Von Projektoren zu HUDs Die Funktionsweise von DLP

Bild 1: DMD-Einheiten (je 5,4 µm breit) unter einem Rasterelektronenmikroskop.
Bild 1: DMD-Einheiten (je 5,4 µm breit) unter einem Rasterelektronenmikroskop.

Die DLP-Technologie wurde von Texas Instruments entwickelt und ist eine MEMS-basierte Form von Optoelektronik, die sich als äußerst vielseitig erwiesen hat und heute in zahlreichen Branchen vorkommt. Der Artikel zählt einige Vorteile auf.

DLP basiert auf sogenannten Digital-Micromirror-Devices (DMDs). Das sind Arrays aus Millionen von Mikrospiegeln, die Licht auf Basis von elektrischen Signalen reflektieren. Jeder dieser Spiegel ist mikroskopisch klein und kann mehrere Tausend Mal pro Sekunde bewegt werden. So erzeugt das Array Bilder mit beeindruckend hoher Auflösung. MEMS-Technologien werden im Allgemeinen als robust angesehen.

DLP-Technologie wird zwar häufig in Kinos verwendet, kann jedoch weitaus mehr: Fernseher, Head-up-Displays und sogar 3D-Drucker nutzen diese Technologie. Und obwohl DLP heute hauptsächlich in Multimedia-Geräten zum Einsatz kommt, gibt es auch immer mehr Anwendungen in der Industrie, im medizinischen Bereich und in der Automobilbranche.

Die Geschichte von DLP

Die ersten DLP-Chips wurden 1987 von Dr. Larry Hornbeck bei Texas Instruments entwickelt. Verglichen mit dem heutigen Standard waren sie relativ einfach. Für die damalige Zeit stellten sie jedoch zweifellos einen Durchbruch dar. Sie sollten eine fortschrittlichere MEMS-basierte Alternative zu analogen Projektionsmethoden (deren Defizite bereits deutlich wurden) mit hoher Wiedergabetreue, mehr Zuverlässigkeit und sämtlichen Vorteilen digitaler Technologie bieten.

Jeder DMD-Pixel wurde als mehrstufige Vorrichtung konzipiert, die aus einem auf Drehgelenken montierten Aluminiumspiegel besteht (Bild 1). Die Pixel befinden sich auf einer CMOS-Speicherzelle. Durch Änderung des Werts der Speicherzelle sorgen elektrostatische Kräfte dafür, dass die Spiegel gekippt werden. Die ersten DMD-Arrays bestanden aus nur 848 Pixeln (29 × 29 Auflösung). Doch trotz ihres einfachen Aufbaus zeigten schon diese Prototypen das Potenzial der DLP-Technologie im Hinblick auf die Funktionsweise von Displays und Projektoren. Statt auf analoge Filmprojektion mit all ihren Einschränkungen angewiesen zu sein, können DLP-basierte Projektionsgeräte (zusammen mit einer Lichtquelle) digital gesteuerte Bildinhalte erzeugen.

Nachdem bei Texas Instruments eine DMD-Abteilung zur Forschung und Entwicklung, Optimierung der Leistungseigenschaften und Vermarktung der Technologie eingerichtet wurde, kamen die ersten DLP-Produkte im Frühjahr 1996 auf den Markt. DLP-Technologie wurde bald in einer Vielzahl verschiedener Elektronikprodukte verwendet, darunter einige der ersten kommerziell verfügbaren HDTVs. Projektionsbasierte Flachbildschirmfernseher waren vor der Erfindung von DLP sperrig und boten eine ungleichmäßige Helligkeit und eine geringe Auflösung. Dank dem kleinen Formfaktor und der starken Leistung von DLP konnten die ersten echten HDTVs entwickelt werden, die nicht nur über eine höhere Auflösung verfügten, sondern früheren Flachbildschirmfernsehgeräten auch im Hinblick auf die Bildqualität überlegen waren.

Neben Privathaushalten profitierten auch Kinos von DLP-basierten Projektionssystemen. Analoger Film verschlechtert sich mit jedem Kopiervorgang. Mit DLP kann der Prozess von der Quelle bis zur Darstellung vollständig digitalisiert werden: Damit entstanden präzise, hochauflösende und detailgetreue Bilder ohne die visuellen Artefakte analoger Filmproduktions- und Vertriebsprozesse. Auch traditionelle filmbasierte Produktionen können mit digitalen Vertriebs- und Darstellungsmethoden präziser projiziert werden. Zudem bieten die neuen Materialien eine längere Lebensdauer als analoge Filmspulen und senken die Logistikkosten. Dr. Hornbeck, der Erfinder von DLP, wurde sogar für seinen Beitrag für die Filmbranche gewürdigt und erhielt 2015 einen Academy Award.

DLP-Technologie war auch die Grundlage einiger der weltweit ersten digitalen Projektionssysteme. Dank der geringen Größe und des niedrigen Energieumsatzes von DLP-Chips konnten mobile digitale Präsentationssysteme mit hoher Auflösung entwickelt werden: Diese DLP-basierten Projektoren zeigten digitale Präsentationen in Meetingräumen und sogar unterwegs.