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HeimkinoHintergrund 738

DLP meets LCD: Wie funktionieren Beamer?

DLP und LCD. Beamer-Technologien. Sie sind einfach zu verstehen, aber schwierig zu erklären. Für manche jedenfalls. Hier wirst du garantiert klüger, denn ich habe zwei Beamer aufgeschraubt, um dir die Zusammenhänge besser zeigen zu können.

Ich verrate dir ein kleines Geheimnis: Die Branche legt uns Tech-Journalisten ständig Begriffsperlen wie «Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation» in den Weg. Sie sind bestimmt erfunden worden, um Menschen und jene, die so ein Gedöns zu erklären versuchen, zu ärgern – aus Freude am Spass.

Weil solche Begriffe eigentlich nichts erklären, sondern nur verwirren, konzentriere ich mich hier auf das Wesentliche. Auf den nächsten Zeilen sollst du erfahren, wie DLP und LCD, die zwei grundsätzlichen Projektions-Technologien, funktionieren. Was sie unterscheidet. Das alles in möglichst einfachen Worten. Ohne Technik-Hokuspokus.

Auf geht's.

Der DLP-Beamer

Beamer auseinanderzuschrauben ist so ein One-Way-Ding. Keine Ahnung, ob man den wieder voll funktionstüchtig zusammenkriegt.

Die Beamer-Branche wird von zwei Technologien beherrscht: DLP und LCD. Die DLP-Technologie dreht sich um Farbrad und DMD-Chip. Das bedeutet, dass ein Lichtstrahl durch ein Farbrad geht, wo er eingefärbt wird. Dann trifft der Lichtstrahl auf einen Chip, der das Bild erzeugt. Vom Chip aus geht das Licht durch die Projektionslinse weiter zur Leinwand.

Das Licht geht durchs Farbrat auf den Chip, von wo es durch eine Projektionslinse auf die Wand trifft
Grafik: Sven Mathis

Die Abkürzung DLP steht für «Digital Light Processing», DMD hingegen für «Digital Mirror Device». Das Wort «Mirror», also Spiegel, nimmt eine tragende Rolle ein. Aber zuerst erkläre ich dir, wie beim DLP-Beamer Farbe entsteht.

Das Farbrad

Das Farbrad ist im Grunde eine farbige Scheibe, die sich im Beamer um ihre eigene Achse dreht und für die farbigen Bilder sorgt.

So sieht ein Farbrad im DLP-Beamer aus.

Dieses Farbrad ist transparent. Wie bei einem Kuchendiagramm werden darauf Farben angeordnet. Ein einfaches Farbrad besässe die drei Grundfarben Rot, Grün und Blau. In moderneren Beamern kommen oft noch Cyan, Magenta und Gelb hinzu. Einfach gesagt: Je mehr Farben auf dem Farbrad sind, desto grösser der Farbraum, den der DLP-Beamer darstellen kann. Der Beamer nutzt diese Grundfarben, um die Farben abzumischen, die du auf der Leinwand siehst.

Abmischen? Jetzt brauchst du ein bisschen räumliches Vorstellungsvermögen.

Aus der Lampe kommt ein Lichtstrahl. Das Farbrad wird so in den Lichtstrahl gestellt, dass das Licht eingefärbt wird, bevor es auf den Chip trifft. Der Lichtstrahl, der durch das Farbrad geht, ist aber so schmal, dass er nur durch eine Farbe aufs mal strahlt. Damit das Licht durch alle Farben strahlen kann, muss sich das Farbrad also drehen.

Auf dem unteren Bild siehst du das gut. Durch das kleine, runde Loch siehst du dasselbe Farbrad wie oben – nur, dass es sich jetzt in seinem Gehäuse befindet. Während durch das Loch Licht hereinkommt, dreht sich das Farbrad um seine eigene Achse. Das hat zur Folge, dass die Grundfarben auf der Leinwand nur nacheinander dargestellt werden: Zuerst das Bild in Rot, dann in Grün, dann Blau, Cyan… und so weiter.

Durch dieses kleine Loch strahlt ein schmaler Lichtstrahl. Auf der anderen Seite trifft es auf das Farbrad. Es wird nur eine Farbe aufs mal getroffen.

Das Farbrad rotiert so schnell, dass du die Farbbilder nicht mehr voneinander trennen kannst. Wenn du auf die Leinwand blickst, vermischen sich die einzelnen Farbbilder zu einem einzigen, farbigen Bild.

Illustration, wie verschiedene Farbbilder sich zu einem einzigen, farbigen Bild vermischen.
Grafik: Dominik Bärlocher

Der Chip sorgt für das Bild

Du weisst jetzt, wie die Farben auf die Leinwand kommen. Was du noch nicht weisst, ist, wie das Bild selbst entsteht. Hier kommt der DMD-Chip ins Spiel. Also das Ding mit den Spiegeln.

Der DMD-Chip ist das ca. 1 × 1,5 cm grosse, silberne Plättchen zwischen Daumen und Zeigefinger.
Quelle: ShopJimmy.com

Der DMD-Chip ist etwa 1 × 1.5 cm gross und besteht aus bis zu 2.2 Millionen winzig kleiner Spiegel. Jeder Spiegel ist einfach gesagt ein Pixel auf der Leinwand. Digitale Impulse sorgen dafür, dass jeder einzelne Spiegel so ausgerichtet wird, dass das farbige Licht zur Projektionslinse reflektiert wird.

Zum Beispiel: Wenn das Pixel auf der Leinwand hell strahlen soll, dann wird das Licht via Linse einfach zur Leinwand geleitet. Soll es hingegen dunkel bleiben, würde der Spiegel das Licht weg von der Projektionslinse leiten, und zwar so, dass der Lichtstrahl den Beamer gar nie verlässt.

Natürlich können die Spiegel nicht nur hell oder dunkel. Um Helligkeitsstufen zu erzeugen, ändern sie ihre Ausrichtung so, dass nur ein Teil des Lichts auf die Projektionslinse trifft. Darüber hinaus kann jeder einzelne der 2.2 Millionen Spiegel auf dem DMD Chip seine Ausrichtung bis zu fünftausend mal pro Sekunde ändern.

Starke vergrösserung eines DMD Chips. Zwei Mikro-Spiegel ändern ihre Ausrichtung innert Sekundenbruchteilen

Zusammenfassend: Jeder perfekt eingefärbte Frame auf der Leinwand besteht aus einfarbigen Bildern, die innerhalb eines Sekundenbruchteils abgespielt werden. So schnell, dass dein Auge die einfarbigen Bilder zu einem einzigen farbigen Bild mischt. Als ob das nicht beeindruckend genug wäre, ändert sich dieses Bild vierundzwanzig mal pro Sekunde. Nur so werden die farbigen Bilder zu einem bewegten Film.

Vor- und Nachteile des DLP-Beamers

Bei DLP-Beamern kommt es auf das Zusammenspiel zwischen Farbrad und DMD-Chip an. In der Regel strahlen sie hell und zeichnen sich gleichzeitig durch gute Schwarzwerte aus. Denn Pixel, die dunkel bleiben sollen, werden gar nicht angestrahlt. Das bedeutet gute Kontraste, und gute Kontraste sorgen für ein grösseres Farbspektrum.

Ein oft genannter Nachteil von DLP-Beamern ist der Regenbogen-Effekt. Das bedeutet, dass es deinem Auge gelingt, die einzelnen Farbbilder auseinander zu halten, statt sie zu einem Bild zusammenzufügen. Für dich sähe das so aus, als ob ständig ein Regenbogen von oben nach unten über das Bild flimmern würde. Das kann bei sehr schnellen Szenen vorkommen. Um dem entgegenzuwirken, setzen Hersteller Farbräder ein, auf denen jede Farbe doppelt vorkommt.

Die Farben kommen hier doppelt vor.

Das machen die Beamer-Hersteller, um die Frequenz, in der sich die Farben auf der Leinwand abwechseln, zu erhöhen. Für dein Auge ist das so, als ob sich die Bildrate verdoppelt hätte. Je grösser die Bildrate, desto flüssiger die Bewegungen, und desto geringer das Risiko von Regenbogen-Effekten.

Der LCD-Beamer

So sieht ein LCD-Beamer ohne Abdeckung aus. Sinnbildlich: Die drei orangen Leiter, die zu den LCD-Panels führen.

Die zweite Projektions-Technologie kommt bei LCD-Beamern vor. Im Grundgedanken funktionieren sie ähnlich wie LCD-Fernseher. Soll heissen: In beiden Fällen trifft Licht von hinten auf LCD-Panels, die das Bild erzeugen.

Der Lichtweg im LCD-Beamer

Im herkömmlichen LCD-Beamer befinden sich die drei LCD-Panels. Sie erzeugen das Bild, das später auf die Leinwand projiziert wird. Jedes LCD-Panel erzeugt das Bild für eine der drei Grundfarben: Rot, Grün und Blau. Deshalb muss blaues Licht zum blauen LCD, grünes Licht zum grünen LCD und rotes Licht zum roten LCD geleitet werden.

Das blaue Licht geht durch dieses LCD-Panel und erzeugt das blaue Bild.

Alle drei Lichtstrahlen, also Rot, Grün und Blau, treffen in der Mitte auf ein Prisma. Das Prisma setzt die drei Lichtstrahlen mit den Bildern wieder zu einem farbigen Bild zusammen und leitet das fertige Bild zur Projektionslinse. Und von da an geht’s auf die Leinwand.

Hier schaust du direkt aufs Prisma, das zwischen den drei LCDs – die drei silbernen Kästchen – steckt und die Lichtstrahlen wieder zusammenfügt.

Das Problem: Das Licht aus der Lampe ist zunächst noch weiss. Damit die richtige Farbe zum entsprechenden LCD gelangt, muss Licht in seine Spektralanteile aufgeteilt werden. Dafür muss es durch dichroitische Spiegel gehen; ein Teil des Lichts strahlt durch den Spiegel hindurch, während die Farbe, die vom Lichtstrahl abgespalten werden soll, reflektiert wird.

Dichroitische Spiegel – die schrägen, türkisfarbenen Balken – filtern zunächst Blau, dann Rot aus dem Lichtstrahl. Beim Prisma – das türkisfarbene Kreuz – treffen die Strahlen wieder aufeinander.

LCD-Panels: wie eine sich ständig verändernde Diashow

Die LCD-Panels selbst bestehen aus bis zu zwei Millionen Pixel. Das Licht strahlt durch jedes einzelne Pixel hindurch, und auf der anderen Seite entsteht ein Bild. Im Prinzip wie bei einem Hellraum-Projektor.

Ein besserer Blick auf die LCD-Panels. Sie sind ungefähr münzgross und haben bis zu zwei Millionen Bildpunkte drauf.

Eine Filmsekunde besteht in der Regel aus 24 Frames. Die Panels müssen jedes einzelne Frame selber erzeugen und verändern. Dafür sind die Leiterbahnen da.

Die Leiterbahnen befinden sich zwischen den Pixeln. Ihre Aufgabe besteht darin, Energie zu jedem Pixel zu leiten. Vereinfacht gesagt teilen sie dem Pixel mit, ob es Licht durchlassen darf oder nicht. Wenn Licht durchkommen darf, dann sagen sie auch, wie viel. Je mehr Licht durchkommt, desto heller das Pixel. Kein Licht bedeutet Schwarz.

So sieht das grüne LCD-Panel aus, nachdem Photographer Thomas Kunz und ich mit einer Handy-Taschenlampe durch das Panel durchgeleuchtet haben.

Grünes LCD-Panel von vorne.

Durch die Änderung des Fokus und des Aufnahmewinkels werden die Räume zwischen den Pixeln sichtbar. Hier befinden sich die Leiterbahnen:

Zusammenfassend heisst das: Die LCD-Panels generieren das Bild. Dann kommt pro LCD das Licht in der entsprechenden Farbe dazu. Das Prisma in der Mitte setzt alles zusammen.

Im Vergleich zum DLP-Beamer, der jedes Farbbild nacheinander auf die Leinwand projiziert, wird beim LCD-Beamer das Bild, und das ist der grösste Unterschied in der Funktionsweise, bereits im Prisma vollständig zusammengesetzt, ehe es auf die Leinwand trifft.

Vor- und Nachteile des LCD-Beamers

Gerade, weil das Bild bereits im Beamer vollständig zusammengesetzt wird und sich nicht erst in deinem Auge vervollständigt (wie beim DLP-Beamer), brauchst du dir beim LCD-Beamer keine Sorgen um den Regenbogeneffekt zu machen.

Ausserdem differenziert der LCD-Projektor feiner zwischen den Helligkeitsstufen; die Panels arbeiten viel genauer als umgeleitete Lichtstrahlen im DLP-Beamer. Schriften und Ziffern sind daher besonders leserlich, weshalb in Meetingräumen oft LCD-Projektoren stehen.

Dafür gilt die Reaktionszeit bei LCD-Beamern üblicherweise als Schwäche im Vergleich zu den DLP-Projektoren. Das äussert sich darin, dass bei schnellen Bewegungen ein leichtes Nachziehen entsteht. Für dich als Gamer oder begeisterter Sport-Gucker vielleicht nicht so gut.

Ein weiterer Nachteil von LCD ist, dass schwarz nicht komplett schwarz ist. Zur Erinnerung: DLP-Beamer leiten kein Licht zur Linse, wenn ein Pixel schwarz bleiben soll. Kein Licht entspricht dem, was in der Branche «True Black» oder «echtes Schwarz» genannt wird. Die LCD-Panels hingegen sind nicht fähig, Licht bei Pixeln, die schwarz bleiben sollen, komplett zu blockieren. Es dringt stets eine geringe Restmenge an Licht durch abgeschottete Pixel durch. Dadurch entsteht ein Grauschleier.

Illustration des Grauschleiers (rechts)
Quelle: Sony

Dafür liefern LCD-Beamer einen guten Weisswert und knalligere Farben als die DLP-Konkurrenz. Da die mechanische Komponente wie etwa Farbrad, Motor und Lüfter wegfällt, brauchst du dich nicht um zusätzlichen Lärm oder Verschleiss zu sorgen.

DLP oder LCD – was ist besser?

Wo steckt die bessere Technologie drin?

Was ist denn nun besser: DLP oder LCD? Wirklich festlegen möchte ich mich eigentlich nicht. Aber ich hab da meine Faustregeln:

  • DLP-Beamer haben, wegen dem dunklen Schwarz, eine schönere Farbwiedergabe und bessere Reaktionszeiten ohne Nachzieheffekte
  • Das macht sie speziell gut geeignet für dein Heimkino mit schnellen Actionkrachern, Games oder Sportsendungen
  • LCD-Beamer verfügen über differenziertere Grautöne, was Zahlen, Buchstaben und Ziffern besser lesbar macht
  • Das prädestiniert sie fürs Büro oder für Sitzungszimmer, wo oft nicht wirklich abgedunkelt wird und Beamer lichtstark sein müssen

Natürlich gibt's auch LCD-Heimkino-Beamer und umgekehrt. Fragst du Hersteller wie BenQ, LG oder Optoma, dann ist DLP die einzig wahre Beamer-Technologie. Hersteller wie Epson, Sony oder Panasonic würden dem entschieden widersprechen und auf LCD schwören.

Die Zukunft bleibt spannend. Noch spannender wird's, wenn wir zu orakeln versuchen, welche Beleuchtungstechnik – Laser oder LED – die Zukunft der Branche bestimmen wird. Ein gutes Thema für ein anderes mal, wenn du mir dieses Star-Wars-Zitat erlaubst.

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User
Abenteuer in der Natur zu erleben und mit Sport an meine Grenzen zu gehen, bis der eigene Puls zum Beat wird — das ist meine Komfortzone. Zum Ausgleich geniesse ich auch die ruhigen Momente mit einem guten Buch über gefährliche Intrigen und finstere Königsmörder. Manchmal schwärme ich für Filmmusik, minutenlang. Hängt wohl mit meiner ausgeprägten Leidenschaft fürs Kino zusammen. Was ich immer schon sagen wollte: «Ich bin Groot.»

7 Kommentare

3000 / 3000 Zeichen

User _saem_

Super Artikel - Wieder etwas Neues gelernt (thumbs up)

22.06.2018
User Aendu22

Ein Negativpunkt der LCD-Beamer wurde im Artikel leider nicht erwähnt. Die LCD-Panels bleichen mit der Zeit aus, weshalb die Farbbrillianz mit der Zeit nachlässt (circa 2000h). Dies passiert bei DLP-Beamern nicht oder deutlich später.

22.06.2018
User phaupt

Super spannender und lehrreicher Artikel... Merci Luca!
Wie ist das denn eigentlich mit Kino-Projektoren? Was für Technologien verwenden die Profis?

22.06.2018
User traumwanderin

Danke für die Wissens-Auffrischung. Deine Theorie war sogar einfacher zu verstehen als das was man mir damals ins Hirn geprügelt hat :) (Y)

22.06.2018
User TobiBatt

Dafür bleichen die LCDs mit der Zeit aus und das Bild wird nach einigen 100 bis 1000 Stunden Nutzungsdauer sehr blass und kontrastarm. Zu beobachten in vielen Klassenzimmer.

27.06.2018
User felixhofer

Leider nicht alles korrekt, Z. B.
- Bei der 1. Gen. TI DMD-Chips sind es gut 4 Mio Pixel, mit 1fach-Shift dann 8.3 Mio oder so (UHD)
- Können die Spiegel Licht (neuerdings?) teilweise weiterleiten, nicht nur an aus und Helligkeit durch Modulation?
- Liest man nicht von beschränkten DLP-Schwarzwerten?

11.08.2018
User felixhofer

Weiter sind es nicht 24 Bilder, sondern 60 oder u. U. gar 120.
Und in Meetings hat(te) man immer DLP (wegen der Lichtstärke?).
Und LCD-Beamer ohne Lüfter?!?
Weiter galten DLP-Beamer nur beschränkt heimkinotauglich wegen verfälschter Farbwiedergabe.
Und 3LCD-Beamer können Konvergenzprobleme haben.

> Artikel dringend überarbeiten!!

11.08.2018