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LCoS: Das Comeback des Jahres
Seit Jahren schon gilt Liquid Crystal on Silicon (LCoS) als Bildschirmtechnologie der Zukunft. Viele Firmen haben damit schlechte Erfahrungen mit diesen spiegelnden LCDs gemacht, so Thomson und Samsung. Sie wollten Rückprojektoren mit Panels von Three-Five-Systems bauen, doch warfen bald das Handtuch: Die Qualität stimmte nicht, beide wechselten zu DLP. Speziell Texas Instruments hätte die Technologie gern totgesagt. Aber das scheint nicht der Fall zu sein. Aus dem Rennen sind allenfalls einige der amerikanischen Start-ups, die nicht den langfristigen Atem und das Produktions-Know-how hatten.
In diesem Jahr endlich könnte der Durchbruch passieren, denn nun zeigen die großen Firmen ihre Entwicklungen und starten die Produktion, so Sony, Philips und Hitachi. Und mehr kommen nach.
Die Technik: Was LCoS so interessant macht.
Sony: Von Null an die Spitze.
Philips: Out of Böblingen.
Hitachi: Mit Geduld und Toshiba.
Und mehr: Manche geben nie auf.
Format 2.048: Ins Kino gehen wir auch.
Links und Verweise
LCoS-Rückprojektor von TCL: Für groß-
formatige Fernseher ist die Technik besonders
Erfolg versprechend.
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Technik: Was LCoS so interessant macht
Man nehme: einen Chip mit verspiegelter Rückseite, eine Schicht Flüssigkristall und darüber ein Glas mit transparenten Elektroden – fertig ist das LCoS-Element. Das Licht einer Projektionslampe, das darauf gerichtet wird, lässt sich so pixelweise hell oder dunkel schalten, ohne störende Gitterstruktur wie bei normalen LCD-Projektoren, bei denen das Licht durch das Panel hindurch muss, ohne komplizierte mikromechanische Elemente wie bei DLP. Im Prinzip sind alle Prozesse der Herstellung bekannt und beherrschbar, weshalb schon ab Mitte der 90er Jahre ein großer Run auf diese Technologie einsetzte. Firmen wie SpatialLight, Aurora, S-Vision, Three-Five-Systems, Displaytech und etliche mehr in den USA, dazu IBM-Japan und Pioneer, wollten den Traum vom großen, preiswerten Bild in höchster Auflösung wahr machen.
Bis heute ist das mit LCoS ein Traum geblieben, denn in der Praxis erwies sich die Fertigung in Serie als kaum beherrschbar. Denn schon winzigste Veränderungen in den mechanischen Dimensionen beeinflussen das Bild. Praktisch noch kein Hersteller hat es geschafft, die erforderliche Präzision auf Dauer herzustellen. Das gilt auch für JVC, die einzige japanische Firma, die eine LCoS-Variante unter der Bezeichnung D-ILA herstellt. Bei JVC ist die Flüssigkristallschicht relativ dick, weshalb hier Toleranzen nicht so kritisch sind; trotzdem muss ein D-ILA-Projektor vom Benutzer nochmals sorgfältig optimiert werden (dazu gibt es eine Software namens Dilard), doch dann ist das Bild hervorragend.
Andere LCoS-Hersteller arbeiten mit dünneren Schichten, die sich teilweise extrem schnell schalten lassen, bis hin zum reinen An-aus-Verfahren, wo wie bei DLP die Graustufen durch mehr oder weniger schnelles Aufblitzen dargestellt werden. Mit vielen LCoS-Varianten lassen sich Schaltgeschwindigkeiten von unter fünf Millisekunden realisieren, wodurch eine sequenzielle Farbdarstellung möglich ist – man kommt also mit nur einem Panel aus. Weitere Pluspunkte von LCoS sind der extrem hohe Füllfaktor, also die fast vollständige Nutzung der Spiegelfläche, der noch über DLP liegt (LCD maximal 60 Prozent der Fläche, DLP unter 90 Prozent, LCOS bis 95 Prozent). Das ergibt ein sehr gleichmäßiges, fast pixelfreies Bild. Durch den analogen Charakter der Graustufendarstellung gibt es auch keine Probleme mit der Abstufung dunkler Töne, keine sich bewegenden Doppelkonturen oder andere Artefakte.
Ein Nachteil von LCOS ist die nicht lineare Farbverarbeitung, weil die Kristalle auf die unterschiedlichen Wellenlängen unterschiedliche Wirkungen haben. Zudem sind die Bauteile aufgrund ihrer analogen Natur sehr empfindlich auf Veränderungen wie Temperatur, Alterung und mechanische Belastung.
Doch nun scheint die Technik so weit zu sein, dass etliche Hersteller sicher sind, die Produktionsprozesse zu beherrschen. Trotzdem gilt bei allen LCOS-Produkten: Man sollte das Exemplar, das man eventuell ersteht, gesehen haben, nicht irgend ein Muster. Man sollte es nicht nur mit hochauflösenden Material mit knackigen Farben gesehen haben, sondern auch mit gleichförmigen Bildern wie Himmel oder Nebel. Nur wenn solche Flächen wirklich sauber und gleichmäßig dargestellt werden, ist das Gerät in Ordnung.
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Das LCoS-Prinzip: Die Flüssigkristall-Schicht (grün) lässt Licht auf die Spiegelfläche, die Pixel-Elektroden, fallen oder blockt es ab. Je nach verwendeter LC-Mischung und Optik kann das Licht senkrecht oder schräg einfallen. Nicht zu sehen sind auf dieser Zeichnung die Abstandshalter (Spacer).
LCoS-Produktion bei Sony: Dank neuem Verfahren höhere Ausbeute bei niedrigeren Kosten, bessere Qualität und Ausnutzung der Chipfäche (unten).
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Sony: Von Null an die Spitze
Sony, neben Epson der einzige Hersteller von Projektor-LCDs, möchte den Anschluss nicht verpassen. Mit der Ankündigung einer neuen Technologie namens SXRD setzt man sich sogar an die Spitze der Entwicklung. Die Abkürzung steht für Sony X-tal Reflective Display, wobei X-tal wie Crystal ausgesprochen werden soll. Da die Probleme der Technik vor allem im Herstellungsprozess liegen, hat Sony diesen völlig neu gestaltet. Die Spiegelchips werden nicht mehr einzeln mit einen Flüssigkristallschicht und Glas überzogen, sondern schon auf dem noch unzerteilten Wafer, also 40 bis 50 Stück auf einmal. Das spart nicht nur Kosten, sondern ergibt auch eine wesentlich höhere Präzision, da eine Platte über einer wesentlich größeren Fläche ausgerichtet wird. Die kritischen Schwankungen in der Dicke der LC-Schicht werden damit auf rund drei Prozent reduziert. Bisher leiden viele LCoS-Produkte unter stark schwankender Qualität in der Serie. Zudem erlaubt der Produktionsprozess den weitgehenden Verzicht auf die Abstandhalter zwischen Spiegelfläche und Glas, so dass der Füllfaktor (93 Prozent) vergrößert und der Abstand zwischen den Pixeln nochmal reduziert werden konnte.
Doch auch die übrigen Eigenschaften des Panels sind nicht ohne. Wie vorher nur Hitachi bringt Sony 1.920 mal 1.080 Pixel auf der Chipfläche unter, also die volle HDTV-Auflösung. Sensationell ist schließlich der Kontrast, der mit 3.000:1 angegeben wird, womit die Technik mit den besten DLPs mithalten könnte. Zuletzt konnte das LCoS-Verfahren nicht im Kontrastwettbewerb mithalten, den vor allem die DLP-Fraktion begonnen hatte. JVC versprach für D-ILA ähnliche Werte wie Sony, konnte sie aber in seinen Produkten nicht umsetzen. Händler, die bei einer Vorführung in den USA Bilder von einem SXRD-Projektor gesehen haben, bestätigten, dass die Qualität außergewöhnlich gut ist.
Produkte soll es im Laufe des nächsten Geschäftsjahres geben (also bis Ende März 2004), sowohl Front- als auch Rückprojektion. Details darüber sind nicht bekannt, es wäre aber ein Nachfolger des VPL-VW12 denkbar, der dann VPL-VW20 oder VPL-WX20 heißen könnte. Auf der Funkausstellung im August wird es aber noch keine SXRD-Produkte geben.
Man kann sich fragen, warum Sony nun auch noch LCOS macht, wo man doch mit GLV eine Technologie in petto hat (siehe Sony-Displays vom Juli 2002), die allen anderen Projektionsverfahren weit überlegen ist. Darauf gibt es zwei Antworten: Zum einen hat Sony eine florierende Abteilung mit Hochtemperatur-Polisilizium-LCDs für Front- und Rückprojektion, deren Business man nicht anderen LCoS-Herstellern überlassen will, zum anderen ist GLV einfach noch nicht so weit – denn dazu sind nun einmal Laser-Lichtquellen notwendig.
LCoS-Panel von Sony: Mit einer Auflösung von 1.920 mal 1.080
Gleichstand mit Hitachi, dank 3.000:1 Kontrast sogar besser als
der Rest der LCoS-Welt – zumindest auf dem Papier.
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Philips: Out of Böblingen
Philips gab auf der CES im Januar die Einrichtung einer Produktion für den kritischen Flüssigkristall-Prozess bekannt - und zwar in Böblingen. Dank der Technologie aus Deutschland soll es nun endlich gelingen, die LCoS-Rückprojektoren gegen Mitte des Jahres auszuliefern – schon seit zwei Jahren zeigen die Holländer diese Geräte, ausgestattet mit den rotierenden Glasprismen (siehe Meldung vom 8. 2. 2001). Endlich sollen großen Stückzahlen bei gleichbleibender Qualität gesichert sein. Neben Böblingen ist auch die Wiener Projektoren-Fabrik von Philips beteiligt, wo die Lichtmaschinen gefertigt werden. Die Gläser dafür stammen aus Jena von Carl Zeiss, während das TFT-Vorprodukt aus Korea kommt, von der Halbtochter LG.Philips-LCD.
Die Produktion beginnt im Sommer, und auch in Deutschland wird es die Geräte geben. Geplant ist das größere der beiden in USA gezeigten Modellen, der 55PL9723. Er wird auf jeden Fall unter 5.000 Euro kosten.
LCoS-Fernseher von Sony: Die größere Variante kommt auch
nach Deutschland, irgendwann nach der Funkausstellung im
August dieses Jahres.
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Hitachi: Mit Geduld und Toshiba
Hitachi setzt ebenfalls große Hoffnungen auf LCOS, immerhin hat die Firma sogar bereits Projektoren mit dieser Technologie auf dem Markt. Auch die Japaner haben, wie Philips, praktisch alle notwendigen Kenntnisse im Haus, was vor allem bei der Produktion extrem wichtig zu sein scheint. Gebaut werden für die eigene Anwendung in Business-Beamern 4:3-Chips. Bereits in Serienproduktion ist ein 16:9-LCOS mit 1.920 mal 1.080 Pixel, also voller HDTV-Auflösung; die Typenbezeichnung lautet LSM18HDA01M. Es wird eingebaut in den Toshiba 57HLX82, der seit Anfang Januar für rund 9.000 Dollar in den USA verkauft wird; von diesem Gerät war schonmal im Zusammenhang mit Laser als Lichtquelle die Rede (am 14. 51. 2002), doch in dieser Hinsicht tut sich noch nichts. Gerüchten zufolge hat Toshiba eigentlich das "Brillian 1080"-Panel von Three-Five verwenden wollen, doch wie schon bei Samsung und Thomson ließ man dieses Vorhaben fallen. Glück nur für Toshiba, dass Hitachi kurzfristig einspringen konnte und wollte. Trotzdem soll die Lieferfähigkeit begrenzt sein, die hochauflösenden Chips werden wohl noch im Labor gefertigt.
Die Displays von Hitachi finden sich auch in einem Rückprojektor, den die chinesische Firma TCL im Laufe dieses Jahres auf den Markt bringen will; es handelt sich dabei um die 4:3-Panels mit SXGA-Auflösung, also 1.365 mal 1.024 Bildpunkten. Möglicherweise sehen wir diesen Schirm in Deutschland mit dem Namensschild Schneider. Auch bei Toshiba ist von zukünftigen LCoS-Frontprojektoren die Rede. Hitachi selbst plant weitere Produkte in dieser Technik, auch mit dem kleineren 1.365-mal-7680-Panel (Meldung vom 25. 11. 2001).
LCoS-Panel von Hitachi: Rechts das Bauelement, das dem Toshiba-Rückpro
seit Januar zu voller HDTV-Auflösung verhilft; die 4:3-Panels (unten rechts) sind
bereits in Produktion, ein 1.365 mal 768 Pixel zählender Chip folgt.
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Und mehr: Manche geben nie auf
Bei Nintaus, einem chinesische Hersteller, der vor allen für DVD-Player bekannt ist, gab es im Januar auf der CES ebenfalls einen LCoS-Rückprojektor zu bestaunen. Auf dem Gerät selbst prangte allerdings ein Kolin-Schriftzug, denn diese Firma aus Taiwan hat das Gerät entwickelt. Vor dem Bildschirm stand Dr. Rong Hsu, laut Visitenkarte Präsident von Elcos. Diese Firma ist einer der wenigen Überlebenden unter den kleinen US-Firmen, die meinten, mit LCoS den Weltmarkt aufrollen zu können. Die Firma aus Sunnyvale in Kalifornien hat über ein Taiwan-Netzwerk Kontakte geknüpft, die zum Erfolg verhelfen könnten: Neben Kolin gehört dazu vor allem der Chiphersteller TSMC, neben UMC eine der beiden großen Foundries Nationalchinas – der Firmen, die für US-Giganten die Chips fertigen; das Packaging, also die Fertigstellung der Chips übernimmt Varitronix in Hong Kong. Im Kolin-Gerät arbeitet ein Element mit 1.280 mal 768 Pixeln, daneben bauen die Kalifornier auch Panels mit 1.400 mal 1.050 Pixeln. Ein Produkt mit 1.920 mal 1.200 ist in Vorbereitung. Es ist vor allem die Unterstützung von TSMC, die Elcos-Chef Hsu optimistisch stimmt. Denn diese Firma versteht etwas von der Fertigung.
Neben Elcos hat auch Three-Five-Systems, trotz der diversen Schlappen, noch nicht den Mut verloren. Die Amerikaner sehen vor allem auf dem chinesischen Markt ihre Chance. Auch SpatialLight will demnächst LCoS-Chips nach China liefern.
Und natürlich macht JVC weiter mit der Technologie, selbst wenn die Firma hoffnungslos hinter ihren ursprünglichen Plänen zurück liegt (siehe D-ILA-Spezial von 2000). Noch immer sind die D-ILA-Geräte recht teuer, sind keine 16:9-Panels lieferbar und vom Rückprojektor, der schon 1999 auf der Funkausstellung stand, ist nach wie vor wenig zu sehen. Doch was die anderen können, kann JVC schon lange: In diesem Jahr wird es wohl einige neue Produkte mit neuen D-ILA-Panels geben, auch speziell für das Kino zu Hause, also im Breitbild-Format.
Doch auch andere Hersteller geben nicht auf: Bei Samsung arbeitet nach den Problemen mit Three-Five eine eigene Gruppe im Konzernteil Samsung SDI (wo Bildröhren und Plasmas herkommen) weiterhin an LCoS. Und Thomson, gleichermaßen geschädigt, hat ein eigenes europäischen Forschungsprojekt auf die Beine gestellt, an dem etliche Universitäten und Spezialhersteller beteiligt sind.
Von Epson hört man, dass LCoS natürlich irgendwann den Einbruch ins Geschäft mit Projektions-LCDs schaffen wird, das von dieser Firma dominiert wird. Als Zeitrahmen nennen die Japaner zwei bis drei Jahre. Doch nachdem Epson selbst die eigene Existenz bestreiten würde, wenn es dem Geschäft dient, kann man von einer eher kürzeren Frist ausgehen, bis LCoS wirklich großserienreif und preisgünstig ist – auch und vor allem bei Epson.
Kolin-Fernseher und Elcos-Chef: Rong Hsu ist optimistisch,
dass seine Firma bald mit ihren Panels in Serie gehen kann.
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Format 2.048: Ins Kino gehen wir auch
JVC will, wie schon länger bekannt, die D-ILA-Technologie auch für digitales Kino nutzen. Zwar gibt es bereits den DLA-QX1 mit 2.048 mal 1.536 Bildpunkten, doch der liefert mit rund 5.000 Ansi-Lumen zu wenig Licht. Mehr geht noch nicht, weil die Panel der Hitze nicht stand halten. Doch auch das soll sich ändern, und dann wird JVC wieder im Kino dabei sein, so wie bei den allerersten Einsätzen mit "Star Wars - Episode 1" (siehe mein Kino-Spezial von 1999). Die Japaner werden hier wohl dem Vorbild von Texas Instruments folgen und eine Auflösung von 2.048 mal 1.080 anbieten, was fürs erste wohl der Standard im digitalen Kino sein wird. Das erleichtert die Produktion des Materials, weil dann nur eine Auflösung für DLP und D-ILA geliefert werden muss.
Sony verfolgt, wie bei manchen anderen Themen auch, in punkto Digitalkino einen eher unklaren Kurs. Nachdem man anfangs mit DLP flirtete, aber bei TI abblitzte, näherte man sich JVC, allerdings nur für einige Demo-Einsätze. GLV dürfte zuerst im Kino relevant werden, doch starten wird Sony wahrscheinlich mit LCoS in SXRD-Form. Nachdem man schon in der digitalen Filmproduktion mit 24p in Form des Cine-Alta-Systems ganz vorne ist, soll das auch im Kino gelingen. Am neuen Format 2.048 mal 1.080 wird Sony wohl nicht vorbei kommen; konkrete Strategien und Produkte darf man schon dieses Jahr erwarten.
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Links und Verweise
Themen über LCoS auf diesen Seiten:
D-ILA-Rückprojektor von JVC (IFA 1999)
MicroDisplay-LCoS in Produkten, die nie erschienen (März 2000)
LCoS-Panel von Aurora im Everest-Projektor (September 2000)
D-ILA-Spezial: Was JVC plante (von Oktober 2000)
Thomson-Rückprojektor auf der CES 2001
Philips baut Rückpro mit einem LCoS-Panel (Februar 2001)
LCoS-Panels in diversen Rückprojektoren (April 2001)
Hitachi plant Breitbild-LCoS für Kino zu Hause (November 2001)
Dank LCoS Projektoren für 999 Dollar/Euro?
D-ILA im Breitformat dank Spezialoptik (Dezember 2002)
Links zu LCoS-Herstellern und Geräte-Produzenten:
Elcos in USA
Sony-Infos zu SXRD
Three-Five-Systems in USA
Philips-Forschung zum Einpanel-LCoS
Toshiba-Rückprojektor in USA
TCL in China
Noch eine totgesagte Bildschirm-Technologie ist FED, das Field Emission Display. Bald auch mal wieder eine Geschichte wert
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