Module, die für die Durchführung vorausgesetzt werden

Wesentliche Kenndaten

Die wesentlichen Kenndaten auf einen Blick zusammengefasst:

Leistung
Lichtleistung

Sehr hell; optimiert zumeist bei 1.000 - 1.500 ANSI-Lumen; bis über 3.000 ANSI-Lumen

 
Schwarzwert Relativ hohes Restlicht; daher mehr dunkelgrau als schwarz  
Kontrast Klein bis 600:1  

Auflösung

Bis SXGA (Super eXtended VGA 1280 x 1024)  
Bildqualität

Absolut flimmerfreies, verzerrungsfreies und scharfes Bild;
Farben wirken jedoch häufig "nicht echt"

 
Ausleuchtung Gut bei zumeist über 85 %  
     
Gerät
Größe/Gewicht Eher gering bei 1 - 5 kg  
Lüftergeräusch Häufig laut  
Vorsatzobjektiv Möglich  
Videoeingänge Normal mit YUV, DVI, USB, ...  
     
Einstellungen
Bedienung Sehr einfach; Plug & Play  
Zoom/Focus Grundsätzlich sehr viele Möglichkeiten  
Konvergenz Konvergenzeinstellungen werden vom Hersteller übernommen  
Schrägprojektion Häufig nur Keystone Correction; selten Lens-Shift  
Bildformat real 4:3; real 16:9; real 5:4  
De-Interlacer Sehr häufig integriert  
     
Wirtschaftlich
Projektorkosten

Erschwinglich; bereits ab 1.000 Euro

 
Lampenkosten Zwischen 400 und 1.000 Euro  
Lebensdauer
der Lampe

2.000 Betriebsstunden
 
     

Anhand der wesentlichen Kenndaten lassen sich im Vergleich zu anderen Projektionstechniken folgende Vor- und Nachteile überblicksmäßig zusammenfassen:

Vorteile
  • Keine Konvergenzeinstellung nötig
  • Handhabung einfach; geringes Gewicht sowie geringe Einbautiefe
  • Hohe Lichtleistung durch dichroitische Spiegel, Mikrolinsen und Multilinsenanordnung
  • Vorsatzobjektive möglich; gute Zoom-Möglichkeiten
  • absolut flimmerfreies, verzerrungsfreies, scharfes Bild
Nachteile
  • Aufgrund Infrarotstrahlung der Lampe wird das blaue LC-Panel zunehmend flauer
  • Restlicht bei Schwarz
  • Leuchtstarke Lampen müssen gekühlt werden, daher teilweise laute Lüftungsgeräusche
  • Farben wirken häufig "nicht echt"; Probleme mit Graustufen
  • Geringere Auflösungen, die interpoliert werden müssen, erscheinen deutlich verschwommen
  • Gerasterte Anzeige; grobe Struktur
  • Formatumschaltung teilweise nicht vorhanden, daher Schrägprojektionen oftmals problematisch

 

Anmerkungen

Speziell bei älteren Geräten ist auf die Trägheit der verwendeten Panels zu achten - leichte Nachzieheffekte sind in der Regel aber nur aus ganz geringer Entfernung zum projizierten Bild zu sehen. Auch die Farbwiedergabe ist von Projektor zu Projektor unterschiedlich. Viele LCD-basierte Projektoren sind auf Computerbilder optimiert und besitzen daher eine unnatürliche Farbwiedergabe. Für das Heimkino optimierte Projektoren liefern deutlich bessere Farben. Hauptprobleme bei der LCD-Technik sind generell mögliche Pixelfehler, Shading (Farbverläufe zu den Kanten des Bildes) und vertikale Streifen. Es ist allerdings davon auszugehen, dass mit fortschreitender Entwicklung diese Fehler verschwinden.

Ein weiteres Problem, das die LCD-Technik mit sich bringt, ist der nicht perfekte Schwarzwert. Die Panels lassen immer Restlicht durch und daher erscheint ein schwarzes Bild eher dunkelgrau. Dies ist selbstverständlich bei dunklen Szenen störend.

LCD-basierte Projektoren bieten jedoch einen wesentlichen Vorteil gegenüber der Röhrentechnik: Sie arbeiten grundsätzlich nicht im Zeilensprungverfahren. Bei herkömmlichen interlaced Bildsignalen muss daher das interne Videoboard aus den Halbbildern ein deinterlaced Bild errechnen, das auf die Auflösung der LCD Panels angepasst ist. Somit entfällt der störende Interlace-Effekt.

Technologie

Die allerseits bekannten und sehr einfachen Ausführungen dienen bei Taschenrechnern und Armbanduhren als Displays. Spezielle Modelle eigenen sich allerdings auch zur Projektion von bewegten Bildern. Dazu ist es notwendig eine große Menge an Pixel (sog. "Lichtventile") auf einem Panel zu platzieren. Ein LCD-Panel bildet den Hauptbestandteil eines LCD-Projektors.

Aufbau eines LCD-Panels

 

Schadt-Helfrich-Zelle

Auf einem Panel werden sog. "Schadt-Helfrich-Zellen" (in Folge "SH-Zellen" genannt) in einer Matrix positioniert. Je mehr Zellen auf einem Panel vorhanden sind, desto höher die Auflösung des Projektors und damit die Feinheit des Bildes. Die folgende Grafik zeigt, wie eine solche Zelle aufgebaut ist.

Aufbau einer Schadt-Helfrich-Zelle

Eine SH-Zelle besteht aus zwei Glassubstraten, die auf den Innenseiten mit einer leitfähigen und transparenten Schicht, der Elektrodenschicht (Indium-Zinn-Oxidschicht, ITO), versehen sind. Auf dieser Schicht befindet sich innerhalb eine rippenförmige Orientierungsschicht. Dazwischen befindet sich der Flüssigkristall. An der Orientierungsschicht richten sich die Moleküle des Flüssigkristalls gemäß der vorgegebenen Orientierung aus. Die obere Orientierungsschicht wird um 90° gedreht aufgesetzt. Daraus ergibt sich, dass die Moleküle schraubenförmig angeordnet sind, bei einer um 90° gedrehten Schraube (auch Verdrillwinkel von 90° genannt) spricht man von "twisted nematic" (TN). Bei STN-Displays (Super-Twisted-Nematic) wird der Verdrillwinkel der Moleküle auf 180-270° erhöht. Dadurch kann ein höherer Kontrast als bei herkömmlichen TN-Displays erreicht werden. Die DSTN-Technologie (Double-Super-Twist-Technik) weist 2 solcher STN-Schichten auf und verbessert die Lichtleistung abermals.

Auf den Außenseiten der Glassubstratschichten sind Polarisationsfilter angebracht, die ebenfalls um 90° zueinander gedreht sind und deren Ausrichtung denen der jeweiligen Orientierungsschicht entsprechen. Die Ausrichtung der Moleküle bleibt im spannungslosen Zustand parallel zu den Glassubstratschichten (nematic).

Das einfallende Licht wird also vor dem Eintritt in den Flüssigkeitskristall polarisiert. Durch die Helix der Molekülflächen folgt eine Drehung der Polarisationsrichtung des Lichts. Dies hat zur Folge, dass das Licht den gegenübergesetzten Filter passieren kann und die Zelle hell leuchtet. Im spannungslosen Zustand ist das Display klarerweise durchsichtig, diese Anordnung wird als "Normally-White-Mode" bezeichnet.
Legt man eine elektrische Spannung an die Elektroden, die wie ein Kondensator wirken, an, so richten sich die stäbchenförmigen Moleküle parallel zur Feldrichtung, aber senkrecht zu den Orientierungsebenen beziehungsweise Glassubstratschichten aus. Die Verdrillung ist damit aufgehoben und die Polarisationsrichtung des Lichts wird nicht mehr geändert. Beim Austritt trifft das Licht auf den um 90° gedrehten zweiten Polarisationsfilter und wird durch diesen geblockt. Die Zelle bleibt dunkel.

Im "Normally-Black-Mode" wird diese Funktion umgekehrt. Die Polarisationsfilter werden parallel zueinander ausgerichtet - somit ist die Zelle ohne Spannung dunkel und mit Spannung hell. Dieser Mode wird jedoch aufgrund schlechter Kontrastwerte selten verwendet.

Wie Eingangs erwähnt, entsteht durch Anordnung vieler Zellen in einer Matrix ein Bild. Die Abstände zwischen den Zellen müssen dabei möglichst klein gehalten um nicht mehr wahrgenommen zu werden. Nun besteht natürlich die Gefahr, dass sich die einzelnen Zellen gegenseitig beeinflussen. Um dem zu entgehen verwendet man anstelle der oben angesprochenen Elektroden ein Gitter von transparenten Kondensatoren, welches die Flüssigkristalle umgibt. Für die Steuerung der einzelnen Kondensatoren verwendet man winzig kleine Transistoren, die per Dünnfilmtechnik aufgetragen werden - daher auch die Bezeichnung "Dünnfilmtransistor" (TFT - Thin Film Transistor). Die Anzahl der Zellen ergeben das Bild und je mehr davon vorhanden sind, desto höher die Auflösung und somit die Feinheit des Bildes. Für die XGA-Auflösung beispielsweise sind 1024 x 768 also 786.432 Zellen pro Panel notwendig. All diese finden auf einem Panel mit einer Diagonale von 1,8" (4,5 cm) oder sogar 0,9" (2,3 cm) Platz - beinahe unvorstellbar!

 

1 und 3 Panel Projektoren

Bei älteren Projektoren wurde zumeist auf die 1-Panel-Technologie gesetzt, da diese günstiger zu produzieren waren. Bei einem 1-Panel-Projektor werden die drei Grundfarben durch ein Panel erzeugt. Dies wird dadurch erreicht, dass drei nebeneinanderliegende Zellen zu einem Farbtrio zusammengeschlossen werden. Die erste Zelle ist somit für Rot, die zweite für Grün, die dritte für Blau, die vierte wieder für Rot usw. zuständig. Während die Bildqualität bei 1-Panel-Projektoren jenen mit 3 Panels noch sehr nahe kommt, ist die Auflösung doch sehr häufig geringer, da 3 Zellen für 1 Bildpunkt zuständig sind. Vorsicht ist daher bei den technischen Datenblättern der Hersteller geboten. Viele geben den Gesamtwert der Zellen an - beispielsweise 300.000 Bildpunkte. Auf der Leinwand erscheint jedoch lediglich ein Drittel - also 100.000 Bildpunkte.

3-Panel-Projektoren besitzen für jede Grundfarbe ein Panel. Voraussetzung dafür ist klarerweise die Zerlegung des Projektorlampenlichts in rotes, grünes und blaues Licht. Wie das folgende Bild zeigt, benötigt man darüber hinaus noch teildurchlässige und normale Spiegel sowie Linsen und ein Prisma, welches die drei Lichtstrahlen wieder zusammen auf die Optik führt.

3 Panel LCD-Projektor Technik

Das Licht der Projektorlampe wird auf teildurchlässige - sogenannte "dichroitische" - Spiegel gelenkt. Ein dichroitischer Spiegel besteht aus einer hitzebeständigen Borosilikatglasscheibe, auf die verschiedene Schichten von Oxyden aufgedampft wurde. Er reflektiert dadurch nur einen Teil des Lichtspektrums und lässt den anderen Teil durch. Ein dichroitischer Spiegel ist relativ unempfindlich gegenüber hohen Temperaturen und besitzt eine extrem hohe Farbsättigung. Im Gegensatz zur metallischen Reflexion spiegelt er das Licht sehr verlustarm und ist daher wie geschaffen für die Projektionstechnologie. Sowohl in LCD- als auch in DLP-Projektoren kommen dichroitische Spiegel als Farbteiler zum Einsatz.

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 LC-Panel geleitet. Das gelbe Restlicht hingegen trifft erneut auf einen halbdurchlässigen Spiegel, der rotes Licht passieren lässt und den grünen Lichtanteil in das zweite LC-Panel reflektiert. Das übrige rote Licht wird über zwei weitere Spiegel in das dritte LC-Panel gelenkt. Da das rote Licht einen weiteren Weg zurücklegen muss, kommen hierbei noch drei Linsen ins Spiel. Wie bereits oben beschrieben fungieren die LC Panels nun als "Lichtventile" und lassen nur dort Licht hindurch, wo es auf dem zu projizierenden Bild notwendig ist. Dieser Ablauf wiederholt sich Bild für Bild, bei Standardvideo 50 bzw. 60 mal pro Sekunde. Nachdem die drei Lichtstrahlen die einzelnen LC-Panels passiert haben, werden sie durch ein Prisma wieder zusammengeführt und verlassen den Projektor gemeinsam durch die Optik.

Selbstverständlich muss bei dieser Technik höchste mechanische Genauigkeit angewandt werden. Nur perfekt installierte Spiegel und Panels gewährleisten eine saubere Konvergenz. Eine nicht 100%ig genaue Justierung ergibt beispielsweise Farbsäume, die sich speziell in den Ecken bemerkbar machen. Manche Hersteller "kleben" die LC-Panels direkt an das Prisma um damit mögliche Fehler schon vom Werk her zu minimieren - dies nennt sich übrigens "Panel-on-Prisma-Technologie". Der Anspruch eines ausgezeichnet justierten Bildes ist unter anderem auch ein Grund für die relativ hohen Herstellungskosten von 3-Panel-Projektoren. Um aufwendige Konvergenzeinstellungen wie bei einem Röhrenprojektor muss sich aber der Benutzer zumindest keine Sorgen mehr machen.

 

Mikrolinsenmatrix und Multilinsenanordnung

Oberstes Ziel bei LCD-basierten Projektoren ist es, möglichst viel Licht der Projektorlampe auch tatsächlich zu nutzen. Dazu macht es Sinn möglichst homogen verteiltes Licht auf die Panels zu schicken, damit ein hohes Maß für die Ausleuchtung gewonnen werden kann. Hier kommen "Mulitlinsenanordnungen" zum Tragen, deren Linsensysteme spiegelsymmetrisch angeordnet sind. So wird das Licht gebündelt und auf die exakte Größe des Panels fokussiert. Mit einem Polarisationskonverter wird ein besserer Kontrast erreicht, weil nur polarisiertes Licht durch dringt und das restliche Licht nicht zum Panel gelangen kann. Er besteht aus etwa 45° schräg gestellten hochglänzenden Aluspiegeln. Diese haben die Aufgabe, eine zusätzliche Polarisationsebene zu gewinnen, um mehr Licht zum Panel zu bringen.

Multilinsenanordnung mit Polarisationskonverter

Auf LCD-basierten Projektoren befinden sich auf einer LC-Zelle Ansteuertransistoren, die bei der Projektion klarerweise Verluste bedeuten. Auf dem LC-Panel selbst befinden sich allerdings eine Mikrolinsenmatrix und eine Black Matrix, die diesen Verlust mindern sollen. Sie bündeln das Licht so, dass es exakt auf die einzelnen Zellen trifft. Dabei werden Leiterbahnen vor Hitze und Nachbarzellen vor unerwünschtem Lichteinfall geschützt.

Mikrolinsenmatrix und Black Matrix

Durch die UV-Strahlung der Lampe erscheinen die Panels gelblich - dies ist speziell am Panel für das blaue Licht zu erkennen. Aus dem Grunde wird bei hochwertien LC-Projektoren ein UV-Schutzfilter vor die Panels gesetzt. Dies minimiert den Verschleiß deutlich.

Ergänzende und vertiefende Module