr der ihnen zugeführten Energie in Licht um als herkömmliche Lichtquellen. Aus diesem Grund ist ihre Leistungsaufnahme wesentlich geringer, sie liegt bei den für Beamer angewendetetn Hochleistungs-LEDs zwischen 50W und 100W. Da aber gleich drei zum Einsatz kommen (Rot, Grün und Blau) addiert sich die Gesamtleistung auch bei ihnen zu einer beträchtlichen Zahl zwischen 200W und 400W.

Im Gegensatz zur Ultrahochdrucklampe wird bei LEDs kein giftiges Gas zum Leuchten angeregt, so dass sie gesundheitlich und umwelttechnisch als wesentlich harmloser einzustufen sind. Auch können sie nicht zerbrechen oder explodieren wie herkömmliche Lampen.

2.2.3 Lebensdauer
Einer der gravierendsten Vorteile der LED-Technologie ist ihre Lebensdauer: In aktuellen Geräten arbeiten sie 20,000 bis 50,000 Stunden, bevor das Ende erreicht ist. Damit halten sie um den Faktor 10 bis 20 länger, als UHP-Lampen. Dies entspricht mindestens 10,000 Spielfilmen oder 1000 Tagen Dauerbetrieb!

Auch ist ein vorzeitiger Ausfall durch „Durchbrennen“ bei ihnen wesentlich geringer, nahezu nicht existent. Angst vor der plötzlichen Dunkelheit muss man mit ihnen nicht haben.

LEDs arbeiten nicht mit Hochspannung, sondern im Niedervoltbereich (3V bis 5V) und müssen nicht „gezündet“ werden. Dadurch ergibt sich keine erhöhte Belastung beim Einschalten, im Gegenteil: LED-Projektoren können auch in kurzen Abständen so oft an -und ausgeschaltet werden, wie es dem Anwender beliebt, ohne dass sich dies auf ihre Lebensdauer auswirkt.

2.2.4 Lichtleistung
Die Leuchtkraft von LEDs nimmt durch stetige Weiternetwicklung jedes Jahr zu: Mittlerweile sind Brutto Lichtleistungen von 1000 bis 2000 Lumen realistisch. Netto bieten reine LED Projektoren aber selten über 1000 Lumen, so dass sie zwar nicht dunkel erscheinen, aber mit der „Light Power“ von UHP-Beamern noch nicht mithalten können. Dies ist derzeit noch das größte Defizit, dass den Siegeszug der LED im Projektorenbereich bisher verhindert.

Wesentlich besser ist dafür ihre Lichtstabilität: In der ersten Hälfte ihres Lebenszyklus (immerhin 10,000 Stunden) verlieren sie so gut wie keine Leuchtkraft und auch danach ist der Abfall sehr moderat. Damit bleibt ein LED-Projektor von der ersten Stunde an gleich hell und der Anwender von Abnutzungserscheinungen verschont.

2.2.5 Kühlung
Einer der größten und häufigsten Trugschlüsse ist die Annahme, dass LEDs keine aktive Kühlung brauchen. Dies mag für kleine Kontroll-LEDs oder Taschenlampen oder Energiesparlampen gelten, doch die in einem Projektor erforderlichen Leistungen machen eine Kühlung der LEDs unabdingbar, genau wie bei einem UHP-Projektor.

Durch ihren Aufbau wie ein Computerchip (LED montiert auf rechteckigen Kühlkörper) lassen sich die LEDs aber einfacher kühlen: Sie können einseitig mit Kühlkörpern versehen werde und so die Wärme passiv weiter geleitet werden. Die aktive Kühlung muss demnach nicht mehr direkt and der Lichtquelle erfolgen und auch nicht zwingend per Luftumwälzung erfolgen. Die Flüssigkeitskühlung ist hier eine effektive und leise Alternative, die auch schon in der Praxis umgesetzt wurde. Wie bereits erwähnt müssen LEDs auch nicht nachgekühlt werden, so dass der Projektor ohne Nachlaufzeit vom Netz getrennt werden kann. LED Beamer sind „instant on / off“.

2.2.6 Farbdarstellung
Dadurch, dass jede der drei LEDs nur eine Grundfarbe bedient, können diese wesentlich genauer auf den Wellenlängenbereich ihrer Zielfarbe geeicht werden.

Im Ergebnis führt dies zu besonders reinen Grundfarben, die unsere veralteten Videonormen bei weitem überschreiten. Mit anderen Worten: Ein LED-Projektor kann wesentlich bunter und farbenfroher sein, als herkömmliche Fernseher oder UHP-Projektoren.


Erweiterter LED-Farbraum

Die Farbreinheit ist eigentlich ein technischer Fortschritt, der sich aber in Anbetracht unserer Videonormen auch gleichzeitig zum Handicap entwickelt. Das Problem: Unsere HD- oder sRGB Norm setzen wesentlich blassere Grundfarben voraus, als die LED-Farben sie darstellen.

Wer eine normkonforme Farbreproduktion anstrebt, muss daher den Projektor auf die Norm kalibrieren und so das Farb-Potenzial der LEDs „verschenken“. Diese Kalibrierung kann nur durch Software, sprich durch ein leistungsfähig einstellbares Color-Management im Bildmenü erreicht werden.

Derartige Color-Managements sind sehr schwer zu realisieren, denn hinter ihnen verbergen sich aufwändige RGB-Algorithmen zur Grundfarbbeeinflussung. Deshalb funktionieren sie nur in seltenen Fällen einwandfrei. Für einen LED Projektor, der zur herkömmlichen HD-oder sRGB Norm kompatibel sein soll, sind sie, oder aber zumindest ein korrigierendes Werks-Preset, zwingend erforderlich.

Vorteile bringen die reineren Grundfarben der LED-Lichtquellen hingegen für moderne Standards: Die erweiterten Farbräume nach AdobeRGB (Fotografien), xvYCC (Camcorder) oder DCI (Digital Cinema) sind mit LED als Lichtquelle problemlos realisierbar, wesentlich besser, als mit herkömmlicher UHP-Lampentechnik.

2.3 Laser Dioden

Man erkennt es schon an dem Namen: Auch bei Laser handelt es sich um „Licht emittierende“ Dioden, sie sind daher mit herkömmlichen LEDs im weitesten Sinne verwandt.

Das besondere an Laser Licht ist sein sehr schmaler Frequenzbereich (nahezu eine Wellenlänge) und eine stake Bündelung. Auf sehr kleinem Bereich kann so sehr viel Energie transportiert werden. In dieser Eigenschaft hat auch der Name seinen Ursprung, denn Laser ist eine Abkürzung für „Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation“. Dies ist eine nahezu optimale Ausgangsbasis für einen Projektor.

Ihre Reduktion auf eine Farbe impliziert, dass zur Bilderzeugung in einem Beamer Laser-Dioden aller drei Grundfarben (Rot, Grün und Blau) vorhanden sein müssen. Doch hier ist die Technik noch nicht soweit: In erforderlicher Lichtleistung aufeinander abgestimmte RGB-Sets gleichartiger Dioden sind bislang kaum vorhanden und finden daher noch keine Anwendung (Problemfarbe Grün).

Doch der Fortschritt geht voran und entsprechend leistungsstarke grüne Laserdioden sind inzwischen auch auf dem Markt, entwickelt z.B. von Sony.

2.3.1 Aufbau
Ein weiteres Problem der Lasertechnologie liegt in ihrer hohen Energieeffizienz: Leistungsstarke Laser-Dioden können aus nur wenigen Watt Leistung erhebliche Schäden anrichten, wenn man ihr Licht bündelt. Daher unterliegen sie strengen Handelskontrollen und dürfen eine gewisse Wattzahl nicht überschreiten. Zu leicht wäre es sonst, sie als gefährliche Waffen zu missbrauchen.

Aus diesem Grund greift man bisher auf „kleine“ und relativ leistungsschwache Laserdioden zurück, setzt dafür aber umso mehr ein, um auf eine ausreichend große Gesamtleistung zu kommen.


Nicht ein einzelner Laser, sondern gleich
zwei Dutzend


Diese „Laserarrays“ benötigen ihren Platz und sind daher noch nicht so kompakt in einem Beamer zu integrieren, wie LEDs. Hinzu kommen weitere farbumwandelnde Elemente im Lichtweg (siehe Kapitel 3). Dennoch lassen sich Laser-Beamer durchaus kompakter realisieren, als mit UHP-Lampen.

2.3.2 Energieeffizienz / Umweltaspekte
Laser Dioden arbeiten sehr effizient und bieten trotz des noch etwas umständlichen Aufbaus bereits sehr hohe Lichtmengen im Verhältnis zum Energieaufwand. Mit 150W erreicht man bereits ein ansprechend helles Bild, mit 400Watt sind tageslichttaugliche Profi-Beamer möglich.

Auch Laser-Dioden beinhalten kein Quecksilber und / oder können es nicht durch Explosion in die Umwelt abgeben. Bei der Gesamtökobilanz ist aber auch die aufwändige Produktion mit einzubeziehen, die hier (wie bei LEDs), größer ist.

2.3.3 Lebensdauer
Für die Lebensdauer gelten die gleichen Vorteile wir bei der LED: Laserdioden überdauern rund 30,000 Stunden ohne starke Ermüdungserscheinungen.

Ein vorzeitiger Ausfall durch „Durchbrennen“ ist bei ihnen ebenso unwahrscheinlich, das Risiko des plötzchlichen Lichtquellenunfalls ist gleich Null, zumal die große Anzahl der Laserdioden (zwischen 20 und 50 an der Zahl) den Ausfall einer einzelnen Diode relativiert.

Auch Laser arbeiten nicht mit Hochspannung, sondern im Niedervoltbereich (3V bis 5V) und müssen nicht „gezündet“ werden. Dadurch ergibt sich keine erhöhte Belastung beim Einschalten und sie können so oft an -und ausgeschaltet werden, wie es dem Anwender beliebt, ohne dass sich dies auf ihre Lebensdauer auswirkt.

2.3.4 Lichtleistung
In der erzielbaren Lichtleistung liegt derzeit ein entscheidender Vorteil der Lasertechnologie gegenüber herkömmlichen LEDs: Laser-Beamer zwischen 2000 und 5000 Lumen sind keine Seltenheit und kombinieren diese hohe Lichtausbeute mit kompakten Chassis. Und im Gegensatz zur herkömmlichen Lampentechnik halten Laser-Projektoren auch ihre hohe Lichtausbeute über einen sehr langen Zeitraum von über 10,000 Stunden, bevor ein moderater Lichtverlust einsetzt. Projektoren wie der Sony FHZ55 (siehe Kapitel 4) bieten schon jetzt über spezielle Modi, die eine absolut konstante Helligkeit über 20,000 Stunden garantieren. In Hinblick auf Lichtausbeute und Lebensdauer sind Laser-Projektoren derzeit zweifelsohne konkurrenzlos.

2.3.5 Kühlung
Jede kleine Laserdiode für sich ähnelt als elektronisches Bauteil der bekannten LED und kann dementsprechend auch durch Metalleinfassungen passiv gekühlt werden (siehe Bild oben). Das gesamte Laser-Array ist in einen Metallrahmen eingefügt, der von der Rückseite passiv mit einem Kühlkörper versehen ist und die Wärme passiv wegleitet, bevor an anderer Stelle im Chassis eine aktive Wärmeumwälzung übernimmt. Dieser Wärmetausch kann mit Luft oder Flüssigkeit erfolgen, so dass Laser-Projektoren wesentlich leiser gestaltet werden können, als herkömmliche UHP-Modelle.

Auch Laserdioden brauchen keine Vor- oder Nachlaufzeit, der Projektor ist sofort einsatzbereit oder abgeschaltet (instant on / off).

2.3.6 Farbdarstellung
Wie bereits erwähnt erzeugen Laserdioden die Grundfarben mit einem noch engeren Wellenlängen-Spektrum, als herkömmliche LEDs. Je nach gewählter Wellenlänge sind ist ihre Farbreinheit damit noch höher, dementsprechend groß sind die erzielbaren Farbräume.

Doch der übergroße Farbraum nahe an unseren Wahrnehmungsgrenzen ist derzeit im Projektorenbereich noch eine Utopie, denn (wie bereits erwähnt) kommen derzeit nur die besonders energieeffizienten blauen Laserdioden in aktuellen Beamern zum Einsatz. Mit blauer Lichtquelle alleine lässt sich natürlich kein buntes Videobild darstellen, andere Farbspektren müssen erzeugt werden. Die Aufgabe der Farbumwandlung übernehmen hier spezielle Phosphorschichten, die vom blauen Laserlicht zum Eigenleuchten angeregt werden.

In der Lichtausbeute funktioniert dieses Laser/Phosphor Hybridsystem, doch farbspezifisch ergeben sich Nachteile: Der zum Leuchten angeregte Phosphor ist nämlich keinesfalls so farbrein, wie Laserlicht, sondern ähnelt eher dem UHP-Spektrum. Mit anderen Worten: die Grundfarben sind eher blass und erreichen gerade die sRGB Norm.


Der Laser / Phosphor Farbraum überschreitet nur
knapp den Videostandard HD / sRGB.

Auf der einen Seite werden so die Farbreinheits-Vorteile der Lasertechnologie verschenkt, auf der anderen Seite erleichtert die Phosphortechnologie die normkonforme Abstimmung nach sRGB oder HD, die beide schließlich ursprünglich für Phosphor (Röhren TV) entwickelt wurden. Für eine Kompatibilität zu leistungsfähigeren, modernen Standards, wie AdobeRGB, xvYcc, DCI, Rec2020 usw. wird man aber von Phosphor als Farbumwandler absehen müssen hin zu separaten RGB-Laserquellen.

2.4 Die Vor- und Nachteile im Überblick

In diesem Kapitel wurden die aktuell individuellen Vor- und Nachteile jeder Lichtquellenart deutlich, die wir an dieser Stelle noch einmal kurz zusammenfassen wollen:

UHP Lampe
Die UHP-Lampe ist seit rund 20 Jahren bei Digital-Projektoren im Einsatz und dementsprechend erprobt. Auf der positiven Seite sind ihre recht kompakte Bauweise, gute Energieeffizienz und hohe Lichtausbeute zu verzeichnen. Auch ihre Lebensdauer ist für eine Lampe durchaus überdurchschnittlich und für viele Anwendungen mehr als ausreichend.

Demgegenüber stehen aber auch diverse Nachteile, unter denen das Image von Digital-Projektoren leidet: Allen voran steht das Risiko des vorzeitigen Ausfalls, das durch die Hochspannung und Zündlast begünstigt wird. UHP-Lampen brauchen mehrere Minuten, bis sie ihre Leistung entfalten und müssen ebenso lange nachgekühlt werden. Die Kühlung muss direkt am Lampenkörper geschehen, so dass sie nur per Luft erfolgen kann. Dadurch werden Lautstärke und Staubrisiko signifikant gesteigert. Der hohe Quecksilbergehalt macht die UHP Lampe unter Umweltgesichtspunkten nicht unumstritten und der hohe Ersatzteilpreis in Kombination mit Hersteller- und Modellspezifischen Spezialmodulen erhöhen die laufenden Unkosten bei starker Beanspruchung. Farbspezifisch sind UHP Lampen zudem mit einem grün-/blaulastigem Spektrum nur begrenzt für die Videonorm geeignet und verlieren bei akkurater Kalibrierung an Lichtleistung. Ein kontinuierlicher Verlust der Lichtleistung tritt nach wenigen hundert Stunden ein. „Last but not least“ reagieren sie empfindlich auf Erschütterungen und können nicht in jeder Lage betrieben werden.

3-LED
Die LED-Technologie ist zwar nicht die jüngste, doch hat sie sich gerade in den letzten Jahren am meisten entwickelt. Ständige Leistungssteigerungen machen sie immer mehr zu Projektoren kompatibel. Die Vorteile liegen auf der Hand: LEDs sind ultrakompakt in ihrem Aufbau, unempfindlich gegenüber Transport und leichter zu kühlen. Damit können sie platzsparend eingesetzt werden und durch den Betrieb mit Niederspannung auch per Akku betrieben werden, was die Projektoren flexibler und unabhängiger vom Stromnetz macht. Ihre Lebensdauer ist so lang, dass ein Austausch nicht notwendig ist und so Ersatzteilkosten entfallen. Ihre Farbreinheit erlaubt erweiterte Farbräume mit kräftigeren Farben, als unsere bisherigen Standards es vorsehen.

Der Vorteil der Farbreinheit ist aber gleichzeitig auch ein Nachteil zu bisherigem Bildmaterial, denn nur durch eine intelligente Kalibrierung kann die Farbdarstellung auf HD oder sRGB Norm angepasst werden. Das größte Manko ist aber bisher die Lichtausbeute: LED Projektoren sind derzeit nicht in der Lage, die hohen Lichtleistungen von UHP-Modellen zu erreichen.

Laser
Viele der Vorteile der LED Technologie sind auch auf Laser anwendbar: Exorbitante Lebensdauer ohne Gefahr des vorzeitigen Ausfalls, Niederspannung, einfachere und flexiblere Kühlmöglichkeiten, Schockunempfindlichkeit usw. Zudem sind mit ihnen wesentlich höhere Lichtausbeuten möglich, vergleichbar mit UHP-Lampen.

Doch auch die Lasertechnologie ist noch weit von der Perfektion entfernt: Der Aufbau mit 20 bis 60 einzelnen Laserdioden ist aufwändig und verhindert derzeit ultrakompakte Chassis. Doch der größte Nachteil liegt zweifelsohne in den mangelnden, getrennten RGB-Farbquellen. Das „blue only“ Laserlicht muss per Phosphor in andere Farben oder Weiß umgewandelt werden, was sich im eingeschränkten Farbspektrum äußert. Farbtechnisch sind Laser-Projektoren daher auf herkömmliche Videonormen beschränkt.

3. Gerätespezifische Vor- und Nachteile

Bislang haben wir nur die grundlegenden und Projektionstechnik- unabhängigen Vor- und Nachteile jeder Lichtquelle ermittelt und gegenübergestellt. Doch dies ist keinesfalls hinreichend für eine praxisorientierte Analyse, denn jede Projektionstechnik (DLP, LCD oder LCOS) bringt ihre spezifischen Anforderungen mit, die unterschiedlich mit den jeweiligen Lichtquellen harmonieren.

In diesem Kapitel stellen wir daher die unterschiedlichen Projektionstechnologien ausführlich gegenüber und erarbeiten die Vor- und Nachteile, die sich je nach verwendeter Lichtquelle ergeben.

3.1 LCD Technologie

Die LCD Technologie steht für die Digitalprojektion erster Stunde, als sie Anfang der 90iger Jahre ihren Siegeszug begann. Seitdem hat sie sich in nahezu allen Anwendungsbereichen etabliert, von Heimkino über AV-Anwendungen bis hin zu Profi-Installationen.

Ein LCD-Projektor arbeitet prinzipiell wie ein Diaprojektor. Im Inneren des Gerätes befinden
sich winzige LCD-„Dias“ (Panels) mit einer Diagonale ab 0,7 Zoll. Diese kleinen Panels bestehen aus unzählig vielen Flüssigkristall-Zellen, von denen jede einem Bildpunkt entspricht.

Da die verwendeten Panels monochrom arbeiten, werden drei separate Panels, für jede einzelne Grundfarbe eines, benutzt. Die drei monochromen Grundfarb-Bilder werden anschließend optisch kombiniert und als Farbbild auf die Leinwand projiziert.

3 monochrome LCDs sorgen
zusammen für das farbige Bild

Das Zusammenfügen der drei Farbbilder erfolgt durch ein optisches Prisma, in dem sie übereinander gespiegelt werden.

Um Farbsäume zu vermeiden, müssen die Bilder aller drei LCD-Panels pixelgenau aufeinander ausgerichtet sein, in Anbetracht der Miniaturisierung bewegt man sich hier im Mikrometerbereich. Um thermische oder Schockeinflüsse zu vermeiden, werden die Panels fest mit dem Glasprisma in der Fabrik verklebt und können sich so nicht mehr dejustieren. Es verbleiben aber Toleranzen von einem halben Pixel (Konvergenz).

Die eigentliche (pixelweise) Lichtmodulation erfolgt durch Polarisation: Den LCDs sind Polfilter vorgeschaltet, die das Licht vorpolarisieren. Je nach gewünschter Helligkeit wird das Licht in den LCDs umpolarisiert und durch weitere Polfilter (hinter den LCDs) dann absorbiert (dunkler Pixel) bzw. weitergeleitet (heller Pixel).

LCOS
Ein Derivat der LCD Technologie sind LCOS-Projektoren. Sie benutzen spezielle Liquid Crystal Devices (LCD), die sogenannten LCOS (Liquid Crystal on Silicon) Panels. Im Gegensatz zur herkömmlichen LCD Technologie werden diese Panels jedoch nicht wie Dias durchleuchtet, sondern sie arbeiten reflektiv, ähnlich wie DMD Chips bei der DLP Technik.


Aufbau eines LCOS Devices

Die Pixelelektroden reflektieren wie kleine Spiegel. Davor befindet sich die Flüssigkristall-Schicht, durch die das Bild erzeugt wird. Durch einen halbdurchlässigen Spiegel wird das Licht der Projektionslampe auf das LCOS Device geworfen, reflektiert und durch Optiken auf die Leinwand projiziert.


Der Lichtweg einer LCOS Projektion

Die LCOS Panels arbeiten monochrom, für jede Grundfarbe wird ein eigenes Panel verwendet. Das Licht der Projektionsbirne (leistungstarke Xenon Lampe) wird in die drei Grundfarben aufgeteilt und nach der Bildbearbeitung wieder zusammengebündelt und verlässt den Projektor durch eine gemeinsame Optik. Als drei Chip / LCD Technologie verhält sich die LCOS Technologie in Hinblick auf die Lichtquelle gleich, wie herkömmliche LCD Projektoren. Aus diesem Grund (und weil es bislang noch keine LCOS Projektoren mit alternativen Lichtquellen gibt) werden wir sie im Laufe dieses Specials nicht gesondert behandeln.

3.1.1 LCD-Projektor mit UHP-Lichtquelle
Mit dem weißen Licht der UHP-Lampe lässt sich lediglich ein monochromes Schwarzweiß-Bild erzeugen, der 3LCD-Projektor benötigt für die Farbdarstellung alle drei Primärfarben gleichzeitig: Rot, Grün und Blau.


Aufbau eines LCD Projektors

Um aus dem Weißlicht der verwendeten Lampe diese einzelnen Grundfarben zu erzeugen, sind teildurchlässige Spiegel und Prismen notwendig. Diese Spezialspiegel lassen grundsätzlich nur Licht einer Farbe hindurch und reflektieren das restliche Licht. Das folgende Diagramm zeigt den theoretischen Aufbau eines LCD-Projektors:

Der erste teildurchlässige Spiegel ist nur für blaues Licht durchlässig und reflektiert das Restlicht, das Gelb erscheint. Das blaue Licht wird über einen normalen Spiegel in das erste LCD Panel geleitet. Das gelbe Restlicht hingegen trifft erneut auf einen halbdurchlässigen Spiegel, der rotes Licht passieren lässt und den grünen Lichtanteil in das zweite LCD Panel reflektiert. Das rote Licht wird über zwei weitere Spiegel in das dritte LCD Panel gelenkt. Die jeweiligen LCD Panels arbeiten als Filter und lassen, der ihnen zugeordneten Farbe entsprechend, nur dort Licht hindurch, wo es auf dem zu projizierenden Bild notwendig ist. Dieser Zyklus wiederholt sich Bild für Bild, bei Standardvideo 50 bzw. 60 mal pro Sekunde.

(1) Weißes Licht der Lampe
(2) Blau abgetrenntes Licht
(3) Gelbes Restlicht
(4) Grün abgetrenntes Spektrum
(5) Verbleibendes Rotlicht
(6) Kombiniertes Farbbild

“In Echt“ sieht der Aufbau wie oben aus: Dutzende von Spezialgläsern und Linsen sind im Lichtweg verbaut und müssen jeweils genau justiert sein. Schon kleine Abweichungen können Bildstörungen (Farbige Bildränder, Farbwolken, ungleichmäßige Ausleuchtung, etc.) zur Folge haben. Es ist leicht einzusehen, dass eine so große Anzahl an optisch präzisen Elementen die Produktionskosten nach oben treiben und gleichzeitig „fragil“ sind. Das System kann bei Schockeinwirkung und Stößen Schaden nehmen und aufwändige Reparaturen nach sich ziehen. Dementsprechend oft sind Transportschäden bei häufigem Versand. Hinzu kommt die UHP-Lichtquelle selbst, die mit ihrem Glaskolben und dem umgebenden Glasreflektor ebenfalls empfindlich ist.

Eine Kompensation des zu grünlichen UHP-Lichtes kann entweder durch die digitale Bildeinstellung erfolgen (das grüne und blaue LCD Panel werden gegenüber dem roten gedimmt), oder durch eine farbfilternde Wirkung der dichroitischen Gläser. In beiden Fällen geht durch die Farbkalibrierung Lichtleistung der UHP-Lampe verloren.

3.1.2 LCD Projektor mit LED Lichtquellen
Wie in Kapitel 2 dargestellt, kommt nicht eine einzige weiße LED-Lichtquelle zum Einsatz, sondern gleich drei, für jede Grundfarbe eine. Im Projektor befinden sich also gleich drei Lichtquellen, was einem 3 Chip Projektor zu Gute kommt.


Einfacher 3LED / 3LCD Aufbau

Da kein weißes Licht mehr in seine Grundfarben aufgespaltet werden muss, entfällt der komplizierte optische Aufbau mit den diversen halbdurchlässigen Spiegeln. Stattdessen hat jedes LCD-Panel nun seine eigene Lichtquelle in passender Farbe und wird direkt beleuchtet.

Durch diese Direktbestrahlung wird der Projektor stabiler, unempfindlicher gegen Transportschäden und kompakter. Auch die Kühlung verteilt sich auf drei Lichtquellen und kann so jeweils kompakter gestaltet werden. Bei geschickten Systemen wird das Staubrisiko des LCD-Projektors weiter vermindert.

3.1.3 LCD Projektor mit Laser-Lichtquelle
Da die Laserdioden für Projektoren noch nicht in ihrer jeweiligen Grundfarbe vorliegen, entfällt derzeit noch der Vorteil der individuellen RGB-Lichtquellen. Stattdessen muss wieder der Umweg über das weiße Licht genommen werden:


Der Farbkreislauf:
(1) Blau (Laser)
(2) Weiß( Phosphor)
(3) Blau (Dichroitischer Spiegel)
(4) Gelb (Weiß minus Blau)
(5) Grün (Dirchroitischer Spiegel)
(6) Rot (Dichroitischer Spiegel)
(7) Farbbild (Prisma)

Das blaue Laserlicht regt einen speziellen Phosphor zum Leuchten an. Dieser Phosphor emittiert weißes Licht, das anschließend wiederum durch diverse dichroitische Spiegel in seine Grundfarben aufgespaltet werden. Damit der Phosphor sich nicht vorzeitig abnutzt (immerhin 20,000 Std müssen erreicht werden) befindet er sich auf einem rotierenden Rad. Dies erhöht die Phosphorfläche im Lichtweg.

Die Einheit „Laserlichtquelle + Phosphorrad“ ersetzt also als Modul die bisherige UHP-Lampe, der restliche Aufbau bleibt unverändert. Damit verbleibt der Nachteil des aufwändigen und empfindlichen Aufbaus des Lichtweges und wird sogar mit zusätzlicher Mechanik (Phosphorrad & Motor) erweitert. Vorteile im Aufbau ergeben sich lediglich in einem effektiver zu gestaltendes Kühlsystem.

3.2 DLP Technologie

Die dritte Projektionstechnik (neben LCD/LCOS) ist die DLP (Digital Light Processing) Technik, entwickelt von der Firma Texas Instruments.

Im Gegensatz zu LCD Projektoren werden hier keine Panels durchleuchtetm sondern das Bild wird von winzigen Spiegelpanels reflektiert. Diese Spiegel bilden die Oberfläche eines Halbleiter-Chips, dem sogenannten DMD (Digital Micromirror Device).


Explosionszeichnung eines einzelnen DMD-Spiegels

Der nur 16 Quadratmikrometer große Spiegel besteht aus drei Schichten. Zwischen den Schichten sind winzige Zwischenräume, die es dem Spiegel erlauben, sich um einige Grad zu kippen. Jeder einzelne Spiegel ist in der Lage, sich mehr als 1000 Mal in einer Sekunde zu kippen. Diese enorme Geschwindigkeit macht es möglich verschiedene Graustufen einfach durch die Häufigkeit des Kippvorgangs zu erzeugen.


DMD Chip mit unzähligen Spiegeln

Bei einem FullHD Chip befinden sich unglaubliche zwei Millionen solcher Spiegel auf engstem Raum, denn moderne DLP-Chips weisen ebenfalls eine Diagonale von unter einem Zoll auf. Die Lebensdauer eines DMD Chips ist trotz der hohen Beanspruchung extrem lang: Laut Texas Instruments über 20 Jahre bei pausenloser Nutzung!

Dank der hohen Kippfrequenzen ist es ferner möglich, in einem Projektor nur einen einzigen DMD Chip anstelle von dreien zu verwenden. Die drei Grundfarben werden nicht gleichzeitig moduliert wie bei einem 3Chip-Projektor, sondern hintereinander auf die Leinwand projiziert (sequentielle Farbwiedergabe). Durch die Trägheit des menschlichen Auges vermischen sich die monochromen Bilder der Grundfarben im Gehirn zu einem einzigen farbigen Bild.

Da nur ein einzelner Chip mit der Bilderzeugung beschäftigt ist, entfällt das Glasprisma und die damit verbunden Konvergenztoleranzen. Es gibt aber im Profi-Segment auch 3Chip Projektoren, die ebenfalls für jede Grundfabe einen eigenen DMD-Chip einsetzen. Sie werden wir in diesem Special aber nicht weiter behandeln.

3.2.1 Single Chip DLP Projektor mit UHP-Lampenlichtquelle
Auch wenn im Projektor nur ein Chip alle Farbmodulationen vornimmt, so müssen auch ihm alle drei Grundfarben separat zur Farbmischung zur Verfügung gestellt werden. Das weiße Licht der UHP Lampe muss also auch hier in seine Primärfarben „zerlegt“ werden.


Vereinfachte Darstellung der „Ein Chip DLP Technik“

Durch die sequentielle Farbmodulation erfolgt die Farbaufteilung aber nicht durch dichroitische Spiegel, sondern einfach durch ein sich drehendes Farbrad mit roten, grünen und blauen Filtersegmenten. Entsprechend der gerade aktuellen Farbe reflektieren die kleinen Spiegel auf dem Chip nur an den Stellen Licht, wo es gerade gebraucht wird. Durch die Geschwindigkeit der Kippvorgänge wird die Lichtmenge an jedem Bildpunkt individuell beeinflusst. Alle drei Farben werden in der Zeit, in der ein Bild angezeigt wird (PAL 1/50 sek., NTSC 1/60 sek.), durchlaufen.

Den Rotmangel der UHP-Lampe kann das Farbrad durch im Verhältnis größere Rotsegmente ausgleichen (siehe Bild oben). Rot ist einfach länger auf der Leinwand, als Grün und Blau, was von unserem Gehirn als Verstärkung interpretiert wird. Auch diese sequentielle Farbkorrektur kostet aber Licht.

Das Farbradsystem ist im Aufbau wesentlich einfacher, als der dreigeteilte Lichtweg eines LCD-Projektors, birgt aber auch gravierende Nachteile: Hauptproblem ist die Geschwindigkeit der sequentiellen Farbdarstellung. Erst ab einer RGB-Frequenz von 200Hz wird die Farbmischung von unserem Gehirn als homogen interpretiert, ohne dass wir allzu störende Farbblitzer (Regenbogeneffekt) wahrnehmen. Sie sind aber je nach Bildszene immernoch vorhanden. Je schneller die RGB-Folge sein soll, desto schneller muss sich das Farbrad drehen, dies erhöht die Belastung des Motors (7200 rpm) und die Lautstärke. In der Praxis stellen 360Hz (6-fach) das machbare Maximum dar, für empfindliche Augen ist hier immernoch der Regenbogeneffekt zumindest in kontraststarken Szenen sichtbar.

3.2.2 Single DLP-Projektor mit LED Lichtquelle
Da wir es nur mit einem einzigen bilderzeugenden Chip zu tun haben, aber gleich drei separaten LED-Lichtquellen, gilt es ein Problem zu lösen: All drei LEDs müssen zeitlich nacheinander den Chip beleuchten.

Gelöst wird dies mit dichroitischen Spiegeln: Eine LED leuchtet direkt in den Lichtweg, während die zwei anderen LEDs über diagonal eingesetzte, halbdurchlässige Spiegel „um die Ecke“ in den Lichtweg leuchten. Somit wird stets derselbe Einfallswinkel eingehalten.

Die drei LEDs leuchten in der Regel nicht gleichzeitig, sondern werden sequentiell wie eine Ampel durchgeschaltet. Dadurch wird das Farbrad mitsamt Hochfrequenzmotor komplett überflüssig, der mechanische Verschleiß entfällt. Dafür werden wiederum mehr optische Elemente benötigt, die aber aufgrund ihrer Position (vor dem eigentlichen Lichtweg) nicht so engen Justagetoleranzen unterliegen, wie bei einem LCD-Projektor. Eine gute Stabilität wird somit gewährleistet.

RGB Frequenz / Regenbogeneffekt
Ein entscheidender Vorteil der „RGB-Ampel“ gegenüber dem Farbrad liegt aber vor allem in der deutlich erhöhten RGB-Frequenz. LEDs verfügen über ein so kurzes Ansprechverhalten, dass sie in sehr hohen Fequenzen „gepulst“ (an- / ausgeschaltet) werden können. Dadurch sind sequentielle RGB-Frequenzen von über 1000Hz möglich, dreimal so schnell wie herkömmliche Farbräder! Dies ist so schnell, dass der Regenbogeneffekt auch für empfindlichste Augen nicht mehr sichtbar ist. Die RGB Frequenz lässt sich messtechnisch erfassen, dazu in Beispiel anhand des Vivitek 8090:

Anhand eines Oszilloskops kann man ablesen, mit was für einer Frequenz die Grundfarben gesteuert werden, in welcher Reihenfolge die einzelnen LEDs geschaltet werden und ob der Bildinhalt das Pulsschema beeinflusst.


Pulsschema „RGB“

Der obige Graph zeigt einen Farbzyklus, bevor er sich genau so wiederholt. Hier kann man sehr leicht die Farbreihenfolge ablesen. Sie ist wie folgt:

Rot Grün Blau Rot Grün Blau Grün Blau Rot Grün Blau Rot Grün Blau Rot Grün Blau Rot Grün Blau Rot Grün Blau RotGrün
(und wieder von vorne)

Rot bzw. Blau werden pro Zyklus einmal im Rhythmus übersprungen, Grün erhält einen Impuls mehr. Zudem wird deutlich, dass die einzelnen Grundfarben nicht in einer konstanten Länge angesteuert werden, sondern die An- bzw. Auszeiten unterschiedlich lang ausfallen. Durch diese Methode gelingt es, die Farbtemperatur auf die von der Videonorm verlangten 6500K / D65 zu optimieren, ohne Kontrastpotenzial einzubüßen. Dies entspricht in der Funktion den „vergrößerten Rotsegmenten“ eines herkömmlichen Farbrades. Im Graphen erkennt man dies an der Länge der einzelnen Amplituden.

Wir spielen ein 50Hz PAL Signal zu, was bedeutet, dass der Projektor pro Sekunde 50 Bilder darstellt. Jedes Bild erscheint genau 20ms auf der Leinwand, bevor es vom nächsten abgelöst wird. Wie man in dem Graphen oben ablesen kann, haben wir diesen Zeitraum, sprich eine Bildlänge, messtechnisch erfasst.

Erfahrene DLP-Kenner wissen, dass die Farbgeschwindigkeit in Bezug zum Bildsignal gesetzt wird. Ein herkömmlicher Projektor mit „6 facher Farbradgeschwindigkeit“ durchläuft den RGB-Zyklus genau sechsmal pro Einzelbild. Bei PAL-Zuspielung entspricht das bereits erwähnten 300Hz. Zählt man nun in obiger Messung die Impulse von Grün, so kommt man auf 18 Einschaltzeiten. Das bedeutet, dass pro Bild die Farbe Grün 18mal eingeschaltet wird, dreimal soviel, wie bei einem herkömmlichen Farbrad. Diese „18-fache“ Geschwindigkeit übersetzt sich in einer Frequenz von 900Hz für Grün. Durch den veränderten Rhythmus ergeben sich für die anderen Grundfarben 850Hz bzw. 800Hz.

Diese RGB-Frequenzen sind beeindruckend hoch und zeigen, wie schnell die DMD-Spiegel schalten können. Ein weiterer Vorteil gegenüber dem herkömmlichen Farbrad sind zudem die Ausschaltzeiten: Bei einem herkömmlichen, sich drehenden Farbrad befinden sich oft zwei Farbsegmente gleichzeitig im Lichtfenster der Lightengine. Während dieser Zeit muss der DMD-Chip abgeschaltet sein, was in Helligkeitsverlust und subtilem Flimmern mündet. Folgender Ablauf macht dies deutlicher:


Ein herkömmliches Farbrad hat störende Übergangszeiten
zwischen den Grundfarben


Das Farbrad dreht sich in unserem Beispiel im Uhrzeigersinn: Im Moment (a) befindet sich der Lichteintritt der Optical Engine komplett im grünen Farbsegment (kleines Viereck). In dieser Zeit projiziert der DMD-Chip die grünen Bildanteile auf die Leinwand. Das Farbrad dreht sich weiter und das rote Farbsegment wird ins Bild geschoben. Während der Übergangsphase (b) befinden aber zwei Farbsegmente (hier grün und rot) im Lichtweg. In dieser Zeit kann der DMD-Chip keine Farbe modulieren, weshalb er abgeschaltet bleibt. Erst wenn das nächste Farbsegment den Lichteintritt komplett überdeckt (c), ist der DMD Chip wieder aktiviert und projiziert in unserem Beispiel die roten Farbanteile des Bildes.

Derartige Abschaltzeiten durch Drehbewegungen entfallen bei der LED Beleuchtung gänzlich: In dem Moment, in dem z.B. die grüne LED abgeschaltet wird, kann die blaue LED zeitgleich angeschaltet werden. Die Pausen sind auf ein nicht merkliches Minimum reduziert.


Durch die „LED-Ampel“ entfallen die Übergangszeiten

Im Bild oben haben wir die Umschaltzeiten von Rot auf Grün in Gelb gekennzeichnet und die von Grün auf Blau in Zyan. Man sieht, dass es keine oder nur kurze Verzögerungen gibt. Neben der höheren Lichtausbeute geben die kürzeren Umschaltzeiten den DMD-Spiegeln auch mehr Zeit, die einzelnen Farbtöne zu generieren. Dadurch werden Artefakte wie Solarisationen reduziert und die mögliche Farbtiefe signifikant erhöht. Gerade die Farbtiefe war bei DLP-Projektoren mit herkömmlichen Farbrädern eine große Schwäche

Brilliant Color Modus
Höhere Farbfrequenz, kürzere Ausschaltzeiten, adaptive Lichtkontrolle, schon jetzt zeigen sich die diversen Vorteile der neuen LED-Lichtquelle. Doch dies ist immer noch nicht alles: Statt die Grundfarben einzeln wie eine Ampel durchzuschalten, ist es auch möglich, zwei oder gar alle drei LEDs gleichzeitig anzuschalten. Nach dem Prinzip der additiven Farbmischung entstehen dabei die so genannten „Sekundärfarben“:


Rot
+ Grün -> Gelb
Rot + Blau -> Magenta
Grün + Blau -> Zyan
Rot + Grün + Blau -> Weiß

In der herkömmlichen Farbradtechnik gibt es die speziellen „Brilliant Color“-Varianten, die neben den herkömmlichen Farbsegmenten auch derartige Sekundärfarben aufweisen. Im Heimkino kommen sie aber selten bis gar nicht zum Einsatz.

Durch die LEDs und ihre flexiblen Schaltzeiten ist es aber nun möglich, jede Art der Farbmischung zu Erzeugen. Der Vorteil liegt in dem Umstand, dass die Farben direkt in der Lichtquelle gemischt werden und so der DMD-Chip diese Aufgabe nicht mehr so umfangreich übernehmen muss. Auch beim Vivitek hat man sich diesen Vorteil zu Nutzen gemacht und bietet optional einen „Brilliant Color“-Modus im Bildmenü an. Aktiviert man ihn, so verändert sich das Pulsschema wie folgt:


Pulsschema „Brilliant Color“

Wenn man den Graphen des Oszilloskops genau analysiert, erkennt man, dass nun auch zwei LEDs parallel angeschaltet werden, nach obigem Prinzip. Es ergibt sich folgende Farbreihenfolge:


Gelb
Rot Grün Blau Zyan Grün Rot Gelb Blau Rot Grün
Blau
Zyan Grün Rot Gelb Blau Zyan Rot Grün Rot Gelb Blau
Zyan
Grün Rot Grün Rot Gelb Blau Zyan

Auffällig an diesem Pulsschema sind zwei Dinge: Die starre Reihenfolge eines Farbrades wurde nicht simuliert, sondern die Sequenz auf die Bilddarstellung optimiert, aber: Die Sekundärfarbe Magenta kommt nicht vor!

Dieses Ergebnis ist einfach zu erklären: Die Ingenieure wollten mit dem Brilliant Color Modus einen besonders hellen und dennoch farbechten Modus bieten. Für unser Auge sind im überwiegenden Maße die grünen Spektralanteile für die wahrgenommene Helligkeit ausschlaggebend. In der Sekundärfarbe Magenta (Rot + Blau) befinden sich aber keine grünen Anteile, so dass diese keine große Helligkeit transportiert. Mit obigem Pulsschema ist es gelungen, die Anschaltzeit von Grün auf ein Maximum zu erhöhen, ohne Einbußen in der Farbtemperatur einzugehen.

Im Graphen oben kann man gut erkennen, wie lange die lichtfördernde Grundfarbe Grün im Verhältnis zu Rot und Blau angeschaltet ist. Auf die Simulation eines Weißsegmentes hat man aber bewusst verzichtet, was ein Beweis des Bemühens um gute Farben ist.

Adaptive Lichtkontrolle
Mit all den obigen Neuerungen und Beobachtungen ist es aber noch nicht genug. LEDs haben den technischen Vorteil gegenüber Gaslampen, dass sie schnell gepulst werden können. Neben der sequentiellen Farberzeugung ist es möglich, diese Eigenschaft für eine Kontrolle der Lichtmenge in Echtzeit zu nutzen: Je kürzer man die Lichtimpulse gestaltet und gleichzeitig die Ausschaltzeiten verlängert, desto weniger Licht kommt an die Leinwand.


Pulsweitenmodulation bei abnehmender Bildhelligkeit

Je geringer die durchschnittliche Signalstärke eines Bildes, sprich je dunkler der allgemeine Helligkeitslevel, desto kürzer werden die LEDs angeschaltet, desto länger sind sie ausgeschaltet. Das geht so weit, bis kaum noch Ausschläge von dem Oszilloskop registriert werden. Diese „Pulsweitenmodulation“ bleibt aber von unserem Auge unbemerkt, da sie sich in sehr hohen Frequenzen abspielt. Die kurzen Anschaltzeiten werden von uns einfach als dunkler wahrgenommen.

Parallel zu der Pulsweitenmodulation wird ein zweites System der adaptiven Lichtregelung eingesetzt: In ebenso hoher Geschwindigkeit können die LEDs nämlich auch gedimmt werden. Mit anderen Worten: Je geringer die geforderte Bildhelligkeit, desto schwächer der Treiberstrom, desto weniger Licht emmitieren die LEDs.


Die LEDs werden parallel auch gedimmt

Mit dem Oszilloskop kann man dieses Echtzeit-Dimmen anhand der Größe der einzelnen Amplituden ablesen. Je höher die Amplitude, desto mehr Licht wird ausgegeben.

Diese zwei adaptiven Lichtsysteme bieten einen sehr großen Spielraum von komplett aus (schwarz) bis zur maximal möglichen Lichtausbeute. Durch die schnellen Reaktionszeiten der LEDs ersetzt dieses System die herkömmliche „Dynamische Iris“ komplett. Der technische Vorteil der neuen Variante ist eine höhere Schnelligkeit / Echtzeit (durch Wegfallen der Mechanik) und eine präzisere Ansteuerung. Positive Nebeneffekte herkömmlicher Blenden, wie etwa die Erhöhung des nativen Kontrastes, entfallen aber ebenso.

Die Leistungsfähigkeit der adaptiven Lichtsteuerung hängt vornehmlich von der Programmierung ab. Je präziser das obige System gesteuert wird, desto eher kann man Nebeneffekte wie Bildpumpen oder Farbreduktionen vermeiden. Wer aber nun denkt, dass dieses System den adaptiven Kontrast eines Projektors in unermessliche Höhen schnellen lässt, der irrt. Nach wie vor hängt der maximal mögliche Dynamikumfang von dem nativen Kontrast des Lichtweges ab, zumindest wenn man kein störendes Helligkeitspumpen in Kauf nehmen will.

Wichtige Anmerkung:
Die hier dokumentierten Vorteile der LED Steuerung, höhere RGB-Frequenz, Brilliant Color Modi und adaptive Lichtsteuerung kommen nicht zwingend in jedem DLP / Laser Projektor zum Einsatz. Tatsächlich sind sie derzeit eher die Ausnahme, als die Regel. Es zeigt sich aber das große Potenzial zur Verbesserung der Bildqualität eines DLP-Projektors und es ist zu erwarten, dass immr mehr Modelle dieses nutzen werden!

3.2.3 Single Chip DLP Projektor mit Laserlichtquelle
Nach alle den beeindruckenden technischen Möglichkeiten, die die LED Beleuchtung bei einem DLP Projektor mit sich bringt, heißt es bei Laser-Beleuchtung wieder „back to the Roots“: Mangels separater RGB-Lichtquellen muss wieder auf das gute alte Farbrad zurückgegriffen werde. Allerdings besteht es hier nicht mehr aus Farbfiltern, sondern speziellen Phosphor-Segmenten, die zum Eigenleuchten angeregt werden.


DLP & Laser Aufbau mit Farbrad

Das Licht der 20 bis 60 blauen Laserdioden wird über kleine Spiegel eingefangen und Richtung Farbrad gelenkt. Dort regt es die verschiedenen Phosphorschichten (Rot / Grün /Blau) zum Leuchten an. Die Phosphorschichten reflektieren das Licht, das in einem Parabolspiegel aufgefangen und neu gebündelt wird. Von dort wird es auf den DMD-Chip geleitet, der die sequentielle Bilderzeugung durchführt.

Auch wenn der Aufbau komplizierter ausfällt, als bei herkömmlichen UHP-Projektoren, so sind die technischen Limitationen dieselben: Die maximale Drehgeschwindigkeit des Phosphor-Farbrad ist durch die Mechanik limitiert und erlaubt eine maximale RGB-Frequenz von 300Hz. Empfindliche Augen werden auch hier weiter den Regenbogeneffekt wahrnehmen können. Der Farbphosphor erzeugt keine besonders reinen „Laserfarben“, sondern erreicht „nur“ den sRGB / HDTV Standard. Die Lichtausbeute liegt hingegen auf sehr hohem Niveau, mehrere Tausend Lumen können problemlos erreicht werden.

3.2.4 Single Chip DLP Projektor mit Laser / LED Hybrid Lichtquelle
Ausschließlich in Verbindung mit der DLP-Technologie gibt es als vierte Gattung auch ein spezielles Hybridsystem aus Laser und LED. Klingt kompliziert, ist es auch:

Das blaue Lasermodul emittiert blaues Licht auf ein Phosphorfarbrad. Der Phosphor wird zum Leuchten angeregt und „reflektiert“ das Licht in grüner Farbe. Dies wird übereinen halbdurchlässigen Spiegel in Richtung DLP-Chipgelenkt. Ca. ein Viertel des Farbrades besteht nur aus Glas und lässt das blaue Laserlicht passieren, das ebenfalls über einen Spiegel in Richtung DLP-Chip geleitet wird. Parallel dazu sorgt eine rote LED für die dritte Grundfarbe, das durch den dichroitischen Spiegel direkt auf den DLP-Chip strahlt.

Da auch hier ein Farbrad zum Einsatz kommt, unterliegt auch diese LED/Laser Hybridtechnologie den mechanischen Limitation hinsichtlich der RGB-Frequenz mit merklichem Regenbogeneffekt.

Hinzu kommt ein weiteres Problem in Sachen Farbdarstellung: Bei diesem Aufbau haben wir es nicht mit einer Art von Lichtquelle zu tun, sondern gleich drei: Als Primärfarbe Blau kommt das besonders reine, schmalbandige Laser-Blau zum Einsatz, als Primärfarbe Grün das relativ blasse und gelbliche Phosphor-Grün und als Primärfarbe Rot das kräftige und „reine“ LED-Rot. Dementsprechend inhomogen gestaltet sich das zugehörige Farbspektrum:


– Reines Laserblau
– Gelbliches Phosphorgrün
– Reines (dunkles) LED-Rot

Die Unausgewogenheit zeigt sich auch im Farbraum: In der Grundfarbe Grün wird die Videonorm (sRGB / HD) deutlich verfehlt, in Rot und Grün hingegen weit übertroffen. Es ist nicht schwer einzusehen, dass das ungleichmäßige Farbspektrum auch in allen Farbmischungen nicht harmoniert und eine akkurate Farbreproduktion eine Utopie ist. Das reine Rot / Blau dominiert gegenüber dem blassen grün und der Projektor hat eine deutliche Tendenz, Bildinhalte in Richtung Violett zu verfälschen.

Trotz all dieser Nachteile ist diese Hybrid-Technologie im günstigen Präsentationssegment erfolgreich, da der Lichtweg günstig zu realisieren ist und Lichtausbeuten über 2000 Lumen in kompakten Gehäusen möglich sind.

3.3 Zwischenfazit

In diesem Kapitel haben sich gegenüber den grundlegenden LED / Laser Vorteilen (siehe Kapitel 2) weitere individuelle Vor- und Nachteile jeder Lichtquelle in Bezug zur verwendeten Projektionstechnik herausgestellt:

LCD-und LCOS- Projektoren benötigen aufgrund ihrer 3Chip Technologie kontinuierlich alle drei Primärfarben gleichzeitig. Da die herkömmliche UHP-Lampe weißes Licht erzeugt, muss es durch ein aufwändiges Spiegel / Filtersystem in seine Grundfarben zerlegt werden. Dies macht den Lichtweg aufwändig und empfindlich gegen Beschädigungen.

Nicht viel anders sieht es bei derzeitiger Laser-Lichtquelle aus: Das blaue Laserlicht regt speziellen Phosphor zum Leuchten an. Dabei entsteht weißes Licht, das im restlichen Lichtweg genauso in seine Grundfarben aufgespaltet wird, wie bei einem UHP-Projektor. Der einzige, dafür große Vorteil liegt darin, dass das vom Phosphor erzeugte Weiß wesentlich näher an der Videonorm liegt, als das grünliche UHP-Licht.

Am effektivsten lässt sich die LED-Technologie mit LCD „verheiraten“, weil durch die drei RGB-Lichtquellen die drei LCDs direkt mit der notwendigen Grundfarbe versorgen können, der komplizierte Lichtweg entfällt.

Theoretisch bieten LED und Laserlichtquelle den Vorteil, dass sie in Echtzeit gepulst bzw. gedimmt werden können und so ihre Lichtleistung dem Bildinhalt angepasst werden kann. Weniger Lichtleistung bei dunklen Bildern, volle Lichtleistung bei hellen Bildern. Damit können sie adaptive Lichtblenden komplett ersetzen und den Dynamikumfang des Projektors signifikant verbessern.

Single Chip DLP-Projektoren filtern die Grundfarben sequentiell mittels eines Farbrades aus dem weißen Licht der UHP-Lampe. Die damit verbundenen Mechanik stellt ein erhöhtes Ausfallrisiko dar und limitiert die RGB-Frequenz, die sich im sichtbaren Regenbogeneffekt bemerkbar macht.

Das Prinzip des Farbrades mit seinen Limitationen bleibt auch bei Laser-Lichtquellen erhalten und mit ihm die Limitationen. Zusätzliche Vorteile zur langen Lebensdauer und konstanten Lichtleistung ergeben sich nicht.

Anders sieht es bei LED-Beleuchtung aus: Das Farbrad entfällt, denn die drei LED können wie eine Lichterkette der Reihe nach aktiviert werden. Durch ihre schnellen Reaktionszeiten kann die RGB-Frequenz dabei verdreifacht werden und der Regenbogeneffekt verschwindet mit bis zu 900Hz vollständig.

Auch alle Brilliant-Color Funktionen können simuliert werden, indem jeweils zwei LEDs gleichzeitig aktiviert werden können, zB. Rot & Grün für die Sekundärfarbe Gelb. Sogar ein Weißsegment kann durch Anschalten aller LEDs simuliert werden (R+G+B=W).

Die dynamische Lichtsteuerung zur Erhöhung des Dynamikumfanges ist auch bei DLP-Projektoren eine Option der LED-Beleuchtung, die auch schon in diversen Modellen Verwendung findet, mal mit mehr, mal mit weniger befriedigenden Ergebnissen.

4. Technische Umsetzung in der Praxis – Beispiele diverser Modelle

Soweit die Theorie hinter den neuen Lichtquellen in Kombination mit den gängigen Projektionstechnologien. In diesem Kapitel möchten wir uns mit den realen technischen Umsetzungen der Projektoren beschäftigen. Wie haben die Ingenieure die diversen konstruktionsbedingten Klippen umschifft und wie die Vorteile der alternativen Leuchtquellen ausgereizt? Wir zeigen das Innere dieser noch rar gesäten Spezies anhand der beeindruckendsten Modelle…

4.1 Sony VPL-FHZ55 – Laser / LCD Projektor

Der sicherlich bisher gelungenste Vertreter der LCD/Laser-Gattung ist zweifelsohne der VPL-FHZ55 aus dem Hause Sony. Faszinierend ist sicherlich die technisch einfache wie geniale Umsetzung.

Von außen kommt einem das Chassis bekannt vor: Tatsächlich gleicht der FHZ55 seinem Vorgänger und kleinen Bruder FH35 wie ein Ei dem anderen. Doch dieser setzte noch auf die herkömmliche UHP-Lampentechnik. Die Ingenieure verfolgten also nicht den Plan, einen LCD / Laser Projektor von Grund auf neu zu entwickeln, sondern suchten eine effektive Variante, das Laser Licht modular „nachzurüsten“. Das spart Kosten und ist auch evtl. auf andere Projektorenmodelle anwendbar.

Folgerichtig hat man den gesamten Lichtweg unverändert übernommen und ausschließlich die Lichtquelle modular ersetzt. Wir haben uns die Neu-Konstruktion angesehen…


Sony VPL-FH35 mit UHP-Lampe

Im Bild oben sehen wir die herkömmliche UHP-Version des Sony Projektors. Hinten rechts im Chassis befindet sich die Lampe samt Kühlsystem (roter Kreis).

Das Lampenmodul selbst wird nach hinten aus dem Projektor entfernt, ein Selbsttausch ist problemlos möglich und muss ca. alle 2000 Stunden erfolgen. Nicht so beim FHZ55, dessen Lasermodul zehnmal so lange, sprich 20,000 Stunden, durchhalten soll:


Sony FHZ55 mit Lasermodul

Wie im Foto zu erkennen, wurde der Plastikschacht der UHP-Lampe durch ein Matallmodul ersetzt, der Rest des Chassis blieb absolut unverändert. Rein theoretisch wäre sogar ein Nachrüsten wohl möglich (wird aber von Sony nicht angeboten).

Das Lasermodul kann nicht vom Anwender gewechselt werden, uns gelang der Ausbau nach dem Öffnen aber in wenigen Minuten.

Im Bild oben sieht man deutlich das Austrittsfenster für das weiße Licht, das an den Lichtweg des FHZ55 angeflanscht ist.

Dreht man das Modul auf seine Unterseite, so ergibt sich ein erster Blick auf das Phosphorrad, das das blaue Laserlicht in weißes „umwandelt“. Wir haben das Rad zwecks weiterer Analyse ausgebaut.

Im obigen Foto sieht man die Phosphorschicht, die gleichmäßig und ohne Unterbrechung aufgebracht ist. Die Aufgabe des Rades ist es demnach nicht, unterschiedliche Farben zu erzeugen, sondern einen kontinuierlichen weißen Lichtstrom. Der Radaufbau statt statischem Element dient lediglich dazu, die Fläche des Phosphors zu vergrößern und so eine vorzeitige Abnutzung / Überhitzung zu vermeiden.

Die Rückseite zeigt das dichroitische Trägerglas und das Lichteintrittsfenster, durch das das blaue Laserlicht auf den Phosphor einwirkt und es zum Selbstleuchten anregt.

Für das notwendige Licht (immerhin 4000 Lumen) sorgen 56 einzelne blaue Laserdioden, die in zwei Blöcken zu je 28 Dioden gruppiert sind.

Das Licht der jeweils 28 Dioden wird durch einen Parabolspiegel eingefangen (grüne Pfeile) und auf einen flachen Spiegel gebündelt (roter Pfeil).

Die flachen Spiegel führen schließlich das Licht der beiden Kammern zusammen und richten es auf das Phosphorrad.

Die zwei Spiegel leiten das Licht von 56 Laserdioden zusammen

Soweit der Lichtweg im Lasermodul, es verbleibt die Kühlung: Alle Laserdioden werden von der Rückseite passiv durch große Fächerkühler gekühlt.

Jeder dieser beiden Kühlblöcke ist mit jeweils einem der Laser-Arrays per Wärmeleitpaste gekoppelt.

Die passive Kühlung alleine reicht aber nicht, sie wird unterstützt durch eine Luftumwälzung mit aktiven Luftfiltern. Im Ergebnis ist der Sony VPL-FHZ55 nicht leiser als sein UHP-Kollege FH35 (35dB).

Zwei Kühlkörper, 56 Laserdioden, zwei Parabolspiegel, zwei flache Spiegel, ein Phosphorrad und eine Linse – das Sony Laser-Modul ist so einfach wie genial konstruiert. Die Kosten für diese Konstruktion sind moderat und das Lasermodul kann quasi in jeden herkömmlichen 3 Chip Projektor mit nur leichten Anpassungen integriert werden. Dies ist sicherlich ein guter Ansatz, schnell eine hohe Verbreitung von Laser als Lichtquelle zu ermöglichen.

4.2 DLP Projektor mit Laserlichtquelle: LG Hecto

Der Ultrakurzdistanzprojektor „Hecto“ vom koreanischen Hersteller LG stellt eine vollkommen neue Produktkategorie dar: Er ist der erste Projektor, der sich anschickt, den herkömmlichen Fernseher komplett zu ersetzen.

Dementsprechend hohe Anforderungen werden an seine Alltagstauglichkeit gestellt, dazu gehört leiser Betrieb, eine hohe Lichtausbeute, eine lange Lebensdauer von 30,000Std und „Instant on / off“, sprich Bild direkt nach dem Einschalten und Ausschalten ohne Nachkühlzeit. All diese Anforderungen hat LG mit dem Hecto erfüllt, indem man die DLP-Technologie mit einer Laserlichtquelle kombinierte. Wie aufwändig der Hecto gebaut ist, zeigt unser Blick ins Innere:

Die Stationen im groben Überblick:

(1) Am Anfang des Lichtweges steht nicht die klassische UHP-Lampe (mit alle ihren Nachteilen), sondern zwei Lasermodule, die ein Array aus 36 einzelnen blauen Laserdioden bilden. Dieses Licht dieser einzelnen Dioden wird „gesammelt“ und kollektiv in den Lichtkanal gespeist.

(2) Da ein monochrom blaues Videobild nicht zufrieden stellend wäre, muss das blaue Laserlicht „umgefärbt“ werden in Rot und Grün. Dies geschieht in dieser Spezialkammer.

(3) Mit dem „farbigen“ Licht muss das eigentliche Bild erzeugt werden. Die FullHD Pixelmodulation erfolgt durch einen herkömmlichen DLP/DMD Chip aus dem Hause Texans Instruments.

(4) Das „fertige“ Bild gelangt über ein TIR-Prisma in das Projektionsobjektiv und wird abschließend von einem Parabolspiegel auf die Wand geleitet.

Soweit der grobe Ablauf, im Folgenden zeigen wir die einzelnen Stationen im Detail. Dafür haben wir den Lichtweg als Ganzes „extrahiert“.

Übrig bleibt das halbleere Chassis, in dem nun deutlich wird, dass die Energieversorgung des Projektors keinesfalls trivial ist:

Diverse Platinen (rechts und hinten) sorgen für die Stromversorgung des gesamten Gerätes, die Lasermodule haben ihr eigenes Steuernetzteil.

Die Laser-Lichtquelle
Wie schon erwähnt verliert auch Laser ein Großteil der Energie als Wärme, weshalb eine effektive Kühlung unabdingbar ist.

Der praktische Kühlvorteil der Laserdioden wird genutzt: Durch ihre einseitige Lichtemission können sie von der Rückseite mittels Kühlkörpers passiv gekühlt werden und benötigen deshalb nicht so eine große und staubgefährdende Luftumwälzung, wie UHP-Lampen. Die Ingenieure haben sich beim Hecto für eine Hybridkühlung aus passiven Körpern und aktiver Lüftung entschieden.

Im Foto oben sehen wir die Vollmetall-Wärmesammler, die mit Wärmeleitpaste direkt mit den Dioden verbunden sind. Von ihnen gehen diverse Heatpipes aus, die in einem großen Kühlrippen-Körper enden.

Diese Kühlrippen werden aktiv durch große Lüfter unterstützt, die die Wärme nach außen befördern. Die Lüfter sind entkoppelt gelagert und sorgen dafür, dass der Hecto im Filmbetrieb unhörbar bleibt.

Gleich zwei solcher Sammler/Heatpipes/Kühlrippen Kombinationen sind verbaut, denn es handelt sich um zwei autarke Lasermodule: Eines auf der Oberseite, eines seitlich stehen sich im rechten Winkel „gegenüber“.

Nach Abnehmen der kompletten Kühlmimik kommen die Rückseiten der Laserdioden zum Vorschein. An den breiten Leiterbahnen erkennt man, dass hier „starke“ Ströme fließen, auch der Hecto verbraucht für das Großbild über 300 Watt.

Die 18 Laserdioden pro Modul sind fest in einem Metallrahmen gefasst und auf der Leuchtseite mit kleinen Linsen versehen, die das Licht schmal bündeln.

Jeder dieser kleinen „Taschenlampen“ bekommt einen kleinen Spiegel zugeteilt, der das Licht in den gemeinsamen Lichtkanal leitet. Dies ergibt eine imposante und einzigartige Lichtkammer.

Insgesamt 36 Spiegel im 45°-Winkel sammeln das Licht der Laserdioden und bündeln sie anschließend im gemeinsamen Lichtweg.

Das blaue Licht ist nun unterwegs, doch für ein Farbbild fehlen noch die weiteren Grundfarben Rot und Grün.

Die Farbmodulation
Das blaue Licht muss also „umgefärbt“ werden. Dies geschieht in einer sehr aufwändig konstruierten „Lichtkammer“:

Diese Kammer besteht aus einer verspiegelten Halbkugel, die auf den ersten Blick an den Reflektor einer klassischen UHP Lampe erinnert. Das kleine Loch stellt den Lichteinlass für das blaue Laserlicht dar.

Spannend ist der innere Aufbau: Im Bild oben sehen wir eine Konstellation aus zwei Lichtaustritten und einem speziellen Phosphor-Farbrad. Letzteres färbt das Laserlicht in die die Grundfarben und die Sekundärfarbe um:

Der Phosphor des Farbrades wirkt gleichsam wie eine eigene Lichtquelle, die vom kugelförmigen Reflektorraum auf den Lichtausgang gebündelt wird. Doch damit ist die Lichtmodulation noch nicht abgeschlossen.


Gelbsegment des „regulären“ Glasfabrades

Auf der anderen Seite des Lichtaustritts (der aus einem dualen Galslichtleiter besteht), befindet sich ein zweites herkömmliches Farbrad. Es besteht aus den typischen dichroitischen Glasfarbfiltern mit Rot, Grün, Gelb und Weißsegment. Sein Antrieb ist direkt an das Phopshorfarbrad synchron gekoppelt. Es sorgt für eine nachträgliche „Reinfilterung“ der Farbanteile. Nach der Farbmodulation folgt die Helligkeitsmodulation, sprich Bilderzeugung.

Die Bilderzeugung / Projektion
Das Licht wird über ein TIR-Prisma auf den DMD-Chip geleitet, der von hinten passiv gekühlt wird (zu erkennen an dem Kupfer-Kühlkörper).

Der Weg des Lichtes über den DMD-Chip und durch das Objektiv

Der DMD-Chip reflektiert das fertige Bild schließlich waagerecht in das Objektiv, das es über einen Parabolspiegel auf den Spezialscreen projiziert.

Der Screen ist so konstruiert, dass er nur Licht reflektiert, das von unten auf ihn trifft. Alle andere Winkel werden „ignoriert“. So wird ein Großteil des Raumlichtes geschluckt und das Beamerbild in Richtung Zusacheur gebündelt. Verblüffend sind die guten Sichtwinkel und das Fehlen von störenden Hotspots.


Der letzte Schritt im Lichtweg ist die Projektion über den Parbolspiegel.

Fertig ist die ultramoderne, langlebige Laser/Kurzsdistanz/DLP/FullHD Projektion! Der LG Hecto ist derzeit in Hinblick auf seinen technischen einer der beeindruckendsten Projektoren am Markt.

4.3 3-LCD Projektor mit 3-LED Lichtquelle

Wie im dritten Kapitel deutlich wurde, harmonisieren die LCD Projektion mit LED Lichtquelle außerordentlich gut. Eine 3 Chip Technologie mit jeweils individueller Beleuchtung in Primärfarben sind wie füreinander geschaffen. Umso erstaunlicher ist es, dass es bislang nur einen ernsthaften Vertreter dieser Gattung gab, der mittlerweile nicht mehr erhältlich ist, Samsung SP-F10M.

Rufen wir uns vorab noch einmal die herkömmliche LCD-Technik ins Gedächtnis: LCDs und ihre zugehörigen Polarisationsfilter sind extrem Wärmeempfindlich, schon eine kurzeitige Überhitzung kann zu dauerhaften und teuren Schäden kommen. Eine leistungsfähige Kühlung ist daher unabdingbar, wird aber durch einen zweiten Umstand erschwert: Da die LCDs wie ein Dia durchleuchtet werden, haben sie keine Rückseite und können nicht passiv durch einen Kühlkörper gekühlt werden. Da beide Seiten optisch frei bleiben müssen, bleibt nur die Kühlung durch einen (unsichtbaren) Luftstrom, der durch starke Lüfter erzeugt wird. Das Problem ist dabei der Staub: Damit die empfindlichen LCDs nicht auf die Dauer mit Staub zusetzen, wird die Luft in der Regel durch einen möglichst feinen Filter angesaugt, der den unerwünschten Staub „draußen“ lassen soll.


Möglichst feine Filter sollen den Staub aufhalten

Gute Systeme bieten einen weitgehend zuverlässigen Staubschutz, doch ein Restrisiko verbleibt. Ein einziges Staubkorn auf einem der drei LCDs reicht für störende Farbflecken, die in dunklen Szenen (auf Schwarz) sichtbar werden. Außerdem müssen die Filter vom Anwender regelmäßig und gründlich gereinigt werden. Erfolgt diese Wartung nicht, wächst nicht nur das Staubrisiko, auch die Kühlleistung wird verringert, da durch den mit Staub „verstopften“ Filter weniger Kühlluft gelangt, mit weniger Umluft eine schlechtere Kühlung der LCDs erreicht wird und das Risiko der verkürzten Lebensdauer so verstärkt wird.

Dieser technische Umstand wird von Herstellern der Konkurrenztechniken, LCOS (SXRD / D-ILA) und DLP nicht selten angeprangert. Denn durch die reflektive Arbeitsweise von LCOS und DLP ist es möglich, den eigentlichen Lichtwegkomplett zu kapseln und die Bildchips von außen, einseitig zu kühlen. Bis jetzt hatten diese Techniken in der Tat in Sachen Staubschutz einen deutlichen Vorteil, bis zum Samsung SP-F10M. Denn bei ihm hat man den Lichtweg ebenfalls komplett gekapselt und damit Filter- und Wartungsfrei gestaltet. Und damit sind wir wieder bei unser „Beamer-Sektion“.

Der Lichtweg wird teilweise durch einen Wärmeleitenden Deckel abgedeckt (Bild oben). Nimmt man den Deckel ab, stellt sich heraus, dass er einen Teil eines ausgeklügelten Luftkanals ist: In einer kleinen Kammer unten links befindet sich ein mittelgroßer Lüfter, wie man im folgenden Bild erkennt.

Dieser Lüfter ist offensichtlich dafür zuständig, die für die LCDs notwendige Kühlluft von unten and die Panels zu fördern, wie eine weitere Demontage zeigt.

Im Bild oben sehen wir den Lufteinlass (Pfeil) zum Herzen des Projektors, den drei LCDs (grüner Pfeil). Der Lüfter ist direkt an diesen kleinen Lufteinlass angeflanscht.

Der Lüfter versorgt den kleinen Luftkanal mit Kühlluft, ist dabei aber in einem Metallgehäuse von der Außenwelt abgeschottet:

Bis jetzt ist das noch nichts besonderes, doch interessant wird es, wenn man den weiteren Verbleib der „verbrauchten“ und erwärmten Luft ermittelt: Statt die Luft aus dem Gerät herauszuführen, wird sie unter dem Metalldeckel (erstes Bild) direkt wieder von dem Lüfter in der Metallkammer angesaugt und neu in den Ansaugkanal der LCDs geführt.


Der gekapselte Luftweg des Samsung SP-F10M

Es ergibt sich ein komplett gekapselter Luftweg, bei dem die Kühlluft sich gleichsam im Kreis dreht (Bild oben). Durch diese Kapselung kann keinerlei Staub nach Innen oder Außen dringen, auch die Anfälligkeit gegen Nikotin wird verkleinert.

Doch eine Frage ist noch zu klären: Wie wird bei so einem kurzen Kreislauf und der direkten Wiedereinspeisung der Luft die notwendige Kühlleistung erreicht? Schließlich wird sich die Luft mit jeder Umwälzung immer mehr erhitzen… Hier kommt nun der Deckel und die Lüfterkammer ins Spiel: Beide sind aus wärmeleitendem Aluminium gefertigt, und weisen auf der Außenseite zudem Kühlrippen auf:

Im Chassis ist neben diesen Kühlrippen ein zweiter „externer“ Lüfter platziert, der die Wärme des Metalls direkt aus dem Gerät führt. Die Luft innerhalb des Kreislaufs wird also passiv gekühlt:

  • Die Luft ist in dem Kreislauf gefangen und erwärmt sich mit jeder Umwälzung an den LCDs vorbei.
  • Die Luft gibt ihre Wärme an das Alugehäuse des Kanals ab, das Metall erwärmt sich
  • Der Alu-Luftweg wird wiederum durch einen externen Lüfter gekühlt.

 

Durch diese Wärmekette ist es den Ingenieuren gelungen, einen komplett gekapselten und somit staubsicheren Kühlkreislauf der LCDs zu gewährleisten. Das System ist einfach, wie genial. Betrachtet man zudem die relativ hohe Lichtleistung des Projektors (1000 Lumen) wird schnell deutlich, dass so ein gekapselter Kühlweg auch in einem Heimkinoprojektor problemlos übernommen werden könnte, zumal die Heimkino-Chassis meist größer ausfallen und so noch mehr Platz für eine passive Kühlung des Alukanals von außen erlauben würden. Wir können daher nur hoffen, dass andere Ingenieure dieses System aufgreifen und den ersten 100%ig staubsicheren LCD- Heimkinobeamer der Welt bauen werden.

LED Kühlung
Wir bleiben bei der Kühlung: Neben den LCDs müssen auch die LEDs leistungsstark gekühlt werden. Wie bereits erläutert sind bei LCDs teilpassive Kühlsytem von der Rückseite her möglich, denn die LCDs sind auf einer Kupferplatte montiert und können daher wie ähnlich einem Computerprozessor einseitig ihre Wärme abführen.

Diesen Umstand haben die Samsung-Ingenieure clever genutzt. Sie haben direkt an die Rückseite der Kupferplatte sogenannte „Heatpipes“ geflanscht, die die Wärme wie kleine Pipelines von den LEDs weg leiten.

Diese Heatpipes (grüne Pfeile) münden in passiven Fächerkühlkörpern (gelber Pfeil), die wiederum mit mittelgroßen Aktivlüftern gekoppelt sind (roter Pfeil).

Diese Konstruktion befindet sich gleich dreimal in dem Projektor und wurde jeweils in den Ecken des Chassis platziert. Dadurch ist es möglich, die Wärme direkt aus dem Gerät herauszuführen.

Das Kühlsystem ist insgesamt sehr durchdacht und bietet einen maximalen Staubschutz trotz kompakter Abmessungen des Beamers. Bleibt die Lautstärke: Für einen Präsentationsbeamer ist der SP-F10M angenehm leise (26dB im Eco Modus), derzeitige Referenzwerte aus dem Heimkinobereich werden aber nicht erreicht. Wir denken jedoch, dass mit weiteren Optimierungsmaßnahmen und vor allem einem größeren Chassis eine nahezu unhörbar leise Belüftung möglich ist. In der Summe seiner Eigenschaften (kompletter Staubschutz, Wartungsfreiheit, Geringe Lautstärke) gehört das Kühlsystem des Samsung LED-Neuling aber zu einem der besten, die wir bisher begutachten durften.

3LED / 3LCD Lichtweg im Detail
Schauen wir uns zur Erläuterung noch einmal den Beginn eines herkömmlichen LCD-Lichtweges mit UHP-Lichtquelle an:

Das Licht der UHP Lampe wird zu Beginn des Lichtweges durch entsprechende Linsen eingefangen und durch eine Integratorebene (Pfeil), die aus vielen kleinen quadratischen Minilinsen besteht, homogenisiert, sprich gleichmäßig über den Querschnitt des Lichtweges verteilt. Genauso sieht es bei dem 3-LED Projektor aus, nur dass wir es hier mit gleich drei Lichtquellen zu tun haben und damit gleich dreimal das Licht durch die Linsen homogenisiert werden muss.

Die Linsen sind im Detail natürlich anders und auf die kleinen LEDs angepasst, doch das System ist im Großen und Ganzen identisch zu dem herkömmlicher Lichtquellen, wie man den Bildern entnehmen kann.

Der Rest des Lichtweges fällt dabei noch einfacher aus, als bei einem herkömmlichen Projektor. Die dichroitischen Spiegel zur Aufteilung des weißen Lichtes entfallen naturgemäß, stattdessen leiten drei einfache Spiegel das Licht direkt weiter auf die LCDs. Auffällig und geschickt sind dabei noch jeweils die drei Zwischenlinsen, die in einem mit Einstellschraube in der Höhe justierbaren Kunststoffrahmen befinden.

Mit ihnen ist es möglich, in der Fertigung das LED Licht genau auf die LCDs zu fokussieren und so die Lichtausbeute zu maximieren und Shadingeffekte zu minimieren. Von hieraus gelangt das LED Licht auf die üblichen Polarisationsfilter, die den LCDs vorgeschaltet sind. Bei diesen Polfiltern sind ebenfalls keine großen technischen Unterschiede zu herkömmlichen UHP-Projektoren zu erkennen. Selbstverständlich werden sie aber in ihrer Ausführung auf die schmalbandigen Spektraleigenschaften der LEDs optimiert sein.

Von hier an gibt es schließlich schon keine Unterschiede mehr zu anderen LCDs-Projektoren, ein Glasprisma bündelt die drei Einzelbilder und die Optik projiziert schließlich das Farbbild auf die Leinwand.

Auch bei den eigentlichen LCDs handelt es sich nicht um Spezialausführungen, im Gegenteil: Zum Einsatz kommen Epson Panels der D7 Generation.

Zu untersuchen verbleibt die Elektronik und Stromversorgung der LEDs. Diese arbeiten zwar mit einer sehr geringen Spannung von nur ca. 4V, dafür aber mit einer umso höheren Stromstärke. Bis zu 30 Ampere werden bei voller Helligkeit durch die Kupferkabel geleitet, um eine entsprechend hohe Leistung bei niedriger Spannung zu gewährleisten.

Bei den ersten LED-Projektoren stellte die Stromsteuerung der LEDs die größte Hürde da. In Verbindung mit der DLP-Technologie müssen die LEDs sehr schnell an und abgeschaltet werden, um ein Farbrad zu ersetzen und den Regenbogeneffekt zu verhindern. Dies ermöglicht eine hoch getaktete Steuerplatine aus dem Hause Osram. Im Millisekundenbereich kann sie die LEDs an/abschalten, auch „pulsen“ genannt. Der Nachteil ist allerdings ein elektrisches Surren, das den Filmgenuss stören kann.

Bei der 3LCD Variante hat es sich Samsung einfacher gemacht: Da hier alle drei Grundfarben zeitgleich leuchten dürfen (und nicht sequentiell wie bei einem DLP Projektor), muss man sie auch nicht zwangsweise pulsen. Mit drei einzelnen Schaltnetzteilen werden die drei LCDs des SP-F10M individuell mit dem notwendigen Strom versorgt.


Schön übersichtlich farblich gekennzeichnet
sieht man die geordnete Stromversorgung der LEDs.


Hier werden die LEDs also nicht getaktet, sondern mit gleichmäßigem Dauerstrom versorgt. Dies schränkt natürlich etwaige Dimm-Möglichkeiten ein, da diese nun nicht mit Pulsweitenmodulation (An / Aus Taktung) erfolgen können (vgl. Kapitel 3), sondern ausschließlich über Spannung. Mit anderen Worten: Die Helligkeit der LEDs kann nicht so präzise gesteuert werden, was sich bei adaptiven Lichtsteuerungen bemerkbar machen kann. Dementsprechend ungenau arbeitet diese Funktion in diesem Projektor. Interessant ist noch zu bemerken, dass der F10M wie ein UHP-Beamer einen Eco-Modus bietet, bei dem die LEDs schwächer angesteuert werden, sie so weniger Strom verbrauchen, die Kühllüfter mit verminderter (leiserer) Drehzahl betrieben werden und die Lebenserwartung von 30,000 auf 50,000 Stunden erhöht wird.

4.4 DLP Projektor mit LED-Lichtquellen: LG PF80G

Eine mittlerweile öfter anzutreffende Variante ist der DLP-Projektor mit LED-Lichtquellen. Da sie im Aufbau ungemein kompakt ausfällt, wird sie immer häufiger in ultraportablen Projektoren eingesetzt, die eine immer größere Produktkategorie stellen. Einer der leistungsfähigsten Repräsentanten seiner Gattung ist zweilfelsohne der PF80G von LG:

Nach Öffnen des Chasis und Entfernen der Platine zeigt sich erst der innere Aufbau. Sehr überraschend ist es, dass das Netzteil fast das halbe Chassis ausfüllt, es befindet sich im hinteren Teil unter schwarzem Isolationsplastik. Der eigentliche Lichtweg füllt nur ein Viertel des Chassis aus (unten).


LED Lichtweg und Elektronik

Links vom Lichtweg verbleibt noch eine kleine Platine, hierbei handelt es sich um die Strom/Steuerversorgung der einzelnen LEDs.

Die Treiber-Platine der LEDs

Erst jetzt ergibt sich ein Blick auf das eigentliche Herz des PF80G, den Lichtweg mitsamt seiner Kühlung:

Sehr durchdacht ist das Belüftungssystem: Die Heatpipes von den LEDs münden in diverse Fächerkühler, die von zahlreichen Lüftern umgeben sind. Durch dieses System ist die Bewegung der Kühlluft komplett vom Lichtweg entkoppelt und minimiert so das Staubrisiko.

Nimmt man Lichweg und Kühlkörper aus dem Chassis, verbleiben alle Lüfter, gleich sechs Stück verteilt im ganzen Gehäuse sorgen für die notwendige Luftbewegung.

Jeder dieser Lüfter ist durch eine Schaumstoffhülle wiederum vom Chassis entkoppelt, um so Vibrationen und damit die Lautstärke zu vermindern. Unhörbar sind sie aber aufgrund ihrer kleinen Bauart nicht, vor allem im hellsten Modus wird der PF80G deutlich hörbar. Im „Eco“ betrieb ist er hingegen angenehm leise und stört nicht.

Im Foto oben sehen wir nun den komplett „extrahierten“ Lichtweg, der nicht größer als eine Handfläche ist. Doch wir sind immernoch nicht am Ziel, sondern haben diesen Lichtweg ebenfalls geöffnet, um die Funktionsweise zu erläutern.

Hier ist es nun, das „offen liegende Herz“ des LG PF80G: In einer speziellen Lichtkammer sorgen die drei LEDs für die notwendigen Grundfarben, die sequentiell durch eine Kondensorlinse und über einen Spiegel (2) auf den DLP Chip gelenkt (3) werden. Das Prisma vor dem DLP-Chip leitet das fertig modulierte Bild schließlich in die Projektionsoptik (4).

Die LED sind fester Bestandteil des Lichtweges, was bei herkömmlichen Lampen-Projektoren so nicht möglich ist. Außerdem entfällt das sonst obligatorische Farbrad, denn hier kommt keine weiße Lichtquelle zum Einsatz, sondern die drei farbigen LEDs werden der Reihe nach wie eine Ampel durchgeschaltet. Ein Spiegelkreuz aus spezialbeschichteten Gläsern sorgt dafür, dass das Licht jeweils in Richtung DLP-Chip weitergeleitet wird. Dieser Aufbau erinnert stark an die 3LCD Anordnung von LCD-Beamern.


Klein aber oho:
Eine der drei LEDs


Im Bild oben sieht man die eigentliche Leuchtdiode, die kaum größer als ein Rechenkästchen ist. Sie ist auf einer Kupferplatte montiert, die von hinten passiv gekühlt wird, wie ein Prozessor!

Über eine Heatpipe wird die Wärme in den Fächerkühler weiter geleitet, wo die Lüfter schließlich für die Abfuhr aus dem Gerät sorgen. Der Vorteil dieser Konstruktion: Eine Luftbewegung direkt an der Lichtquelle ist nicht notwendig.


DMD-Chip mit passiver Kühlung

Auch der DLP Chip (DMD) wird passiv von hinten gekühlt, so dass der Lichtweg komplett staubsicher gekapselt werden kann, einer der großen Vorteile gegenüber LCD-Projektoren. Er verfügt über die volle native HD-Auflösung (1920×1080), ein absolutes Novum in der LED-Kompaktklasse.


Prisma-Lichtführung
vor dem DMD-Chip


Dem DLP-Chip ist ein sogenanntes TIR-Prisma vorgeschaltet (schwarzer Glasblock im Foto oben). Es sorgt dafür, dass das direkt auf den DMD-Chip einfallende Licht (roter Pfeil) nach der Bildmodulation (gelber Pfeil) rechtwinklig Richtung Projektionsoptik gelenkt wird.

LG beweist mit dem PF80G, dass ein DLP Projektor mit LED Beleuchtung gleichzeitig hell, leistungsstark und kompakt sein kann. Hier wird zweifelsohne ein Trend gesetzt…

4.5 DLP Projektor mit Laser / LED Hybrid-Beleuchtung

Eine ebenfalls sehr verbreitet Technologie ist die bereits erläuterte Laser/LED Beleuchtung in kompakten DLP-Projektoren. Casio, Acer, Viewsonic etc. bieten bereits diverse Modelle dieser Technologie an. Stellvertretend für alle zeigen wir hier den Aufbau der Casio XJA-Serie.

Eine erste interessante Beobachtung macht man direkt schon auf der Unterseite: Hier befindet sich ein aufschraubbarer Deckel, ähnlich einem Lampenschacht. Öffnet man diesen, kommt eine Art Modul zum Vorschein.

Dieses lässt sich, ähnlich eines typischen UHP-Lampenmoduls, nach Lösen weniger Schrauben aus dem Gerät ziehen. Zum Vorschein kommt aber natürlich keine Lampe, sondern das Lasermodul des Hybridbeamers.


Nicht ein einzelner Laser, sondern gleich
24 an der Zahl sorgen für das blaue Licht


Das blaue Laserlicht wird nicht durch eine einzelne Diode erzeugt, sondern durch eine ganze Batterie, 24 an der Zahl. Im Bild oben sind die einzelnen Mini-Linsen zu erkennen, die jeder Laserdiode vorgeschaltet sind. Ein Blick in den nun leeren Schacht zeigt den Beginn des Lichtweges:

Acht senkrechte Spiegel, im Winkel von 45° zum Lasermodul ausgerichtet, reflektieren das Licht eines jeweiligen Diodenpaares „um die Ecke“ in den gemeinsamen Lichtkanal. Die Bauweise mit von Außen wechselbarem Lasermodul wirft Fragen auf: Geht der Hersteller etwa davon aus, dass die Laserlichtquelle nicht komplett wartungsfrei für die nächsten 20,000 Stunden funktioniert? Sollen vorzeitige Wechsel so für den Service erleichtert werden? Wieso findet sich kein entsprechender Wechselschacht für die rote LED?

Wir setzen unsere Untersuchungen fort und nehmen en Gehäusedeckel des Projektors ab. Im Inneren zeigt sich ein typischer Aufbau mit oben liegender Signalplatine.

Bei der langen Metallröhre oben links handelt es sich um die ausgeklügelte Projektionsoptik. Um einen großen Zoombereich zu ermöglichen, wurde sie nicht in die Breite, sondern Länge gebaut. In der Mitte (rechts von der Signalplatine) sehen wir das oben bereits erklärte Lasermodul, rechts im Gehäuse die Stromversorgung mit entsprechender Schaltelektronik.

Unter der Platine sind wir schließlich am Ziel, hier kommt jetzt der gesamte Lichtweg zum Vorschein. Auffällig ist dabei der offene Teil zur Lichtbündelung, bevor der geschlossene DLP-typische Teil des Lichtweges beginnt.

Wie funktioniert nun das Beleuchtungssystem aus Laser + LED + Phosphorrad? Die Realisation ist so einfach wie ausgefallen:


Die Wege der einzelnen Grundfarben
im Casio Beamer


Wir beginnen mit dem roten Anteil, der von einer LED emittiert wird. Letztere befindet sich rechts im Bild und wird von einem Flachbandkabel verdeckt. Sie leuchtet geradewegs durch einen halbdurchlässigen Spiegel hindurch (langer roter Pfeil), bevor der Lichtstrahl durch einen halbdurchlässigen Spiegel nach unten in den verkapselten Lichtweg umgeleitet wird. Von hier wird es auf den DMD gelenkt, der die Helligkeitsanteile pixelbasierend moduliert, bevor es den Projektor durch die lange Optik verlässt.

Komplizierter wird es bei den blauen bzw. grünen Spektralanteilen der Farbdarstellung. Um dies genauer zu erklären schauen wir uns erst einmal das dazugehörende „Farbrad“ an, das nur so groß wie eine 2Euro Münze ist. Statt aus herkömmlichen Farbsegmenten besteht es aus einer Aluminiumscheibe, die am Rand fast vollständig mit Phosphor beschichtet ist. Nur ein ganz kleiner Teil besteht aus einem transparenten Glasfenster.


Phosphorbeschichtetes Aluminiumrad

Das Farbrad wird im Lichtweg direkt von dem durch die Spiegel gebündelten blauen Licht des 24-Dioden-Lasermoduls belichtet. Trifft es auf den kleinen „Fensterglas-„Abschnitt, passiert es unverändert das Farbrad. Gelangt es aber auf den hellen Phosphorstreifen, emittiert dieser angeregt durch die Laserenergie grünes Licht, allerdings nicht in die selbe Richtung, sondern entgegengesetzt reflektiv. Es handelt sich sozusagen um eine Phosphor-Spiegelschicht.

Damit das grüne Licht nicht zurück in die Lichtquelle strahlt, muss es von einem halbdurchlässigen Spiegel abgefangen werden. Dieser reflektiert es nach links weg (grüne Pfeile), wo es von einem weiteren Spiegel ebenfalls in den verkapselten Teil des Lichtweges Richtung DMD-Chip / Optik gelenkt wird. Durch dieses einfache Prinzip entsteht abwechselnd rote und grüne Beleuchtung. Der Energieverlust durch die Phosphorumwandlung wird durch die längere Leuchtzeit ausgeglichen, deshalb ist das Fenster auf dem Farbrad im Verhältnis zum Phosphor so klein.

Typisch für einen solchen Single-Chip Aufbau ist die sequentielle Farbdarstellung, die Grundfarben werden stets zeitlich hintereinander auf der Leinwand abgebildet. Durch den Einsatz zweier Lichtquellen ist es aber im Casio Beamer möglich, Rot bei Bedarf zeitgleich mit Blau oder Grün zu mischen. „Echtes“ Magenta oder „Gelb“ wird so zusätzlich ermöglicht, was eine bessere Helligkeitsnutzung und höhere Farbreinheit ermöglicht, als bei herkömmlichen RGB-Farbrädern.

Der technische Aufbau des Hybridbeamers zeigt, wie einfach innovative Konstruktionen ausfallen können. Das ganze System verbindet herkömmliche SingleChip DMD-Projektionstechnik mittels Farbrad mit modernen Lichtquellen wie Laser und LED. Aus langjähriger Erfahrung wissen wir, dass zumindest die herkömmlichen Teile dieses Aufbaus (DMD Chip / Farbrad) nahezu unverwüstlich sind. Die Lebensdauer der LED und der Laserdioden gibt der Hersteller mit 20,000 Stunden an.

5. Abschließende Analyse / Übersicht

Die rund 90 Seiten dieses Mega-Specials haben differenziert aufgezeigt, dass die Vorteile moderner Lichtquellen wie LED oder Laser sich keinesfalls ausschließlich auf die lange Lebensdauer oder den niedrigen Energiebedarf reduzieren lassen, denn darüber hinaus eröffnen sie vollkommen neue Möglichkeiten in Bilddarstellung und technischem Aufbau von Projektoren. Diese Möglichkeiten hängen dabei vornehmlich von der verwendeten Projektionstechnologie ab. Neue Lichtquellen können langjährige Defizite einer Technik beseitigen, aber auch neue Probleme verursachen. In den kommenden Überblick differenzieren wir daher zwischen den grundlegenden Vor- / und Nachteilen jeder Beleuchtungsart und den zusätzlichen in Verbindung mit bestimmten Projektorenarten:

5.1 Die Vor- und Nachteile der jeweiligen Lichtquellen

Ebenfalls deutlich geworden ist in diesem Special, dass es nach wie vor nicht den einzigen Sieger in Sachen Beleuchtung gibt, zumindest nicht nach jetzigem Stand der Entwicklung. Jede Technik hat nach wie vor ihre ganz individuellen Vorzüge und Defizite, hier der Überblick.

5.1.1 UHP-Lampe
Dass die UHP-Lampentechnologie nach wie vor die am weitesten verbreitete Lichtquelle für Digitalprojektoren stellt, ist hauptsächlich auf den langjährigen Mangel an Alternativen zurückzuführen, denn die Nachteile überwiegen hier klar gegenüber den Vorteilen.

Grundlegende Vorteile / Nachteile
Unabhängig von der verwendeten Projektionstechnik bieten UHP-Lampen folgende Vorteile:

+ Moderate Leistungsaufnahme: Mit 200W bis 500W sind UHP Lampen moderat im Verbrauch bei gleichzeitig sehr guter Lichtausbeute.

+ Lichtleistung: Mit einer einzigen UHP-Lampe lassen sich ohne Probleme Projektoren mit Lichtleistungen zwischen 1000 und 5000 Lumen konstruieren. Im Verhältnis zur kompakten Lampengröße sind diese Werte nach wie vor konkurrenzlos.

+ Lebensdauer: Je nach Anwendung sind 2000 Stunden mehr als ausreichend.

Es ist vor allem die hohe Lichtausbeute, die UHP Lampen für Projektoren so unerlässlich gemacht hat. Für obige Vorteile mussten bislang zahlreiche Defizite in Kauf genommen werden:

– Lebensdauer: Für viele Anwendungen sind 2000 Stunden nicht ausreichend, ein regelmäßiger Lampentausch wird notwendig, die laufenden Kosten steigen.

– Vorzeitiger Ausfall: Auch wenn ein vorzeitiger Ausfall eher die Ausnahme denn die Regel ist, so kann eine UHP Lampe dennoch ohne Vorwarnung plötzlich den Dienst versagen, eine Reparatur ist nicht möglich. Ist man auf den zuverlässigen Betrieb des Projektors angewiesen, sollte man daher immer eine Ersatzlampe in Reserve haben.

– Nur Luftkühlung: Aufgrund des komplex geformten Glaskörpers können UHP-Lampen ausschließlich mit Luft gekühlt werden. Das erhöht das Staubrisiko im Projektor und sorgt für eine stärkere Geräuschkulisse.

– Aufwärmphase: Die Lampe braucht mehrere Minuten, bis sie ihre volle Leuchtkraft und Farbstabilität erreicht.

– Nachkühlung: Nach dem Ausschalten muss die Lampe mehrere Minuten nachgekühlt werden, um Schäden im Gerät zu vermeiden.

– Hochspannung: UHP Lampen funktionieren nur mit hoher Spannung und müssen mit Hochspannung gezündet werden. Dies wirkt sich negativ auf die Lebensdauer aus und macht Akkubetriebene Geräte unmöglich.

– Quecksilbergehalt: Die Gasbefüllung mit Schwermetallen ist nicht umweltfreundlich und kann bei Beschädigung gesundheitsgefährdend sein.

– Gerätespezifische Module: Sollte eine Ersatzlampe notwendig werden, so ist man auf maßgeschneiderte Module des Herstellers angewiesen. Dies erhöht die Preise und verschlechtert die Verfügbarkeit, vor allem bei älteren Modellen.

– Ungleichmäßiges Farbspektrum: Der Rotmangel im Spektrum provoziert einen erheblichen Lichtverlust bei Norm-Kalibrierung des Projektors.

– Lichtverlust: Schon nach wenigen hundert Stunden zeigt die UHP-Lampe einen deutlichen Verlust in der Lichtausbeute. Dieser Umstand relativiert den Vorteil der hohen Leuchtkraft.

Projektionstechnisch spezifische Nachteile
Zu den allgemeinen Nachteilen kommen weitere in Abhängigkeit zur verwendeten Projektionstechnologie hinzu:

– Weißlicht (DLP): Das weiße Licht der UHP-Lampe muss für einen Singlechip DLP Projektor durch ein Farbrad sequentiell in seine Grundfarben gefiltert werden. Dies sorgt für mechanischen Verschleiß (Motor) und den störenden Regenbogeneffekt (durch Begrenzung in der Drehzahl des Farbrad-Motors)

– Weißlicht (LCD / LCOS): Bei LCD und LCOS Projektoren muss das weiße Licht der Lampe durch aufwändige Glasfilter in seine Grundfarben zerlegt werden. Dadurch steigt das Risiko von Beschädigungen, vor allem bei Transport.

– Konstanter Lichtstrom (DLP / LCD / LCOS): UHP Lampen können nicht wesentlich gedimmt werden, was umständliche adaptive Blendensysteme zur Kontraststeigerung erforderlich macht.

5.1.2 LED- Lichtquelle
Auch die LED zeigt geräteunabhängige spezifische Vor- und Nachteile

Grundlegende Vorteile / Nachteile:

+ Ultra kompakte Bauweise: LEDs sind so klein wie ein Computerprozessor und können dementsprechend platzsparend verbaut werden.

+ Passive Kühlung möglich: Der prozessorähnliche Aufbau erlaubt auch die einseitige passive Kühlung. Dadurch können Lautstärke und Staubrisiko maßgeblich verringert werden.

+ Extrem lange Lebensdauer: Mit Laufzeiten von 20,000 bis 50,000 Stunden sind LED langlebiger, als alle anderen derzeitigen Lichtquellen für Projektoren.

+ Langzeitstabilität: LED-Lichtquellen zeigen über viele tausend Stunden hinweg keinen nennenswerten Lichtverlust.

+ Lichtquellen direkt in den Grundfarben: Drei LEDs bieten direkt die Grundfarben, es muss kein weißes Licht gefiltert werden

+ Niederspannung: LED arbeiten mit niedrigen Spannungen und müssen nicht durch Hochspannung gezündet werden. Daher ist ein Akkubetrieb möglich.

+ Robust: LEDs sind unempfindlich gegen Schock und nicht zerbrechlich wie der Glaskörper einer UHP-Lampe

+ Sofortausfall unwahrscheinlich: Das Risiko des vorzeitigen und plötzlichen Ausfalls ist wesentlich geringer, als bei herkömmlicher Lampentechnologie.

+ Reines Farbspektrum: Die kräftigen Grundfarben erlauben erweiterte Farbräume und gewährleisten die Kompatibilität zu modernen Farbstandards für Fotografie und Video.

+ Instant On / Off: LEDs entfalten sofort ihren maximalen Wirkungsgrad und müssen auch nicht nach dem Betrieb nachgekühlt werden.

Doch auch die LED Technologie ist noch nicht am Ende der Entwicklung. Vor allem ein Nachteil verhindert den derzeitigen Marktdurchbruch:

– Lichtausbeute: LEDs erreichen derzeit noch nicht die Lichtleistung von UHP Lampen. Netto erreichen LED Projektoren lediglich Werte zwischen 500 und 1500 Lumen.

– Kein Modul: LEDs sind fest im Projektor verbaut und können nicht vom Anwender selbst getauscht werden. In Anbetracht ihrer langen Lebensdauer fällt dieser Nachteil aber nicht stark ins Gewicht.

– Farbdarstellung nach Videonorm: Die besonders reinen Grundfarben erschweren die farbliche Abstimmung gemäß den bisherigen Videonormen. Oft erscheint das Bild übersättigt.

Projektionstechnisch spezifische Vor- und Nachteile
Je nach verwendeter Projektionstechnik ergeben sich zusätzliche Vorteile:

+ Kein Farbrad (DLP): Durch die drei separaten LEDs entfällt das Farbrad und die damit verbundenen technischen Limitationen. Es gibt keinen Verschleiß und die Lautstärke ist geringer. Zudem können LEDs wesentlich schneller geschaltet werden, so dass die RGB-Frequenz steigt und der Regenbogeneffekt vermindert bzw. komplett beseitigt wird.

+ RGB-Licht (LCD / LCOS): Durch die drei Lichtquellen kann jedes LCD / LCOS Panel direkt beleuchtet werden und der aufwändige Aufbau des Lichtweges entfällt.

+ Dimming (DLP / LCD / LCOS): LEDs können gepulst und gedimmt werden, so dass sie adaptiv den Dynamikumfang eines Projektors steigern können.

+ Miniaturisierung (DLP): Gerade DLP Projektoren können in Verbindung mit LED-Lichtquellen miniaturisiert und ultraportabel werden.

5.1.3 Laser / Phosphor – Lichtquelle
Die Laserlichtquelle gibt es derzeit nur praktikabel als Hybridlösung mit zum Leuchten angeregten Phosphor. Dies bringt Vorteile aber auch Limitationen.

Grundlegende Vorteile / Nachteile

+ Hohe Lichtausbeute: Aktuelle Geräte erreichen Lichtleistungen von 1000 bis 8000 Lumen, vergleichbar zu UHP.

+ Langzeitstabilität: Laser-Lichtquellen zeigen über viele Tausend Stunden hinweg keinen nennenswerten Lichtverlust. Dies macht sie über den Zeitraum effektiver, als UHP-Lampen.

+ Kompakte Bauweise: Das Lasermodul kann kompakt gebaut werden, doch die große Anzahl an notwendigen Dioden erlauben keine ganz so kompakte Bauweise wie bei LCD.

+ Passive Kühlung möglich: Die Dioden-Fassungen im Metallrahmen erlaubt auch die einseitige passive Kühlung. Dadurch können Lautstärke und Staubrisiko maßgeblich verringert werden.

+ Lange Lebensdauer: Mit Laufzeiten von 20,000 Stunden ist das System sehr langlebig, aufgrund der Abnutzung des Phosphors aber nicht so lange wie LED-Systeme.

+ Niederspannung: Laserdioden arbeiten mit niedrigen Spannungen und müssen nicht durch Hochspannung gezündet werden.

+ Robust: Laserdioden sind unempfindlich gegen Schock und nicht zerbrechlich wie der Glaskörper einer UHP-Lampe.

+ Kein Sofortausfall: Das Risiko des vorzeitigen und plötzlichen Ausfalls ist wesentlich geringer, als bei herkömmlicher Lampentechnologie, durch die große Anzahl an Dioden nahezu unmöglich.

+ Instant On / Off: Laserdioden entfalten sofort ihren maximalen Wirkungsgrad und müssen auch nicht nach dem Betrieb nachgekühlt werden

Gerade die bisher notwendige Kombination mit Phosphor sorgt für Defizite:

– Eingeschränktes Farbspektrum: Vorteile in der Farbreinheit gibt es nicht. Es wird maximal der HD / sRGB Farbraum abgedeckt.

– Kein Modul: Laserdioden sind fest im Projektor verbaut und können nicht vom Anwender selbst getauscht werden. In Anbetracht ihrer langen Lebensdauer fällt dieser Nachteil aber nicht stark ins Gewicht.

Projektionstechnisch spezifische Vor- und Nachteile
Je nach verwendeter Projektionstechnik ergeben sich zusätzliche Vor-/ Nachteile:

– Blaulicht (DLP): Das blaue Licht der Laserlichtquelle muss für einen Singlechip DLP Projektor durch ein Farbrad sequentiell in seine Grundfarben gefiltert werden. Dies sorgt für mechanischen Verschleiß (Motor) und den störenden Regenbogeneffekt (durch Begrenzung in der Drehzahl des Farbrad-Motors).

– Weißlicht (LCD / LCOS): Das blaue Laserlicht muss vorher durch Phosphor in weißes Licht umgewandelt werden. Bei LCD und LCOS Projektoren muss dieses weiße Licht wiederum durch aufwändige Glasfilter in seine Grundfarben zerlegt werden. Dadurch steigt das Risiko von Beschädigungen, vor allem bei Transport.

+ Dimmen (DLP / LCD / LCOS): Die Dioden können gepulst und gedimmt werden, so dass sie adaptiv den Dynamikumfang eines Projektors steigern können.

5.1.4 Vor- und Nachteile als Tabelle
Soweit die Vor- und Nachteile im Detail. Für eine bessere Übersicht hier eine tabellarische Darstellung aller Aspekte (ohne Erläuterungen):

.

Aspekt
UHP-Lampe
LED
Laser / Phosphor
Laser / LED / Phosphor
Lebensdauer

(2000 Stunden)
++
(20,000Std bis 50,000Std)
+
(20,000Std bis 30,000Std)
+
(20,000Std bis 30,000Std)
Lichtausbeute
++
(>10,000 Lumen)

(<2500 Lumen)
+
(<10,000 Lumen)
O
(<5,000 Lumen)
Lichtstabilität

(<300 Stunden)
++
(10,000Std)
+
(>5,000Std)
+
(>5,000Std)
Ausfallrisiko (plötzlich / komplett)

(möglich)
+
(unwahrsch.)
++
(unmöglich)
+
(unwahrscheinlich)
Kühlung

(nur aktiv / Luft)
++
(aktiv / passiv)
++
(aktiv / passiv)
++
(aktiv / passiv)
Instant on / off

(nicht möglich)
++
(gegeben)
++
(gegeben)
++
(gegeben)
Umwelt / Gesundheit

(Quecksilber)
O
(Produktion)
O
(Produktion)
O
(Produktion)
Spannung / Wirkung

(Netz / Hoch)
++
(Nieder / Akku)
+
(Nieder)
+
(Niederspannung)
Austausch durch Anwender
+
(möglich)

(nicht möglich / notwendig)

(nicht möglich / notwendig)

(nicht möglich / notwendig)
Farbspektrum
O
(Rotmangel)
+
(variabel / kräftig)
O
(Maximal sRGB)

(inhomogen)
Farbegnauigkeit Norm
O
(gut, aber Lichtverlust)

(möglich, aber bisher nicht perfekt)
O
(möglich)

(bisher nicht gegeben)
AdobeRGB / xvYCC / DCI / etc.
O
(nur unter starkem Lichtverlust)
++
(problemlos möglich)

(nicht möglich)

(nicht möglich)
Kontraststeigerung (Dimmen)

(nicht möglich)
+
(möglich
)
+
(möglich
)
+
(möglich
)
Regenbogeneffekt (DLP)

(Farbrad / max 360Hz)
++
(Solid state / bis 1200Hz)

(Farbrad / max 360Hz)
O
(Soli State / Farbrad)
Aufbau Lichtweg (LCD)

(Weißlicht)
+
(RGB getrennt)

(Weißlicht)

(nicht möglich)
Brilliant Color variabel (DLP)

(Nicht möglich)
+
(problemlos)

(Weißlicht)
O
(möglich)
Kompaktheit
O
++
O
O
Stabilität

(Glas)
++
(sehr robust)

(Phosphorrad)

(Phosphorrad)
Projektorausrichtung (vertikal / horizontal)

(Lichtbogen muss horizontal)
+
(beliebig)
+
(beliebig)
+
(beliebig)
Aspekt
UHP-Lampe
LED
Laser / Phosphor
Laser / LED / Phosphor

Diese Tabelle erweckt einen spontanen Widerspruch: Die Technik, mit den meisten „roten“ Nachteilen, ist die mit Abstand verbreiteste, während man die Technologie mot den meisten „grünen“ Vorteilen nur selten findet. Doch bei genauerem Hinsehen löst sich dieser Widerspruch auf:

Die große Verbreitung der UHP Lampe begründet sich darin, dass sie seit Jahrzehnten auf dem Markt ist und für viele ihrer prinzipiellen Nachteile „Workarounds“ gefunden wurden. Zudem hat sie die sehr wichtige Stärke der hohen Lichtausbeute.

Umgekehrt ist die LED Technologie noch jung und vor allem das essentielle Problem der Lichtausbeute noch nicht gelöst. Ein Nachteil reicht, wenn er denn gravierend genug ist.

Die Laser / Phosphor Technologie deutet ein schnelles Wachstumspotenzial an, denn wenn auch nicht ohne Schwächen ist kein „K.O: Kriterium dabei, dass gegen ihre Nutzung für viele Anwendungen spricht.

5.2 Anwendungsprofile

Wie im ersten Kapitel bereits erläutert, sind die spezifischen Vor- und Nachteile stets in Bezug zur Anwendung zu betrachten. So ist eine besonders farbenkräftige Darstellung für reine Datenprojektionen unerheblich und für den Gelegenheits-Wochend Heimkinoeinsatz benötigt man keine Lebensdauer von 50,000 Std. Hier ein kurzer Überblick über die gängigsten Anwendungen und welche Technologie die geeignetste ist:

5.2.1 Heimkino
Heimkinoprojektoren unterliegen in der Regel einer moderaten Nutzung, so dass eine besonders lange Lebensdauer zwar erfreulich, aber nicht zwingend notwendig ist. Ein Lampenwechsel alle drei bis fünf Jahre ist sowohl vom Aufwand als auch von den Kosten her vertretbar. Hier sind alle drei Technologien (UHP/ LED / Laser) geeignet.

Auch in der Lichtausbeute wird keine Hochleistung der Lichtquelle erforderlich, für die gängigen Heimkino-Leinwandgrößen zwischen 2m und 3m Breite reichen 700 bis 1300 Lumen. Nur bei gewünschter Tageslichtprojektion werden höhere Lichtleistungen erforderlich, mehr als 2500 Lumen sind selten notwendig. Hier haben UHP und Laserprojektoren zwar die Nase vorn, aber auch LED-Projektoren sind unter kontrollierten Lichtbedingungen nicht zu dunkel.

Wichtig ist im Heimkinobereich die Farbgenauigkeit: Durch den langjährigen Einsatz der UHP Lampe sind herkömmliche Projektoren in dieser Hinsicht am ausgereiftesten. Theoretisch ist diese auch bei LED und Laserlichtquellen möglich, aber Perfektion zeigt in dieser Hinsicht noch kein bisher am Markt erhältliches Gerät.

Artefakte wie Regenbogeneffekt, Rauschen und Flimmern sind für anspruchsvolle Heimkinofans sehr störend. Hier punktet vor allem die LED-Technologie, da sie Farbräder unnötig macht und auch wesentlich konstanter leuchtet, als UHP Lampen. Zudem kann ein adaptives Dimmen den Dynamikumfang und Schwarzwert signifikant verbessern, wie bei einem modernen LED-TV. Laser Projektoren liegen in ihrer Leistung dazwischen, auch sie sind sehr konstant in ihrer Leistung, doch mangels RGB-Quellen ist ein Farbrad erforderlich.

In der Handhabung und Lautstärke sind aktuelle UHP-Projektoren bereits unkritisch, doch LED und Laser bieten durch die passiven Kühlungsmöglichkeiten mehr Potenzial, die Projektoren und Zukunft noch kompakter und leiser zu gestalten. Auch die Instant On / Off Option erleichtert den täglichen Gebrauch.

5.2.2 Einsatz in Konferenzräumen
Projektoren für Konferenzräume werden meist in nicht abgedunkelten Räumen eingesetzt, weshalb größere Lichtstärken erforderlich werden. Hierdurch scheidet die LED-Lichtquelle nach derzeitigem Stand der Technik aus. UHP-Lampen und Laser sind beide geeignet, durch die längere Langzeitstabilität und größere Zuverlässigkeit liegen die Vorteile aber bei der Laserbeleuchtung, zumal eine farbliche Genauigkeit in der Regel hier keine große Rolle spielt.

5.2.3 Portabler Einsatz
Soll ein Projektor oft mit auf Reisen gehen, so empfehlen sich vor allem die ultrakompakten LED-Projektoren. Sie können bei Bedarf (je nach Modell) sogar ohne Stromnetz per Akku betrieben werden. Ihre limitierte Lichtausbeute disqualifiziert sie aber oft als Präsentationsprojektor. Zum Glück sind auch Laser und UHP Projektoren sehr kompakt und gute Reisebegleiter, auch wenn sie nicht so robust konstruiert sind, wie ein LED-Beamer.

5.2.4 Digital Signage bzw. 24/7 Einsatz
Für Daueranwendungen ist die lange Lebensdauer von Laser und LED ein unschlagbares Argument, zu unzuverlässig ist im Vergleich dazu die UHP-Lampe. Doch wenn gleichzeitig auch viel Licht erforderlich ist, verbleibt nur Laser als Alternative, entsprechend helle Projektoren kommen auf den Markt.

5.2.5 Großbild
Für wirkliche Großbildprojektionen mehrer Meter Breite benötigt man sehr viel Licht jenseits der 10,000 Lumen. Hier haben lampenbasierende Projektoren (UHP / Xenon) zweifelsohne noch die Nase vorne, aber die ersten sehr hellen Laser / Phosphor Projektoren erreichen jetzt den Markt und werden zur ernsthaften Alternativen. LED scheidet derzeit für diesen Einsatzzweck aus.

5.2.5 Fotografie
Für die hochwertige Darstellung von Fotografie ist die LED-Projektion zunehmend die erste Wahl, da sie den erweiterten Farbraum nach AdobeRGB unterstützt. Dies ist zwar auch mit UHP-Projektoren möglich, wenn diese entsprechende Farbfilter optional aufweisen, doch meist sind sie netto dann auch nicht mehr wesentlich lichtstärker, als der LED-Beamer.

5.2.6 Tabellarische Übersicht
Für eine bessere Übersichtlichkeit listen wir hier die anwendungspezifischen Vorteile ebenfalls tabellarisch auf:

 

Anwendung
UHP-Lampe
LED
Laser / Phosphor
Laser / LED / Phosphor
Heimkino
+
O
O

Konferenz
+
O
++
+
Portabel
O
++
+
+
24/7
++
++
+
Großbild
+
O
Foto
O
++
O
Simulatoren
+
+
++
O
Digital Signage
O
O
+
O

Bei dieser Ergebistabelle ist zu berücksichtigen, dass sie sich ausschließlich auf den derzeitigen Stand der Technik und erhältliche bzw. angekündigter Projektorenmodelle bezieht. Das Entwicklungspotenzial der jeweiligen Techniken kann und wird Verschiebungen in Eignung in den kommenden Jahren bewirken.

6. Prognose / Entwicklungspotenzial

Bei den differenzierten Ergebnissen, die wir in diesem Special erarbeitet haben, stellt sich die Frage, welche Technologie sich in welchen Bereichen ausbreiten wird und welche Entwicklungen wir zu erwarten haben. Wir wagen erste Prognosen:

6.1 Die UHP-Lampe

Die UHP-Lampe wird so schnell nicht verschwinden. Alle Projektorenhersteller haben im Laufe der Jahrzehnte ihr Geräte konsequent für dieses Leuchtmittel optimiert und viele Schwachstellen durch geschickte „Workarounds“ relativiert oder beseitigt. Vor allem wenn wirklich hohe Lichtleistungen gefragt sind, kommt man an der Lampe nicht vorbei.

Doch die UHP-Lampe bekommt immer mehr Konkurrenz. Im portablen Bereich wird sie als erstes von den langlebigeren, flexibleren und robusteren LED / Laser Konkurrenten verdrängt werden. Auch bei Anwendungen, wo ein Dauereinsatz, Zuverlässigkeit und lange Lebensdauer essentiell wichtig sind, werden Anwender auf moderne Alternativen umschwenken.

Es wird noch Jahre dauern, aber letztendlich wird die UHP-Lampe in vielen Bereichen seltener werden und letztendlich zu einem Nischen-Produkt für Spezialanwendungen werden, ganz nach dem Vorbild der klassischen Glühbirne oder des Röhren-TVs.

6.2 LEDs

Die LED-Technologie hat zweifelsohne ein sehr großes Potenzial und kann sehr viele Vorteile bieten. Neben den offensichtlichen Vorzügen bieten sie zusätzlich ungeahnte Möglichkeiten der Bildverbesserung in der Farbdarstellung und Kontrastnutzung, die bisher noch gar nicht umgesetzt wurden. Zum Beispiel wäre es möglich, eine Farbkalibrierung ausschließlich über die getrennte Steuerung der LEDs vorzunehmen, und nicht über die LCD / DLP Panels, usw…

Vor allem die DLP-Projektion profitiert von der LED-Beleuchtung, da ihr Problem des Regenbogeneffektes, den immer weniger bereit sind zu akzeptieren, durch die schnellen Umschaltzeiten komplett beseitigt werden kann. Auch Farbnuancierungen werden verbessert, etc. etc.

LCD Projektoren werden vor allem kompakter, robuster und staubsicherer, wenn man sie mit LED als Lichtquelle verheiratet. Beide Technologien werden sich im Dynamikumfang erheblich verbessern, wenn entsprechende Puls-Algorithmen entwickelt werden.

Doch zunächst gilt es, das große Manko des Lichtdefizits zu beseitigen, denn LED-Projektoren sind für viele Anwendungen einfach noch zu dunkel, was ihren Siegeszug derzeit verhindert. Allerdings tut sich hier viel, allein in den letzten 3 Jahren hat sich die Lichtleistung bereits verdoppelt und wenn es in diesem Tempo weiter geht, dauert es nicht mehr lange. Als erstes wird sich LED in Bereichen etablieren, in denen eine sehr hohe Lichtausbeute nicht vorrangig ist. Vor allem im Heimkino- und Fotobereich bietet sich ein ungeahntes Potenzial, das mittelfristig zum Erfolg der Technologie führen wird. Nur ein paar hundert Lumen mehr sind dafür noch notwendig.

6.3 Laser

Sehr spannend und schwer zu prognostizieren ist die Lasertechnologie, denn sie hat zweifelsohne das größte Potenzial.

Schon die derzeitigen Laser-Projektoren zeigen in beeindruckender Weise, wozu Laser-Lichtquellen in der Lage sind: Sehr helle Bilde mit hoher Langzeitstabilität und hervorragender Lebensdauer zu erzeugen. Dies ist umso verblüffender, wenn man bedenkt, dass die aktuellen Laser-Beamer allesamt noch mit der „Behelfslösung“ des Phosphors agieren.

Diese Phosphor-Hybridlösung ist schließlich auch für alle Nachteile (siehe oben) noch verantwortlich. Trotzdem zeigt sich zunehmend: Für nahezu alle Anwendungen, in denen perfekte Farben nicht zwingend erforderlich sind, erregen die Laser / Phosphor Projektoren eine große Aufmerksamkeit, denn ihre praktischen Vorteile überwiegen deutlich gegenüber UHP-Projektoren. So ist es nur eine Frage der Zeit, bis sie sich immer weiter verbreiten und diverse Segmente, von portabel über Konferenz bis hin zu Digital Signage übernehmen werden.

Wirklich spannend wird es aber, wenn 3Farb-Laser-Systeme möglich werden, sprich wie bei LED nicht nur blaue Laser, sondern auch rote und grüne zur direkten Erzeugung der Primärfarben verbaut werden. Wird dieser Schritt geschafft, so steht dem Siegeszug der Lasertechnologie nichts mehr im Wege, vereint sie dann schließlich alle Vorteile: Langlebigkeit, hohe Lichtausbeute, Energieeffizienz, erweiterte Farbräume, hohe Lichtstabilität, schnelle Ansprechzeiten, dynamische Leuchtsteuerung etc. etc. etc… Doch bis dahin sind noch viele technische Hürden zu nehmen, so dass wir noch Jahre entfernt sind. Auch das Problem, dass Laser durch die Möglichkeit der Bündelung gefährlich zweckentfremdet werden können, muss gelöst werden.

7. Fazit

Der Kampf der Lichtquellen hat begonnen: Nach Jahren einer nahezu monopolistischen Vormachtstellung der UHP-Lampe bahnt sich mittelfristig eine Ablösung an. Zu gering sind die Vorteile, zu vielfältig die Nachteile der herkömmlichen Gaslampe. Die auf Dioden basierenden Alternativen punkten schon jetzt mit zahlreichen Argumenten, aber sie sind noch nicht in allen Bereichen ausgereift genug, um sich schnell durchsetzen zu können. So bietet die LED noch nicht genügend Lichtreserven und Laser noch nicht das notwendige Farbpotenzial.

Welche Technologie letztendlich das Rennen machen wird, ist noch nicht abzusehen, denn es ist schwer zu prognostizieren, welche von ihnen in den kommenden Jahren die größten Sprünge machen wird. Sicher ist, dass die UHP-Lampe uns noch einige Jahre erhalten bleibt, bevor sie letztendlich durch modernere Leuchtmittel komplett ersetzt wird.

Wir hoffen, dass Sie durch dieses ausführliche Special einen differnzierten und objektiven Überblick über den aktuellen Stand der Technik und einen Einblick in das große Potenzial moderner Lichtquellen gewinnen konnten. Vielleicht kristallisiert sich aufgrund neu gewonnener Erkenntnisse ja bereits Ihr persönlicher Favorit der Zukunft heraus?

Doch egal wie das Rennen der Lichtquellen auch ausgehen mag, die Digitalprojektion ist schon jetzt der Gewinner: Sie wird noch langlebiger, noch kosteneffektiver, noch umweltfreundlicher, noch kompakter und in der Bildqualität noch farbenprächtiger noch kontraststärker und noch artefaktärmer. Was will man mehr?

18.03.2014
Ekki Schmitt
Cine4Home

Cine4home.de Beamer und Heimkino Testmagazin Community Giga Special: Projektoren-Lichtquellen der Zukunft!

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