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Neue Beamerlieblinge von Hitachi | LED-Projektoren mit 3500 Lumen
18. April 2017

Wie funktioniert ein Laser-Beamer?

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Wie funktioniert ein Laser-Beamer?

Der technische Aufbau birgt Überraschungen... Seit einigen Jahren machen Laser-Projektoren immer mehr von sich reden: Mit hoher und vor allem langzeitstabiler Lichtleistung, moderatem Stromverbrauch, „Instant On / Off“ Betrieb, teilpassiver Kühlung usw.

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Die lange, wartungsfreie Laufzeit ist das Hauptargument für Laserprojektoren

Doch wie arbeitet ein Laser Projektor genau? Viele Laien verbinden mit dem Begriff den messerscharfen Laserstrahl, wie man ihn von Laser-Pointern oder aus dem Physikunterricht kennt. Zeichnet ein solcher Strahl tatsächlich das Bild auf die Leinwand, wie man es aus Discotheken kennt? Nein, die tatsächliche Arbeitsweise eines Lasers ist viel konventioneller, als man zunächst denken mag. In diesem Special skizzieren wir verständlich den Aufbau:

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Die klassichen Techniken 3LCD und DLP-Technologie

Die klassischen Techniken bleiben erhalten!

Auch ein Laserprojektor greift auf die klassischen digitalen Projektionstechniken zurück, bei denen ein LCD, DLP oder LCOS Panel für die eigentliche Bilderzeugung zuständig ist. Allein die herkömmliche UHP-Lampentechnologie wird durch ein Lasermodul ersetzt.

Dementsprechend gibt es wie bei herkömmlichen Lampenbeamern drei Techniken zur Auswahl: LCD / Laser Beamer, DLP / Laserbeamer und LCOS / Laserbeamer. Die individuellen Stärken und Schwächen jeder Variante zueinander sind dabei nahezu identisch.


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Hier sehen Sie zwei Innenansichten eines Modells (Bild 1: Beamer mit Lampe, Bild 2: Dasselbe Modell mit Lasermodul)
 
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Lasermodul statt Lampenmodul

Einfach formuliert: Einen Laserprojektor muss man sich als ganz „normalen“ Digitalprojektor vorstellen, der anstelle einer Lampe ein Lasermodul verwendet, das weißes Licht erzeugt.

Das ganze neue Know How liegt also in dem Laser-Modul, das wir uns nun einmal genauer anschauen wollen.


Dutzende von Laserdioden sorgen für das helle Licht

Intuitiv würde man auf eine einzige Lichtquelle tippen, doch tatsächlich erzeugen in einem Laserprojektor Dutzende von kleinen Laserdioden für die notwendige Beleuchtung, je heller der Projektor sein soll, desto mehr Dioden sind notwendig.

Das Licht von jeder kleinen Diode wird durch ebenso viele kleine Spiegel eingefangen und zu einem gemeinsamen großen Lichtstrahl zusammengefasst:

Wie man sieht, ist dies ein enormer technischer Aufwand, der zu der höheren Preisklasse von Laserprojektoren beiträgt. Einer der Gründe für das Verwenden vieler leistungsschwacher Laserdioden anstelle von wenigen starken liegt in der Sicherheit begründet: Stärkere Laserklassen könnten bei Ausbau gefährlich missbraucht werden und großen Schaden anrichten.

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Ausschließlich blaues Laser-Licht

Wir kommen zur nächsten Überraschung: Für weißes Licht, das eine Lampe ersetzen soll, brauchen wir rote, grüne und blaue Spektralanteile, die sich zu weiß addieren. Doch der derzeitige Stand der Technik erlaubt vor allem nur blaue Dioden in bezahlbarer, langzeitstabiler Ausführung zu produzieren.

Tatsächlich kommen ausschließlich blaue Laserdioden in den Laserprojektoren zum Einsatz, wo kommen die andere Farben (Rot & Blau) her?

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Laser-Lichtmodul

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Phosphorschicht

Phosphor-Licht für Rot & Grün!

Die Antwort der obigen Frage liegt im guten alten Phosphor: In jedem Laser-Lichtmodul ist eine Phosphorschicht verbaut, die von dem blauen Laserlicht angestrahlt wird. Das energiereiche blaue Laserlicht regt diese Phosphorschicht zum Gelb-Leuchten an, das blaue Laserlicht wird teilweise also in gelbes Phosphorlicht umgewandelt.

Um die Lebensdauer der Phosphorschicht zu erhöhen, wird diese oft als sich drehendes Rad ausgeführt, um die Fläche zu erhöhen und die Abnutzung zu minimieren. Gut 20,000 Stunden Lebensdauer wird so erreicht, das 10-Fache einer herkömmlichen UHP-Lampe.

Dieses gelbe Licht muss anschließend über spezielle Farbfilter (dichroitische Spiegel) in die Grundfarben Rot und Grün aufgeteilt sein. Tatsächlich ist also ausschließlich das blaue Licht auf der Leinwand „echtes“ Laserlicht, bei Rot und Grün handelt es sich um „Phosphorlicht“.

Das Anregen von Phosphor als Lichtquelle ist dabei keine neue Erfindung. Der gute alte Röhrenfernseher arbeitet seit Jahrzehnten mit Phosphorlicht (das vom Elektronenstrahl zum Leuchten angeregt wird) und auch bei Plasma-TVs leuchtet uns Phosphor an, hier allerdings von Gasentladungen angeregt zum Leuchten.

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Grafisches Abbild des Laser-Lichtmoduls

Spektrale Besonderheiten

Wie gerade erläutert, erzeugt das Lasermodul eines Projektors die blauen Anteile direkt durch blaues Laserlicht, Die anderen zwei Grundfarben Rot und Grün aber durch Phosphor. Diese unterschiedlichen Leuchtquellen spiegeln sich auch in dem resultierenden Spektrum wider:

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Resultate der Spektralanteile

Die blauen Spektralanteile sind Lasertypisch sehr schmalbandig und resultieren in einem optisch sehr reinen und intensiven Blau. Grün und Rot hingegen sind breitbandig und optisch deutlich blasser. Dadurch werden erweitete Farbräume, wie sie z.B. von UHD-Premium Material genutzt werden, erschwert, zusätzliche Farbfilter sind erforderlich. Zudem erfordert es ein leistungsfähiges Color-Management, um eine ausgewogene Farberzeugung zu gewährleisten.


Fazit

Unser Special hat gezeigt: Der „Laser-Projektor“ klingt namentlich viel komplizierter, als er in Wirklichkeit ist. Bei den meisten Laserprojektoren handelt es sich um klassische Digitalprojektoren mit LCD, DLP oder LCOS Technologie, bei denen die herkömmliche Lampe durch ein Laser-Modul ersetzt wurde.

In diesem Modul arbeiten ausschließlich blaue Laser-Dioden, die in ihrer Leistung begrenzt sind, die Anzahl der Dioden entscheidet über die maximalmögliche Lichtausbeute. Zur Erzeugung von Gelb (Rot + Grün) kommt eine Phosphorschicht zum Einsatz, die eine Lebensdauer von 20,000 Stunden aufweist.

Das System ist wesentlich langzeitstabiler als die herkömmliche Lampe und gewährleistet ohne Wartung hohe Lichtleistungen über einen sehr langen Zeitraum. Zusammen mit den Vorteilen in der Kühlung ohne Aufwärm- und Abkühlzeit verdrängen die Laser-Beamer gerade im professionellen Segment die herkömmlichen Lampen-Projektoren immer mehr, auch wenn es sich hierbei wiederum um eine Übergangstechnologie handelt, die mittelfristig durch echte RGB-Laser Projektoren ersetzt werden wird.

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