Светодиод – это полупроводник компонент, испускающий свет при прохождении сквозь него электрического тока в прямом направлении. Первые светодиоды давали красный свет, позднее были получены светодиоды зеленого и желтого свечения. Прорывом стало создание в 1993 году синего светодиода высокой яркости. 

Есть два пути для получения белого света: многокристальные RGB-светодиоды (красный + зеленый + синий), объединенные в одном корпусе, и синие светодиоды, покрытые слоем люминофора. 
Люминофорные светодиоды недороги и обладают хорошими световыми характеристиками. Однако люминофоры имеют широкий диапазон излучений, поэтому трудно получить свечение необходимого цвета.

В 2012 году группа ученых Массачусетского Технологического института предложила использовать в качестве люминофора квантовые точки.

Квантовая точка – это полупроводник, электрические характеристики которого зависят от его формы и размера. Для проявления существенных квантовых эффектов, размер квантовой точки должен быть очень мал (от нескольких десятков до нескольких сотен атомов). Электрон в таком нанокристалле имеет множество стационарных уровней энергии. При переходе электрона между уровнями излучается фотон. Его энергию можно изменять, меняя размер квантовой точки и, соответственно, регулировать цветовую температуру испускаемого квантовой точкой света. 

Рис.1 – Свечение квантовых точек

Квантовые точки испускают свет в узком спектральном диапазоне, и их срок службы практически неограничен. 

Турецкие исследователи добились рекордного светового потока в 105 лм/Вт от светодиода на квантовых точках. Их разработка представляет собой синий светодиод с гибкой линзой (рис.2), внутри которой находится соединение наночастиц кадмия, селена, цинка и серы, полученное под воздействием высоких температур и находящееся в жидком агрегатном состоянии. 
Для получения чистого белого цвета свет от синих светодиодов нужно преобразовать в зеленый и красный. Экспериментальным путем были определены оптимальные условия для получения квантовых точек, излучающих свечение необходимых цветов. 

Рис.2 – Светодиод на квантовых точках

Квантовые точки позволяют получить новое поколение светодиодных излучающих покрытий, которые можно наносить на гибкие или прозрачные поверхности, а также создать новые типы осветительных приборов, интегрированных в окружающее пространство.

Не светом единым… 

Выпуск квантовых светодиодов в промышленных масштабах – дело будущего, далекого или не очень, а пока квантовые точки применяют в производстве фотоэлементов и LED-мониторов. 
Первый полноцветный дисплей на основе квантовых точек был представлен в 2011г. (Samsung Electronics). Превосходное качество QLED - изображения достигается благодаря высокой точности цветопередачи, в то время как обычные жидкокристаллические мониторы охватывают лишь 20-30% воспринимаемого человеческим глазом диапазона. Стоимость QLED-дисплея достаточно высока. 

Рис.3 – Различия в цветопередаче QLED и ЖК мониторов

Не за горами и внедрение нанохолодильников. Исследовательской группе физиков из Университета Мичигана удалось генерировать холод, используя квантовые свойства светодиодов. 
Если через светодиод пропустить ток в обратном направлении, то вместо генерирования световых фотонов светодиод перестает испускать даже обусловленные физическими законами инфракрасные фотоны теплового излучения. Таким образом для окружающей среды он оказывается «холоднее», чем есть на самом деле. Так как все объекты тяготеют к тепловому равновесию, светодиод начинает поглощать тепло от окружающих его объектов. 
Эффективность такого теплообмена незначительна и уступает лазерному охлаждению. Однако ценность исследования состоит в том, что на практике была доказана возможность создания и применения устройств подобного типа. Потенциал их использования в микроэлектронике достаточно велик. 

Источник ООО «Диод-Систем», https://99ds.ru/blog/svetilniki-na-kvantovykh-tochkakh/