Transmissives LCD in der Projektion

Ein transmissives LCD-Panel ist ein durchleuchtetes Flüssigkristall-Bauteil: Das Licht der Projektionslichtquelle läuft durch die Flüssigkristallschicht hindurch, statt an ihr reflektiert zu werden. Vor und hinter dieser Schicht sitzt je ein Polarisationsfilter, und die Ansteuerungselektronik jedes Bildpunkts liegt neben dem lichtdurchlässigen Teil der Pixelfläche — nicht darunter wie beim reflektiven Panel.

Ausführliche Erklärung

Der Aufbau unterscheidet sich von reflektiven Panels vor allem in der Anordnung der Ansteuerung. Bei einem transmissiven Panel muss die Elektronik jedes Bildpunkts neben der lichtdurchlässigen Fläche Platz finden, weil das Licht selbst durch das Bauteil hindurchtreten muss — anders als beim reflektiven Panel, dessen Ansteuerung hinter der spiegelnden Pixelfläche verschwinden kann, siehe LCoS.

Daraus folgt ein geringerer Füllfaktor: Das Verhältnis aus lichtwirksamer Fläche zu gesamter Pixelfläche fällt niedriger aus, weil Ansteuerleitungen und Schaltungen einen Teil jeder Pixelfläche für das Licht blockieren. In der Fachliteratur wird das für konventionelle transmissive Panels explizit so beschrieben: Die Ansteuerleitungen liegen im Lichtweg, der Füllfaktor lässt sich dadurch nicht auf den erreichbaren Höchstwert bringen, und einfallendes Licht wird an den nicht-transmissiven Elektroden gestreut, statt geordnet hindurchzutreten. Wie sich dieser geringere Füllfaktor als sichtbares Punktraster zeigt und was Bildpunktversatz dagegen ausrichtet, führt der Fliegengittereffekt aus.

Dieser geringere Füllfaktor hat zwei planungsrelevante Folgen.

Wärmeeintrag. Licht, das nicht hindurchtreten kann, verschwindet nicht — es wird von der Ansteuerungselektronik und von den beiden Polarisationsfiltern vor und hinter der Flüssigkristallschicht absorbiert. Absorbiertes Licht wird im Bauteil zu Wärme. Bei Projektoren mit hohem Lichtstrom trifft entsprechend viel Energie auf eine vergleichsweise kleine Fläche, und genau diese Baugruppe muss aktiv gekühlt werden.

Lebensdauer. Polarisationsfilter enthalten organische Materialien, die auf anhaltende Wärme- und UV-Belastung empfindlich reagieren. Absorbiertes Infrarot- und UV-Licht wirkt dort doppelt: als thermische Belastung und als photochemischer Abbau der organischen Schichten. Über die Betriebszeit zeigt sich das als Farbverschiebung, ausgewaschene Bilder und ein ansteigender Schwarzwert — der Bildwandler altert sichtbar, nicht nur die Lichtquelle.

Für den Kontrast — siehe Kontrastverhältnis — bedeutet der geringere Füllfaktor tendenziell mehr Streulicht an den Pixelrändern und weniger Reserven beim Schwarzwert als bei reflektiven Panels mit ihrer verdeckten Ansteuerung. Wie stark sich das im nativen Kontrast konkret niederschlägt, hängt stark am einzelnen Geräteaufbau — Polarisatortyp, Kühlung und Innenoptik unterscheiden sich zwischen Herstellern und Geräteklassen erheblich.

Häufiges Missverständnis

„Das LCD-Panel im Projektor ist dasselbe wie im Fernseher." Beide arbeiten mit einer durchleuchteten Flüssigkristallschicht zwischen zwei Polarisationsfiltern, das Grundprinzip ist verwandt. Die Betriebsbedingungen unterscheiden sich aber grundlegend: Ein Fernseher hinterleuchtet sein Panel mit vergleichsweise diffusem, wenig gebündeltem Licht; ein Projektionspanel liegt im gebündelten, hochintensiven Lichtkegel einer Projektionslichtquelle. Die oben beschriebene Wärme- und Alterungsproblematik ist deshalb vor allem eine Eigenschaft der Projektion, nicht der Flüssigkristalltechnik an sich.

Nicht zu verwechseln mit

• LCoS: ebenfalls ein Flüssigkristall-Bauteil, aber reflektiv statt transmissiv — die Ansteuerung sitzt unter der spiegelnden Pixelfläche statt daneben.
• Laser TV: beschreibt die Laserlichtquelle eines Ultrakurzdistanz-Projektors, nicht den Bildwandler dahinter. Ein Laser TV kann intern mit einem transmissiven Panel arbeiten oder mit einem anderen Bildwandlerprinzip — die Bezeichnung sagt darüber nichts aus.
• Direktsicht-LCD-Fernseher: kein projiziertes Bild, sondern ein selbst hinterleuchtetes Panel, das direkt betrachtet wird.

Wer es verwendet

Transmissives LCD ist ein herstellerneutrales Bauprinzip, keine eigene Marke. Eine benannte Ausführung dieses Prinzips ist 3LCD von Epson. Wie diese Ausführung im Einzelnen aufgebaut ist und was sie von anderen transmissiven Bauformen unterscheidet, steht auf ihrer eigenen Technologieseite, nicht in diesem Glossareintrag.

In der Planung

Ein Projektor soll in einen geschlossenen Einbauschrank hinter der Sitzreihe, weil das Gerät im Raum nicht zu sehen sein soll. Auf der Geräteliste steht unter anderem ein transmissiv arbeitendes Modell.

Wie viel Wärme muss aus diesem Einbau heraus, und über welchen Weg? Beim durchleuchteten Panel bleibt ein Teil des Lichtstroms als Wärme im Bauteil und an den Polarisationsfiltern — je heller das Gerät fährt, desto mehr. Zu planen ist deshalb in dieser Reihenfolge: erst Zu- und Abluft des Einbaus festlegen, dann die Frage, ob das Gerät bei der geplanten Bildbreite nahe seiner vollen Lichtleistung laufen muss oder mit Reserve. Erst danach folgt das Gerät. Wählt der Kunde die transmissive Bauform, ist der Einbau die kritische Stelle, nicht das Panel: Ein Gerät, das im Schrank seine Wärme nicht los wird, altert an den Polarisatoren schneller, und das zeigt sich als Farbverschiebung, bevor die Lichtquelle am Ende ist.

Verknüpfte Inhalte

Was der native Kontrast genau misst, steht beim Kontrastverhältnis. Das Gegenstück zu diesem Eintrag — das reflektive Panel auf Silizium — steht bei LCoS. Was ein Laser TV von einem gewöhnlichen Projektor unterscheidet, steht bei Laser TV; die Bezeichnung betrifft dort ausdrücklich die Lichtquelle, nicht den hier beschriebenen Bildwandler.

Quellen

Der Vergleich der Ansteuerungsanordnung zwischen transmissiven und reflektiven Panels sowie die Folge für den Füllfaktor stammen aus derselben begutachteten Fachveröffentlichung, die auch beim LCoS-Eintrag zugrunde liegt. Die Einordnung von Wärmeeintrag und Alterung der Polarisatoren stammt von einem Hersteller optischer Beschichtungen, der selbst kein AVITECT-Wettbewerber ist.

1. Zhang, You, Chu: Fundamentals of phase-only liquid crystal on silicon (LCOS) devices — Ansteuerleitungen im Lichtweg, eingeschränkter Füllfaktor, Lichtstreuung an nicht-transmissiven Elektroden.
2. Abrisa Technologies, Reduce LCD Panel Failure from IR and UV Light — Wärme- und UV-Belastung organischer Bauteile, Folgen für Farbtreue und Schwarzwert über die Betriebszeit.