Technik Special:
LG PB60G / PA70G
LED WXGA DLP Projektoren

Die spannende Reise ins Innere des LED-Beamers:
Kleiner, heller und moderner!

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Die Technik entwickelt sich überall stetig mit großen Schritten weiter, auch bei Projektoren: Nachdem Digitalprojektoren in Helligkeit und Kontrast mittlerweile weitgehend ausgereizt sind, wendet man sich einer ihrer bautypischen Schwächen zu, die viele Anwender nach wie vor abschreckt: Die Rede ist von der Lichtquelle!



Herkömmliche UHP-Beamerlampe


Bisher setzen nahezu alle Projektoren im Heimkinobereich die UHP-Lampen Technik ein. „UHP“ steht für „Ultra High Performance“, es handelt sich dabei um Quecksilberdampflampen mit besonders hoher Lichtausbeute im Verhältnis zur aufgewendeten Leistung. UHP Lampen sind zwar inzwischen preislich attraktiv und langlebig, doch es gibt auch eine ganze Reiher objektiver Nachteile:


- Wie alle Lampen unterliegen sie einem gewissen Verschleiß und nur die wenigsten Hersteller garantieren ihre beworbenen Lebenszeiten von 2000 bis 3000 Std. Wie jede „Birne“ können auch sie plötzlich vorzeitig ausfallen.

- Gaslampen verlieren kontinuierlich an Lichtleistung. Die beworbene Helligkeit wird meistens nur in den ersten hunderten von Stunden erreicht, danach geht es kontinuierlich bergab. Eine UHP Lampe erreicht am Ende ihrer Lebenszeit noch rund 50% ihrer anfänglichen Lichtleistung, danach gilt sie als „verbraucht“.

- Die Lampen müssen aktiv gekühlt werden und aufgrund ihres komplexen Glaskörpers kann diese Kühlung nur durch Umluft erzeugt werden. Das erhöht die Lautstärke und das Staubrisiko und entsprechende Lüfter unterliegen ebenfalls mechanischem Verschleiß.

- UHP Lampen kann man nicht beliebig klein konstruieren, Miniaturbeamer lassen sich mit ihnen nicht realisieren.

- Sie arbeiten mit Hochspannung, ein Akkubetrieb ist nicht möglich.

- Sie reagieren empfindlich auf Schock und Stöße

- Sie bleiben nach dem Abschalten sehr heiß und müssen längere Zeit nachgekühlt werden, um Schäden im Projektor zu vermeiden.


Genug Gründe für Alternativen? In allen Lebensbereichen wird die herkömmliche Lampentechnik durch LEDs ersetzt. LEDs bieten eine wesentlich höhere Energieeffizienz, sind sehr klein und langlebig, wie keine andere Lichtquelle.



Doch bislang reichte ihre Lichtleistung nicht aus, um ein Großbild angemessen hell auszuleuchten. Dies hat sich in den letzten Jahren geändert: Erste LED-Heimkinoprojektoren wie von Vivitek und Sim2 kamen auf den Markt und zeigten als Pioniere, was für ein zusätzliches Bild-Potenzial die LED Technik für die Projektion bereithält: Große Farbräume, hoher Dynamikumfang (dank adaptiver Steuerung / Pulsing), unhörbare Wasserkühlung, usw., wir berichteten ausführlich in unseren entsprechenden Referenz-Tests. Doch diese ersten Modelle waren leider noch unbezahlbar und alles andere als kompakt, sondern im Gegenteil eher „Giganten“.



LED Giganten von Sim2 und Vivitek


Seitdem hat sich eher wenig auf diesem Gebiet getan, denn die meisten renommierten Hersteller haben der 3D-Projektion in Verbindung mit besonders lichtstarken UHP-Lampen den Vorrang gegeben.

Doch in diesem Jahr ändert sich das: Bekannte Marken wie LG und Acer greifen die LED-Technologie neu auf mit dem Ziel, besonders kosteneffektive, langlebige und kompakte Universalbeamer für den täglichen Bedarf zu kreieren.



Zwei Vertreter der neuen Gattung „ultrakompakte LED-Beamer“ sind die Modelle PB60G und PA70G aus dem Hause LG. Mit Preisen von ca. €520.- bzw. €680.- sind sie nicht nur technisch innovativ, sondern auch preislich mehr als attraktiv.



Sind diese Projektoren bereits konkurrenzfähig zu herkömmlichen Lampenbeamern, wie sind sie aufgebaut und welche technischen Vorteile bringen sie? Diese Fragen wollen wir mit diesem Technik Special und kommenden Tests beantworten. Nach guter alter Cine4Home-Tradition haben wir dazu die Geräte „seziert“…

 

Von Außen nach Innen...

Auf den ersten Blick fällt auf, dass der Hersteller sich auch optisch sehr viel Mühe mit dem Chassis gegeben hat. Mit einer minimalistischen geometrischen Formgebung in schlichtem Weiß gehören der PB60G und der PA70G zu den elegantesten Geräten am Markt.



LG PB-60G


Die technischen Daten können sich sehen lassen: LG verspricht für den PB60G, der immerhin über WXGA Auflösung verfügt, eine Lichtelistung von 500 Lumen in Kombination mit einem Kontrast von 15,000:1.



LG PA-70G


Das größere Modell PA70G soll sogar 700 Lumen erreichen. Auch soll man sich nie mehr Gedanken über einen Ausfall oder Wartung machen müssen, denn die verwendeten LEDs überdauern sage und schreibe 30,000 Std, das entspricht z.B. ca. 20,000 Spielfilmen. Selbst wenn man jeden Abend einen Spielfilm sieht, entspräche dies einer Lebensdauer von 54 Jahren(!!).

Auf Fotos sehen die beiden Modelle nahezu identisch aus, doch im direkten Vergleich wird der gravierende Unterschied deutlich: Der PA70G ist beinahe viermal größer als der PB60G. Und dennoch ist auch er wiederum wesentlich kleiner als jeder andere Heimkinobeamer. Deutlich wird dies, wenn man eine „bekannte Größe“ als Relation ins Bild setzt.



Zwergen unter sich


Der 70er ist kaum größer als ein Taschenbuch und der 60er sogar so klein, dass er tatsächlich als „Taschenbeamer“ bezeichnet werden könnte.



PB60G: Selbst aus Schlumpfenperspektive nicht groß


Die Projektoren sind so klein, dass selbst die Anschlüsse kaum auf der Rückseite Platz finden.



Kleine Anschlüsse ganz groß, in Relation zum Beamer!


In Anbetracht dieser Zwergen-Chassis fragt man sich spontan, wie sie technisch derartige Leistungsdaten erreichen können. Auch wir waren neugierig und haben zum Werkzeug gegriffen, diesmal allerdings in Uhrmacher-Größe.


Der Deckel ist schnell abgenommen, danach wir des diffizil


Nach Abnehmen des Deckels ergibt sich ein Blick auf die gesamte Signalelektronik auf einer Platine, auf die auch alle Anschlussbuchsen direkt aufgelötet sind.



Die Hauptarbeit verrichten hier die „XE-Engine“, ein von LG selbst entwickelter Signalprozessor, und der DMD-Steuerchip „DPP 6401“ auf dem Hause Texas Instruments.



Sehr einfach ist das Objektiv gehalten, das über keinen optischen Zoom verfügt. Die Schärfe wird durch ein Plastikritzel direkt auf den Objektivkranz übertragen, hier zeigt sich deutlich die günstige Preisklasse des Projektors.



Entfernt man die Hauptplatine, so kommt der versiegelte Lichtweg zum Vorschein. Bei der verbleibenden Platine handelt es sich um die Stromversorgung der einzelnen LEDs.



Dazu muss aber gesagt werden, dass der Projektor keinen internen Transformator für die AC Spannungswandlung beinhaltet, diese erfolgt extern über ein Netzteil, wie bei einem Notebook:


Bild Netzteil


Ebenfalls wird deutlich, dass auch ein LED-Projektor auf eine aktive Kühlung nicht komplett verzichten kann: Auf der rechten Seite befinden sich gleich drei Lüfterräder, die die benötigte Kühlluft ins Geräteinnere blasen. Unterstützt werden sie von einem weiteren Lüfter im Inneren.



Die großen Kühlkörper deuten auf die LEDs hin, die fest innerhalb des Lichtweges verbaut sind. Dadurch ist es gelungen, einen komplett gekapselten und passiv gekühlten Lichtweg zu konstruieren, der einen 100%igen Staubschutz bietet.



Wir haben schließlich auch den Lichtweg geöffnet, um die Funktionsweise noch genauer zu erläutern.



Der Projektor hat nicht nur eine (weiße) Lichtquelle, wie ein herkömmlicher UHP-Projektor, sondern derer gleich drei, in jeder Grundfarbe eine: Rot Grün und Blau.



Die rote und grüne LED sind nebeneinander positioniert, „über Eck“ befindet sich die blaue LED. Diese drei LEDs leuchten im Betrieb nicht gleichzeitig, sondern sequentiell. Das bedeutet, sie werden wie eine Ampel der Reihe nach durchgeschaltet: R->G->B->R->G->B->R… usw.. Natürlich erfolgt dieser Wechsel in einer so hohen Frequenz, dass er durch die Trägheit unserer Augen kaum noch wahrgenommen werden kann. Durch diese „RGB Ampel“ wurde das herkömmliche Farbrad eines DLP Projektors endlich überflüssig gemacht. Und durch die schnelleren Umschaltzeiten wird der Regenbogeneffekt reduziert und die „Schwarzzeiten“ und damit das Bildrauschen verkürzt. Außerdem muss sich der Anwender keine Gedanken um den mechanischen Verschleiß eines Motors mehr machen.

Drei sequentielle Lichtquellen in ein und demselben Lichtweg zu integrieren ist nicht einfach, denn schließlich muss jede einzelne den DMD-Chip genau gleich ausleuchten, um Schwankungen zu vermeiden. Dieses Problem hat man einfach wie genial gelöst:



Ähnlich wie bei einem 3Chip Projektor wurden spezielle dichroitische Spiegel im 45% Winkel den LEDs vorgeschaltet, die gewisse Wellenlängen reflektieren, während sie andere passieren lassen.



Der erste (linke) Spiegel z.B. verhält sich gegenüber den blauen Wellenlängen wie ein transparentes Fenster, während er das Licht der grünen LED reflektiert.



Der zweite Spiegel lässt sowohl Grün als auch Blau passieren, während er rotes Licht reflektiert. Zusätzlich sind vor allen drei LEDs kleine Fokussier-Optiken verbaut. Mit diesem System können alle Lichtquellen nacheinander in genau gleichem Einfallswinkel das DMD beleuchten.

Durch das 3-LED System ist es auch möglich, Sekundärfarben eines Brilliant-Color-Farbrades zu simulieren: Leuchten z.B. Rot und Grün gleichzeitig, so ergibt dies Gelb, oder Rot und Blau Magenta, usw.. Sogar ein Gleichschalten aller drei LEDs ist denkbar, dann simuliert der Projektor ein Weißsegment und erhöht die Lichtleistung in Graustufen. Man sieht, der Technik sind kaum Grenzen gesetzt und es ist zu erwarten, dass die Hersteller mit kommenden Generationen verstärkt von den neuen Möglichkeiten Gebrauch machen werden.



Integrator Optik


Als nächste Station passiert das Licht eine Integrator-Linse, die es zur Ausleuchtung der DMD-Kammer homogenisiert. Danach kommt einer Überraschung:



Der PA70G arbeitet nicht nach herkömmlichem Spiegelprinzip, sondern schaltet dem DMD-Chip ein TIR-Prisma vor. Dieses Prisma sorgt für eine rechtwinklige Bestrahlung des DMD-Chips, der das fertige Bild schließlich parallel gerade durch das Objektiv auf die Leinwand reflektiert. Dieses System ist aufwändig und teurer und ermöglicht auch einen optischen Lensshift, der aber leider in diesem Modell nicht realisiert wurde.


Der gesamte technische und vor allem der optische Aufbau zeigt eine beeindruckende Miniaturtechnik, doch diese wird noch überboten von dem kleinen Bruder PB60G:



LG PB60G ohne Deckel


Wie bei dem größeren Modell kommt nach Abnehmen des Deckels die Hauptplatine zum Vorschein, die aber hier selbstverständlich noch wesentlich kompakter ausfällt.



Sehr zu unserer Überraschung sind hier dieselben Prozessoren (XE-Engine + TI DPP) wie im größeren Modell verbaut, es wurde nicht in Hinblick auf die Größe abgespeckt.



Die LED-Stromversorgung wurde aus Platzgründen eine Etage tiefer gesetzt und ebenfalls miniaturisiert, was durch die geringere Leistung der LEDs möglich wurde.



Unter der Hauptplatine kommt wieder der Lichtweg zum Vorschein, der durch passive Kühlkörper und drei (noch kleinere) Lüfter auf niedriger Temperatur gehalten wird.



Der gesamte Lichtweg lässt sich als Ganzes aus dem Projektor herausnehmen. Und nocheinmal machen wir die Miniaturisierung im Vergleich zu einem Alltagsgegenstand deutlich:



Kaum größer als ein Smartphone


Der gesamte Lichtweg von LEDs bis zur Projektionsoptik ist kaum größer als ein Smartphone. Zu erwähnen ist noch, dass tatsächlich auch noch für interne Lautsprecher Platz gefunden wurde, in Stereo!



Zum Öffnen des Lichtweges braucht man Uhrmacher-Werkzeug, so klein sind die Schrauben. Zum Vorschein kommt zunächst dieselbe „LED-Ampel“ mit Kondensor-Linsen und halbdurchlässigen Spiegeln, jeweils aber auf die Größe eines 2-Cent Stückes verkleinert.


Ähnlicher Aufbau, aber noch kleiner


Danach geht es wieder durch eine Integrator-Linse die den kleinen Lichtstrahl von Hotspots befreit.



Soweit keine großen Neuerungen, doch in der Lichtkammer treffen wir schließlich doch auf eine sehr außergewöhnliche Anordnung.



Hier befindet sich der DMD-Chip nicht gegenüber dem (nur €2.- Stück großen) Objektiv, sondern rechtwinklig daneben. Um dies zu ermöglichen, kommt ein spezielles Prisma zum Einsatz.



Der Miniatur-Glaskeil lässt das Licht der LEDs geradlinig auf das DMD passieren, das fertige Bild wird aber anschließend „gefangen“ und rechten Winkel durch das Objektiv geschickt. Eine derartige Lösung ist uns bislang noch nie in einem Heimkinoprojektor begegnet.

 


Fazit

Beide Modelle (PA70G und PB60G) zeigen auf beeindruckende Weise, dass aus immer kleineren Chassis immer größere und hellere Bilder erzeugt werden können. Und am technischen Aufbau, den wir hier minutiös aufgezeigt haben, werden die diversen Vorteile der LED-Beleuchtung deutlich:



Die weiße Lichtquelle wird durch drei farbige LEDs der Grundfarben ersetzt. Dies macht eine anschließende Farbfilterung überflüssig und erlaubt eine Kalibrierung der Farbtemperatur auf optischer Ebene. Auch kann jede Mischfarbe (z.B. Sekundärfarben) erzeugt und die Farbgenauigkeit so erhöht werden.


- Die LEDs werden zum inneren Teil des Lichtweges und sind nicht mehr „extern angeflanscht“, wie herkömmliche UHP-Lampen. Neben einer kompakten Bauweise bietet dies den Vorteil einer gemeinsamen Kühlung und eines absoluten Staubschutzes.

- Da LEDs nach Belieben an- / aus- geschaltet werden können und besonders reaktionsschnell agieren, werden sie sequentiell eingesetzt und ersetzen so das Farbrad (mit all seinen Nachteilen). Neben der Vermeidung von mechanischem Verschleiß, sind so schnellere RGB Frequenzen möglich (bis 1200 Hz), der Regenbogeneffekt kann so vermindert werden.

- Die Lebensdauer der LEDs ist zehnmal länger, als die von herkömmlichen UHP-Lampen. Auch sind sie wesentlich lichtstabiler und halten ihre Helligkeit über viele Tausende von Stunden: Die Bilddarstellung des ersten Tages bleibt für viele Jahre erhalten.

- Miniaturbeamer, wie der LG PB60G, werden durch die LED-Technologie erst möglich. Damit werden neue, vor allem portable Anwendungsmöglichkeiten eröffnet. Große Bilder überall, kein Display kann das leisten.



Es ist leicht zu erkennen, dass die alternativen Lichtquellen wie LED oder Laser auch in der Großbildprojektion die Zukunft darstellen und die Tage der Gaslampen gezählt sind. Die Firma LG geht dabei mit ihren innovativen Kleinbeamern mit gutem Beispiel voran und bietet die Technik von morgen bereits heute zu fairen Preisen an.

Zu was für einem Bild die kleinen Geräte „hier und heute“ tatsächlich in der Lage sind, werden wir in einem ausführlichen Referenz-Test des PB60G und PA70G demnächst aufzeigen.

 

27. Oktober, 2012
Ekkehart Schmitt
Cine4Home


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