Was sind Quantum Dots?

Quantum Dots (Quantenpunkte) sind sehr kleine, nanometergroße Partikel (ca. 2- 10 nm). Sie sind so klein, dass sich die optischen und elektronischen Eigenschaften des Ausgangsmaterials verändern. Neben Displays können Quantum Dots auch in vielen anderen Bereichen (Solarzellen, Prozessoren,...) eingesetzt werden. Sie werden aus Halbleitermaterialien hergestellt. In Displays können sie auf drei verschiedene Arten eingesetzt werden:

 

  • 1. Verbesserung der Hintergrundbeleuchtung
  • 2. Verbesserung der Farben einer LED
  • 3. Eigenständig leuchtend, ähnlich einer OLED

 

Das besondere an Quantum Dots ist, dass sie ihre Farbe mit der Größe verändern. Das heißt es müssen für blaue Quantum Dots keine anderen Verbindungen eingesetzt werden, die Quantum Dots müssen nur kleiner hergestellt werden. Mittelgroße scheinen grün(~3nm) und noch größere (~6nm) rot.

 

Quantum Dot Photoaktivität Foto: © "Samsung"

Aber nicht nur die Größe, sondern auch das Ausgangsmaterial spielt eine Rolle bei der Farbe. Quantum Dots können fluoreszieren und Licht (Photonen) in andere Farben (Wellenlängen) umwandeln, aber auch selbst Licht ausstrahlen (emittieren).

 

Quantum Dot Größenvergleich Foto: © "Samsung"

LCD TVs benutzen eine weiße Hintergrundbeleuchtung und filtern dann jeweils das blaue, grüne und rote Licht um Farben darzustellen. Im Moment benutzen LED-LCD Displays dafür blaue LEDs mit einer Phosphorschicht für die Hintergrundbeleuchtung (Backlight). Die Phosphorschicht soll das blaue Licht zu Weißem wandeln, kann das aber nicht 100%ig. Weiße LEDs sind auch keine Alternative, da diese vor allem blaues Licht emittieren und außer "reinem" blau, rot und grün noch viele andere Wellenlängen. Dadurch sind die Primärfarben nicht gleichmäßig vertreten. Das bedeutet es geht Energie (Leuchtstärke) verloren und außerdem ist die Farbwiedergabe dadurch schlechter.

Quantum-Dot-Energieeffizienz Foto: © "Samsung"

Quantum Dots können das lösen. Man setzt statt des Phosphors einen Filter mit "roten" und "grünen" Quantum Dots ein. Diese wandeln das blaue Licht exakt in die gewünschte Wellenlänge. Durch mehr oder weniger Dots einer Farbe kann auch das Farbverhältnis gesteuert werden. Das bedeutet die LC-Schicht (farberzeugende Schicht) muss weniger korrigieren, wodurch mehr Leuchtkraft und Farbgamut (Anzahl der darstellbaren Farben) möglich ist. Das ist zum Beispiel für HDR Displays nötig. Auch die Farbechtheit kann durch Quantenpunkte erhöht werden.

Im Moment werden Quantum Dots also für die Verbesserung der Hintergrundbeleuchtung genutzt. Eingesetzt werden Quantum Dots vor allem von Samsung in der neuen SUHD Reihe . Auch Sony setzt Quantum Dots in seinen Fernsehern mit einem Triluminos Display ein. Bisher wurden die Quantenpunkte meistens aus Cadmiumverbindungen (welches giftig ist) gefertigt. Samsungs SUHD Quantum Dot Fernseher sollen aber frei von Cadmium sein.

 

Vor- und Nachteile von Quantum Dot und OLED Fernsehern

 

Quantum Dot Fernseher OLED Fernseher
günstig Leuchtstark
hohe Lebensdauer gute Farbreproduktion
Leuchtstark hervorragende Schwarzwerte
gute Farbreproduktion Betrachtungswinkel
Energieeffizienz teuer
Betrachtungswinkel  
Schwarzwerte  

 

Was ist in Zukunft mit Quantum Dots möglich?

Der nächste Schritt ist möglicherweise eine Matrix von blauen LEDs hinter einem Quantum Dot Film. Damit könnte man auf die LCD-Schicht zu verzichten. So könnten wie bei OLEDs einzelne Pixel ausgeschaltet werden um bessere Schwarzwerte zu erreichen - der größte Vorteil von OLEDs.

 

Quantum Dot Farbspektrum Foto: © "Samsung"

Eine weitere Möglichkeit ist, dass die Quantum Dots selbst als Lichtquelle dienen. Anstatt blaues Licht durch Fluoreszens in die gewünschte Farbe umzuwandeln, können Quantenpunkte auch selbst Licht emittieren. Ob das technisch in einem Fernseher machbar ist, und wie effizient ist aber noch fraglich. Ein Problem könnte die Herstellung blauer Quantenpunkte zu sein. Blaue Quantenpunkte (~2nm) sind nahe an der Minimalgröße, brauchen deswegen präzise Fertigunsprozesse. Das könnte der Grund sein weshalb im Augenblick nur rote und grüne Quantum Dots genutzt werden.