Quantum Dots - was ist das?

Quantum Dots: Funktionsweise

Bei der Quantum Dots-Technik wird eine Folie, bestehend aus Milliarden von Nanokristallen verwendet. Die Folie besteht aus zwei sich unterscheidenden Sorten von Kristallen. Diese variieren außerdem in ihrer Größe. Als Hintergrundbeleuchtung dient blaues Licht. Das blaue Licht regt die Atome der Kristalle dazu an zu leuchten. Je nach Sorte und Größe von Kristallen, werden diese zum Leuchten in kräftigem Rot bzw. Grün gebracht. Die Kombination aus diesen beiden Farben und der blauen Hintergrundbeleuchtung wird vom Menschen als weiß wahrgenommen. An der Stelle sei auf die Additive Farbmischung verwiesen: Wikipedia.

Die verschiedenen Farben können dank intelligenter Steuerung bzw. guter Bildprozessoren gemischt/kombiniert werden. Auf dem Flüssigkristall-Display werden so Bildpunkte bzw. Pixel in verschiedenen Farben dargestellt. Für das menschliche Auge entsteht ein Bild.

Eine weitere Eigenschaft von Quantum Dots ist, dass man sie dazu bringen ganz von sich aus zu leuchten. Diese Eigenschaft erinnert sehr stark an organische LED. In Zukunft werden die Unternehmen vermehrt in diesem Bereich forschen. Selbstleuchtende Dots würden die Fernseher noch mal etwas energieeffizienter machen.

Videodemonstration zu Quantum Dot

Das Video zeigt sehr schön, wie QDs funktionieren. In absoluter Dunkelheit erkennt man nichts. Wird aber das Gefäß mit einer bestimmten Art von Nanokristallen aktiv mit blauem Licht angeleuchtet, erstrahlt es sehr hell.

Quantum Dots: Vorteile

Quantenpunkt-Technologie ist leichter und günstiger herzustellen, als OLED-Technologie. Die Leuchtdichte sowie das Farbspektrum, was mit der Nanokristallfolie erzeugt werden kann, ist deutlich höher als bei bekannten Technologien, wie etwa LED - an OLED kommen sie allerdings nicht ganz heran. Nichts desto trotz ist damit ein grandioses Bild erzeugbar.

Aus der oben gezeigten Grafik lässt sich ein weiterer Vorteil erahnen. Man kann über die Punktgröße die Farbwiedergabe steuern. Gleichzeit wissen wir aus dem Schulunterricht, dass man verschiedene Farben miteinander mischen kann und es entstehen andere Farben. Bei der Farberzeugung mit Hilfe von Quantum Dot wird es ganz ähnlich gemacht. Samsung stellt hierzu ein sehr schönes Bild zur Verfügung.

Quantum Dots: Nachteile

Zu Beginn wurden die genannten Nanokristallfolien unter Verwendung des Schwermetalls Cadmium hergestellt. Der Stoff ist giftig und wird daher sehr kritisch. Außerdem ist es verboten ihn einzusetzen - lediglich in kleinen Mengen darf er in Elektronik vorkommen. Als Laie kann man sich vorstellen, dass vor allem der Herstellungsprozess umweltschädliche Cadmium-Ionen freisetzt - diese sind auch unter dem Kürzel Cd 2+ bekannt. Das "2+" steht für zweifach positiv geladen.

Unternehmen, wie Dow Chemical oder Nanoco Technologies sind in der Forschung allerdings bereits so weit, dass sie Nanokristallfolien ohne Cadmium und andere Schwermetalle anbieten können. Besonders Nanoco hat sogar ein spezielles Produkt mit der Markenbezeichnung "CFQD" auf den Markt gebracht. Damit rückt diese Technologie zunehmend in den Fokus von Unternehmen, wie Samsung, Sony und LG, die bereits entsprechende Fernseher angekündigt haben. Auch bei einigen Punkten bzgl. der Bildqualität muss man Abstriche machen. Bildschirme auf Basis von Quantum Dots können (noch) nicht an die Kontrastverhältnisse und Schwarzwerte von OLED herankommen. Vor allem beim "Erzeugen" von Schwarz müssen recht große Anstrengungen unternommen werden. Moderne Bildprozessoren sind daher in der Lage kleine Bereiche eines LCD von der Lichtstärke her herunterzuregeln, damit dort ein möglichst schönes schwarz zu sehen kann. Diese Funktion wird als "Local Dimming" bezeichnet. Die Hintergrundbeleuchtung wird stellenweise heruntergesetzt bzw. geschwächt. Funktioniert dies nicht ganz so gut, äußert sich das in einem schwarz, was eher als dunkles grau zu bezeichnen ist.

Ein weiterer Punkt bei dem Quantenpunkt Technologie noch hinter OLED liegt, ist der Betrachtungswinkel. Die meisten werden sich hier nicht beklagen, weil dieser auf "normalen" Niveau ist. Trotzdem muss erwähnt werden, dass OLED einen sehr spitzen Winkel problemlos möglich macht.

Im Herstellungsprozess müssen die Hersteller wohl noch an der Machbarkeit bei besonders kleinen Quantum Dots schrauben. Das Herstellen großer (ab 3 nm Durchmesser) punkte ist problemlos möglich.

Quantum Dots in Fernseher: Fazit

Das Bild kommt zwar nicht ganz an OLED heran, aber der deutlich günstigere Preis bei leichterer Herstellung rechtfertigen den Einsatz von Quantum Dots. Die Hersteller werden in diesem Jahr so einige Geräte auf den Markt bringen, die keine OLED sind. Insgesamt gehört vermutlich den Quantum Dots die TV-Bühne für die kommenden Jahre. An OLED wird sicherlich trotzdem weiter geforscht - die Technik birgt aber noch das ein oder andere Problem. Wir, als Verbraucher, sollten uns über die QD-Technik freuen - wir bekommen ein sehr gutes Bild, vergleichbar mit dem von OLED-Displays zu einem besseren Preis. Vorausgesetzt natürlich die Qualität des gezeigten Bildes bzw. Bildmaterial lässt entsprechende Qualität zu!

Mittlerweile gibt es tatsächlich Hersteller auf dem Markt, vor allem Sony und Samsung, die entsprechende Geräte verkaufen. Hier tut sich also immer mehr. In der Display-Technik sind Quantenpunkten aus umweltfreundlichem Nanomaterial, d.h. ohne Cadmiumionen und andere Schwermetallverbindungen, gibt es beispielsweise mittlerweile in Masse von Samsung (siehe QLED Fernseher). Die Forschung arbeitet ebenfalls immer weiter an QD-Material, hier zu erwähnen ist zum Beispiel das Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung, das regelmäßig über InP/ZnS-QDs berichtet - hierbei steht InP für Indiumphospid und ZnS für Zinksulfid. Auch hier geht man den Weg die Emissionswerte der Nanopartikel über die Partikelgröße sowie die Partikeloberfläche zu beinflussen.