In letzter Zeit machen D-ILA bzw. LCOS Projektoren immer mehr von sich Rede. Hohe Füllrate, natürliche Farben und Auflösungen, weit über der anderer Technologien (bis über HDTV) hinaus, zeichnen diese Technik bekanntermaßen aus.
Doch während die Funktionsweisen von DLP bzw. LCD Projektoren meist hinlänglich bekannt sind, so ist die LCOS Technologie aufgrund ihrer Komplexität für viele noch Neuland.
Cine4Pro möchte mit diesem Know-How Text einen Einblick in die dritte Art der Projektionstechnik geben, und die Vor- bzw. Nachteile detailliert erläutern.

1. LCD, DLP und D-ILA (LCOS)

1.1 LCD

Eine grobe Vorstellung von der Funktionsweise von LCD Projektoren hat jeder: Kleine LCD Panels werden wie Dias durchleuchtet. Für jede Grundfarbe steht eines solcher elektronischen Dias zur Verfügung, auf der Leinwand entsteht das fertige Bild.

1.2 DLP

Bei der DLP Technologie werden keine Displays durchleuchtet. Ein DLP Chip besteht aus vielen kleinen Spiegeln (Pixeln), die elektronisch weggekippt werden können. So wird das Videobild vom Chip reflektiert anstatt durchleuchtet.

Bezahlbare Projektoren benutzen nur ein einzigen DMD-Chip und erzeugen die Farbdarstellung sequentiell, d.h. nacheinander.

1.3 LCOS (D-ILA)

Wie sieht es jetzt bei der LCOS Technologie aus? Grob kann man diese Technologie als Mischung aus LCD und DLP Technik bezeichnen: Wie bei der LCD-Technologie sorgen auch hier kleine Flüssigkeits-Kristalle für die Bilderzeugung, doch werden sie nicht durchleuchtet, sondern reflektieren das Licht ähnlich wie bei der DLP Technik.

Diese Spezialchip-Technologie heißt "Liquid Crystal on Silicon" oder kurz "LCOS". Im folgenden erklären wir den Aufbau eines LCOS Projektors im Detail:

2. Aufbau eines LCOS Projektors

2.1 Der optische Weg

In einem LCOS Projektor arbeiten, wie bei der LCD Technologie, drei Chips parallel: Für jede Grundfarbe steht ein eigener LCOS-Chip zur Verfügung. Auf dem Lichtweg bis hin zur Leinwand wird das Bild zunächst durch halbdurchlässige Spezialgläser in seine drei Grundfarben aufgeteilt, dann von den LCOS-Chips "bearbeitet" und am Schluss wieder durch ein Prisma zu einem Bild zusammengefügt.

Wie schon erläutert liegt der Hauptunterschied in der reflektiven Arbeitsweise. Da es sich hier aber um Flüssigkeitskristalle handelt und nicht um Spiegel, ist die Funktionsweise eine etwas andere.

2.2 Aufbau eines LCOS Chips

Der grobe Aufbau eines LCOS Chips besteht aus drei Schichten. Die oberste Schicht besteht aus Glas, das mit einer transparenten Elektrode ausgestattet ist.

Die mittlere Schicht beinhaltet die Flüssigkeits-Kristalle mit einer vertikal ausgerichteten Anordnung (ca. 3 Mikrometer dick).

Die unterste Schicht ist wiederum eine Elektroden-Schicht (für jeden Pixel zur Ansteuerung getrennt), diesmal aber nicht durchsichtig, sondern reflektiv (Reflektionsumfang ca. 91%), wie ein Spiegel. Der Vorteil dieses Aufbaus ist, dass die gesamten Ansteuerungs-(Adress-) Leiterbahnen hinter dem Spiegel verlaufen, so dass sie sich nicht, wie bei der LCD-Technik, im Lichtweg befinden. Dazwischen ist eine spezielle Isolationsschicht, die Hitze und Lichteinwirkung auf die Adressbahnen verhindert.

Foto eines LCOS-Chips

Durch diesen Aufbau können die einzelnen Pixel wesentlich näher zusammenrücken als bei der LCD Technologie, wo die Adressleiterbahnen mit durchleuchtet werden, die Füllrate steigt. Schon bei den ersten D-ILA Projektoren beträgt eine Pixelgröße nur 13,5 µm², der Abstand zwischen ihnen nur 0,5 µm.

LCOS Abmessungen verwendet z.B. in den Modellen G10/G11/G15

Unter dem Mikroskop sind die winzigen Spiegel und ihre geringen Abstände zueinander gut zu erkennen:

Foto eines LCOS-"Spiegels"

2.3 Funktionsweise des LCOS Chips

Vor jedem LCOS Chip befindet sich ein sogenannter "Polarization Beam Splitter", kurz PBS. Er muss als eine Art Spezialspiegel angesehen werden, der das eingehende Licht der Lampe in bestimmter Weise polarisiert (S-Polarisation) und auf den Chip lenkt.

Dieses eingehende polarisierte Licht wird nun von dem LCOS Device in jedem Bildpunkt bearbeitet: Ein "inaktiver" Pixel lässt das polarisierte Licht unverändert hindurch, es wird von der Spiegelschicht reflektiert und gelangt, so wie es gekommen ist, wieder auf den PBS-Lichtteiler. Dieser wiederum reflektiert das unbehandelte Licht, zurück in die Projektionslampe, es gelangt kein Licht an die Leinwand:

Inaktiv: "Schwarz"

Anders sieht es bei einem "aktiven" Pixel aus: Hier wird das eingehende S-polarisierte Licht "gedreht" und in den sogenannten P-Polarisationsstatus gebracht. Nach der Reflektion von der Spiegelschicht gelangt das anders polarisierte Licht in den PBS-Lichtteiler, wo es aber nicht in die Lampe zurückgelenkt wird, sondern geradewegs hindurch gelangt in den weiteren Lichtweg bis hin zur Leinwand.

Aktiv: "Hell"

Zwischen diesen beiden "Maximalstellungen" gibt es stufenlos viele Zwischenpositionen, die von der Spannung zwischen den Elektroden bestimmt werden. Je nach Position gelangt mehr oder weniger Licht durch die Polarisationsteiler, so entstehen die verschiedenen Helligkeiten.

Wenn man diesen Aufbau besonders genau beobachtet, wird man erkennen, dass das Licht zweimal die Flüssigkristallschicht passieren muss, einmal vor der Reflektion an der Spiegelschicht und einmal danach. Dieser Umstand ermöglicht eine schnellere Ansprechzeit des Displays, da sie das Licht gleich zweimal "bearbeiten" können. Die Ansprechzeit von Maximalhelligkeit -> Schwarz -> Maximalhelligkeit beträgt bei D-ILA Projektoren 16,7ms und weniger (je nach Modell). Dadurch werden störende "Nachzieheffekte" auch bei höheren Frequenzen umgangen.

Schnelle Umschaltzeit des Displays im Diagramm

3. Lichtweg in der Praxis

Betrachten wir noch einmal den optischen Aufbau eines LCOS Projektors (vereinfacht):

3.1 Aufspaltung

Das Licht, das von der Lampe (Xenon bzw. NSH) ausgestrahlt wird, gelangt nach dem Passieren mehrerer Optiken auf Halbdurchlässige Spiegel, die das Licht in Blau und Gelb (Grün + Rot) aufspalten. Das blaue Licht gelangt in den optischen "Polarization Beam Splitter" (PBS) für Blau. Das gelbe Licht wird durch einen weiteren halbdurchlässigen Spiegel in die zwei weiteren Grundfarben Rot bzw. Grün aufgeteilt, und, jede für sich, auf ein eigenes LCOS Panel weitergeleitet.

Lichtweg im Projektor

In einem G10 sieht das Ganze so aus:

Das Licht der Lampe (oben links im Bild die Kammer), gelangt nach passieren diverser Intregator-Linsen über einen Spiegel (oben rechts) in den optisch Block. Dort wird es durch einen halbdurchlässigen Spiegeln in Blau und Gelb aufgeteilt (rechts).

3.2 "Polarization Beam Splitter"

Die sogenannten "Polarization Beam Splitter" sehen aus wie Glaswürfel. In sie ist der spezielle Polarisationsabhängige Spiegel eingelassen.

Ein "PBS"

Jedes der drei LCOS Panels hat einen eigenen PBS "vorgeschaltet". Wie unter 2.3 beschrieben, gehört er fest zur Funktionsweise der Technologie und hat dementsprechend großen Einfluss auf die Qualität der Projektion. Je hochwertiger die Polarisations-Reflektionseigenschaften des PBS, desto höher der erzielbare Kontrast.

Alle drei Polarisationsteiler eines D-ILA Projektors

Direkt hinter dem PBS sind die eigentlichen LCOS Einheiten platziert, die wie oben beschrieben das Licht in seiner Polarisation beeinflussen und somit bestimmen, ob das Licht durch den PBS zurück in die Lampe oder auf die Leinwand gelangt.

Sie haben im Lichtblock ihren festen Platz neben den entsprechenden PBS-Blöcken:

Die PBS im Projektor integriert

3.3 Das LCOS-Herz mit anschließendem Lichtaustritt

LCOS Chips gibt es mittlerweile in diversen Auflösungen und Größen. Aktuell sind für den Privatgebrauch 1400 x 1050 Pixel, weitaus mehr als nahezu alle Konkurrenten anderer Technologien.

LCOS Devices im Überblick

Die verschiedenen Abmessungen und Auflösungen

Doch abgesehen von der Auflösung und der "Pixel"-Größe unterscheiden sich die Systeme nicht. Die LCOS Devices sind fest neben den PBS platziert.

Die drei Projektionsbilder der einzelnen Grundfarben werden durch ein Prisma wieder zusammenkombiniert und durch die Optik auf die Reise zur Leinwand geschickt.

Lichtaustritt (vor der Optik) eines D-ILA G 1X Modells

Auf der Leinwand erhalten wir ein D-ILA typisches Bild mit speziellen Eigenschaften:

4. Bild-Eigenschaften

4.1 Füllrate

Durch das "Verstecken" der Leiterbahnen hinter dem Lichtweg können die Kristall-Pixel näher aneinander rücken als bei der DLP bzw. LCD Technologie. Dadurch verringert sich der störende "Fliegengitter"-Effekt und höhere Auflösungen auf gleichem Raum sind möglich.

4.2 Farben

LCOS Projektoren sind durch den getrennten RGB Aufbau im Lichtweg zu einem sehr großen Farbumfang und natürlicher Farbdarstellung in der Lage. Viele D-ILA Fans stellen gerade die natürliche Filmcharakteristik, die ein D-ILA Projektor vermittelt, als Vorteil heraus.

4.3 Kontrast

Die derzeitigen Kontrastangaben der D-ILA Projektoren liegen eher im Durchschnittsfeld. Bisherige Projektoren zeigen ein Kontrastverhältnis um 800:1. Hier liegt aber nicht die Limitation der D-ILA Panels selber. Wie bereits erwähnt spielen auch die Polarisation Beam Splitter in Sachen Kontrast eine große Rolle. Durch intensive Optimierung ist schon der erste erschienene D-ILA Projektor, G10, auf Kontrastwerte von 1200:1 zu bringen.
High-End Varianten wie der kommende HD-2K sollen bereits "out of the Box" eine Kontrastverhältnis von 2200:1 aufweisen können.

4.4 Shading

Ältere D-ILA Projektoren zeigten noch deutlich die Schwäche des "Shadings" ( Farbwolken in Graustufen). Doch ab den neueren Modellen (SX21) ist das Shading soweit unter Kontrolle gebracht, dass LCOS-Projektoren praktisch kein Shadingverhalten mehr zeigen, fast so gut wie bei einem DLP Projektor.

4.5 Gammaverteilung / Homogenität

Die genauen Ansteuerungsmöglichkeiten der LCOS Elektroden, ohne Störeinflüsse durch Licht und Wärme, ermöglichen eine Präzision auch in dunkleren Bildbereichen. Bei allen D-ILA Modellen lässt sich eine perfekte Gammaverteilung von 2.2 erreichen.

4.6 Bildrauschen / False Contour

Ein Grundlegender Vorteil gegenüber der DLP Technologie ist die analoge Helligkeitserzeugung. Dadurch ist das störende Bildrauschen der DLP-Projektion in dunklen Helligkeiten bei LCOS Projektoren nicht existent. Wenn hier etwas rauscht im Bild, dann nur der Film von sich aus oder die Siqnalquelle. Auch der aus der sequentiellen Farberzeugung folgernde False-Contour Effekt bleibt bei der LCOS Technologie vollkommen aus.

5. Bekannte D-ILA Projektoren im Überblick

5.1 DLA G10 / G11 / G15

Die G-Reihe bezeichnet die D-ILA Projektoren "erster" Stunde. Ausschließlich für den professionellen Einsatz konzipiert, zeigen diese Modelle noch eine beachtliche äußere Größe und vor allem Lautstärke.

Technisch waren sie bei Erscheinen (1998) aber bereits ihrer Zeit weit voraus: Mit einer Auflösung von 1360x1024 Pixeln kann selbst heutzutage kaum ein Projektor mithalten. Werksseitig haben diese ersten Modelle ein Kontrastverhalten von ca. 400:1, doch engagierte Kinofans "tunen" die Geräte auf bis zu 1300:1. Für alle diejenigen, die ein wenig Arbeit nicht scheuen, ist die G-Reihe daher nahezu ein Geheimtipp, um auch für heutige Maßstäbe ein Kino-Referenz-Gerät zu erzielen, ohne allzu viel Geld investieren zu müssen.

5.2 DLA QX1

Der berühmteste weil bisher leistungsstärkste D-ILA Projektor ist wohl das QX-1 Modell.
Mit einer sagenhaften Auflösung von 2048 x 1536 Pixeln übertrifft er bereits jetzt den HDTV Standard um Längen. Aufgrund seiner enormen Abmessungen und des hohen Preises wird der QX-1 fast ausschließlich in der professionellen Nachbearbeitung oder für digitale Kino-Projektionen verwendet.

Es soll aber auch einige Leute, bevorzugt in den USA, geben, die einen solchen Projektor auch als Kinoprojektor nutzen.

5.3 DLA SX-21

Zu einer der neuesten D-ILA Generation gehört der SX-21. Er bietet gegenüber der G-Serie eine leicht erhöhte Auflösung (1400 x 1050) und weniger Shading-Probleme.

Die teure Xenon-Lichtquelle ist einer günstigeren UHP Lampe gewichen. Obwohl es sich bei dem SX-21 eigentlich um einen Präsentationsprojektor handelt, kann man ihn auch gut auf Kino-Anforderungen "trimmen". Bei Cine4Pro finden Sie einen ausführlichen Test und einen Tuning-Bericht.

5.4 DLA-HX1

Mittlerweile hat JVC den Anwendungsmarkt privater Kinos erkannt und vor kurzem das neueste Modell, HX-1, veröffentlicht.

Äußerlich bis auf die Farbe nahezu gleich zum SX-21, bietet er eine native 16:9 Auflösung von 1400x788 Pixeln. Ferner soll der Lichtweg besser auf Kino optimiert sein als beim SX-21. Wir hoffen, in Kürze einen ausführlichen Test zu diesem Gerät veröffentlichen zu können.

5.5 DLA HD-2K

Für Furore sorgt das neueste High-End Gerät aus der D-ILA Sparte, der HD2K. Hierbei handelt es sich um einen Full-HDTV tauglichen Projektor mit nativer 1980x1080 Auflösung.
Das Kontrastverhältnis soll über 2000:1 betragen. Wir waren bei der Weltpremiere dabei und hoffen auch hier nach Erscheinen (Mitte des Jahres) einen Test anbieten zu können.

6. Ausblick

Die LCOS Technologie erscheint noch lange nicht ausgereizt. Schon jetzt ist es den Ingenieuren gelungen, die vierfache HDTV-Auflösung in einem Projektor zu vereinen. Drei 1,7 Zoll LCOS Devices sorgen für eine native Auflösung von 3840 x 2048 Pixel.

"QHDTV" Prototyp

Derartige Auflösungen sind für Kino-Anwendungen fast schon überproportioniert. Dennoch: In Zukunft wird die D-ILA Technologie in der Lage sein, 35m Zelluloid Film verlustfrei darstellen zu können.

7. Fazit

Seit Erscheinen war die D-ILA Technologie den anderen Projektionstechniken in vielen Belangen weit voraus. Leider blieb diese außergewöhnliche Technik bisher nur professionellen Anwendern vorbehalten. Doch in diesem Jahr ist ein deutlicher Schub in Richtung Kino-Projektion zu erwarten und das ein oder andere LCOS Gerät wird überraschen. Hoffentlich auch im Preis, den LCOS Projektoren gehören nach wie vor mit zu der teuersten Preiskategorie, die für viele unerschwinglich bleibt.
Ambitionierte Kino-Freaks können allerdings durch Fleiß und technisches Know How schon jetzt mit günstigen Gebrauchtgeräten an die hervorragende D-ILA Technologie gelangen. Bei entsprechendem Interesse wird Cine4Pro Know How Texte zum "tunen" der G-Serie veröffentlichen. Schreiben Sie uns bei Bedarf einfach eine E-Mail an info@Cine4Pro.de .

Ekkehart Schmitt