DLP meets LCD: Wie funktionieren Beamer?

Manchmal scheint es, als ob uns Tech-Journalisten mit Absicht Wörter wie «Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation» in den Weg gelegt werden, um sie dann möglichst ohne Geschwurbel erklären zu dürfen.

Hier soll’s aber nicht um «Laser» gehen, sondern um die bei Beamern üblichen Projektions-Technologien – DLP und LCD – und wie sie funktionieren. Was sie unterscheidet. Das alles in möglichst einfachen Worten.

Der DLP-Beamer

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.

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.

Das Farbrad ist transparent. Darauf werden Farben angeordnet, wie in einem Kuchendiagramm. 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.

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

Und so kannst du es dir in etwa vorstellen:

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 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.

Unter dem Mikroskop: Jeder Spiegel kann individuell gewippt und geneigt werden.

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.

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 sich bewegenden 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.

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

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.

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.

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 wird reflektiert, während die Farbe, die vom Lichtstrahl abgespalten werden soll durch den Spiegel hindurch strahlt.

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 Dia.

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.

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 dann 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 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)

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?

Was ist denn nun besser: DLP oder LCD? Wirklich festlegen möchte ich mich eigentlich nicht. Aber ich hab da meine Faustregel, die übrigens in kein Stein gemeisseltes Gesetz ist:

• DLP-Beamer haben, wegen dem dunklen Schwarz, eine schönere Farbwiedergabe und bessere Reaktionszeiten ohne Nachzieheffekte als LCD-Projektoren.
• Das macht sie in der Regel speziell gut geeignet für dein Heimkino mit schnellen Actionkrachern, Games oder Sportsendungen .
• LCD-Beamer hingegen 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 speziell 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.