Großer Farbraum und längere Lebensdauer Quantum-Dot-Technik für TV- und Signage-Displays

Ein großer Farbraum ist für Fernseher wünschenswert und für professionelle Signage-Displays notwendig. Mit Quantum-Dots können Display-Hersteller dieser Forderung nachkommen und die Lebensdauer ihrer Geräte verlängern.

Quantum Dots (Quantenpunkte) werden bereits in der Solar- und der Medizintechnik eingesetzt, genauso in Leuchtmitteln und der Sicherheitstechnik. Im Display können sie ebenfalls angewendet werden. Als erster Elek­tronikhersteller setzt die Samsung Electronics GmbH diese Technik seit 2015 ein, insbesondere für die Herstellung von Fernsehgeräten. Die ersten Monitore mit Quantum-Dot-Technologie wurden von Samsung auf der IFA 2016 vorgestellt. Die Technik ermöglicht eine umfangreiche Farbraumabdeckung und ist damit für die Herstellung von Displays geeignet, die hohen Ansprüchen an die Farbdarstellung genügen müssen.

Quantum Dots sind Nano-Kristalle aus Halbleitermaterialien, die einen Teil des Lichtspektrums absorbieren und wieder aussenden können. Die Emissionsfarbe hängt dabei von der Größe und dem Halbleitermaterial des Quantum Dot ab. Im Vergleich zu Leuchtdioden (OLEDs), in denen organische Halbleitermaterialen aus Kohlenstoffverbindungen zum Einsatz kommen, werden für Quantum Dots anorganische Halbleiter verwendet. Zu den anorganischen Halbleitern gehören beispielsweise Elemente wie Silizium (Si) und Germanium (Ge), aber auch chemische Verbindungen wie Galliumarsenid (GaAs), Indiumantimonid (InSb) und Cadmiumsulfid (CdS). Diese Halbleiter-Partikel haben den Vorteil, dass sie nur wenige Nanometer groß sind und damit bis zu 10.000-mal kleiner als ein menschliches Haar (Bild 1). Entsprechend flexibel lassen sich Quantum Dots in eine Struktur einfügen und sind durch ihre kristalline Struktur außerdem besonders stabil und gut zu verarbeiten.

Quantum Dots – genau genommen eine mittelalterliche Technik

Bereits im 15. und 16. Jahrhundert, als Kirchen und Kathedralen oft mit bunten Bleiglasfenstern geschmückt wurden, mischten die Glasmacher Metallpulver unter die Schmelze und brachten auf diese Weise Quantum Dots in das Glas ein. Die genauen Mechanismen, die zu der intensiven Farbdarstellung hinter dieser Technik führten, konnten erst 1970 im Detail erklärt werden. Zu dieser Zeit der globalen Ölkrise wurde vermehrt nach alternativen Energiequellen geforscht und bald rückten Solarzellen in den Fokus der Forschung. Eher beiläufig stießen die Wissenschaftler Dr. Louis Brus und Dr. Alexei Ekimov dabei auf die Halbleiter-Kristalle und untersuchten deren optische Eigenschaften. Aus dieser Zu­falls­ent­de­ckung sind bereits einige Innovationen in einem breit gefächerten Anwendungsgebiet hervorgegangen. In Leuchtmitteln geben sie beispielsweise weißes Licht in einem natürlicheren, warmen Farbton wieder, als es mit vielen der konventionellen Lichtquellen möglich ist. Das wichtigste Anwendungsgebiet ist sicherlich die Solartechnik. Quantum Dots haben nicht nur einen höheren Absorptionskoeffizienten als Materialien, die typischerweise in Solarzellen eingesetzt werden, sondern absorbieren auch andere Spektralbereiche des Sonnenlichts. Neben diesen beiden Bereichen finden Quantum Dots auch Anwendung in der diagnostischen Medizintechnik und in Sicherheitslösungen zur Falschgelderkennung.

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Quantenpunkte in Displays