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Quantum Dots - was ist das?

Implementierung von Quantum Dots in Samsung QLED Fernseher

Immer häufiger hört man von Fernsehern, die Quantum Dots einsetzen. Die wenigsten wissen allerdings, was Quantum Dots eigentlich sind bzw. was uns das bringt und wofür diese Quantum Dots eigentlich gut sind. Im Allgemeinen hört man den Begriff Quantum Dots eher als Konkurrenz zur recht neuen OLED-Technologie. Übersetzt heißt Quantum Dots in etwa "Quantenpunkte".

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.

Werden Quantum Dots mit einem Durchmesser von 2nm mit blauem Licht angeleuchtet, erzeugen sie die Farbe türkis. Mit zunehmendem Durchmesser verschiebt sich die Farbe in den roten Bereich. Ab 6 nm erkennt das menschliche Auge die Farbe rot. Dieser Vorgang wird Fluoreszenz genannt und ist in der Folgenden Grafik verbildlicht.
Wahrnehmbares Licht in Abhängigkeit vom Quantum Dot-Durchmesser
Wahrnehmbares Licht in Abhängigkeit vom Quantum Dot-Durchmesser

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

Quantum Dot-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 Dot: Bessere Farben und weniger Stromverbrauch
Bessere Farben und weniger Stromverbrauch

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 sind in der Forschung allerdings bereits so weit, dass sie Nanokristallfolien ohne Cadmium anbieten können - 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 Quantum Dot-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.

Mit den neuen QLED-Fernsehern bietet Samsung im Premium-Segment bereits TVs an, bei deren Produktion die oben erwähnten Gifte nicht freigesetzt wurden.

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.

Fragen & Antworten: Quantum Dots - was ist das?

Hier findest du Fragen (und zeitnah unsere Antworten) zum Thema Quantum Dots - was ist das?, die unsere Besucher in der Box unten gestellt haben.

Frage: Ersetzt "Quantum Dot" das "4K Ultra HD"?

Antwort: Nein, Quantum Dot bzw. Nano Kristall Technologie ist erst einmal eine Technologie zur Darstellung verschiedenfarbiger Pixel auf dem Panel des Fernsehers. Mit 4K Ultra HD wird ein Fernseher beschrieben, der eine Auflösung von 4096 x 2160 Pixel bietet, also selbst von sehr naher Entfernung sehr scharfe Bilder liefert, weil er die Bilder so fein darstellen kann. Das eine hat mit dem anderen also nichts zu tun. Die Begriffe 4K und Ultra HD beschreiben außerdem das gleiche. Also ein 4K Fernseher ist das gleiche wie ein Ultra HD-Fernseher oder kurz ein UHD-Fernseher.

20.02.2017

Frage: Seit wann brauchen OLED eine Hintergrundbeleuchtung in weiß, eigentlich überhaupt eine Hintergrundbeleuchtung? Da war wohl eher LCD gemeint im zweiten Abschnitt.

Antwort: Was für ein blöder Fehler. Der Satz war da schon korrekt, aber schlecht formuliert - damit war im Grunde nur die Eigenschaft gemeint, dass OLEDs selbst leuchtend sind und daher eben die zusätzliche (von LCD bekannte) Lichtquelle in Form von Hintergrundbeleuchtung unnötig ist. Danke für den Hinweis.

17.03.2017


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