Una società affiliata alla Purdue sta sviluppando una nuova tecnologia software conveniente in termini di tempo e costi che potrebbe offrire un modo più efficiente e realistico per modellare e simulare diodi a emissione di luce (LED) al fine di ottenere sorgenti luminose a LED più potenti ed efficienti spesso utilizzate in generale illuminazione, illuminazione automobilistica ed elettronica di consumo.

Tillmann Kubis, un professore assistente di ricerca, e Gerhard Klimeck, un professore, sia nella Scuola di Ingegneria Elettrica e Informatica di Purdue, nella rete di Purdue per la nanotecnologia computazionale e nel Centro di Purdue per materiali e dispositivi predittivi, insieme a Junzhe Geng, uno studente laureato nel gruppo di modellazione nanoelettronica di Klimeck, ha co-fondato la società LEDcentral LLC per commercializzare la tecnologia.

L'obiettivo di LEDcentral è migliorare la progettazione dell'efficienza e della potenza di uscita dei LED.

"La lampadina a LED più efficiente sul mercato in questo momento ha un'emissione piuttosto debole, quindi quello che stiamo cercando di fare è sviluppare un modo per avere un'elevata potenza di uscita e ottenere comunque un'elevata efficienza. In questo momento ciò non è possibile a causa di quello che viene chiamato calo dell'efficienza. Non è del tutto chiaro da dove provenga il collasso o come risolverlo, ed è qui che entra in gioco il nostro modello software, " Kubis ha detto. "Attualmente, siamo particolarmente interessati alle luci a LED blu, che sono la base per le lampadine a luce bianca. Il nostro obiettivo è che i nostri modelli aiutino l'industria a sviluppare una tecnologia LED più potente ed efficiente".

Il software di modellazione di LEDcentral potrebbe far risparmiare tempo e denaro nel processo di sviluppo.

"Invece di fabbricare centinaia di dispositivi, puoi simularne migliaia, e poi scegli i 10 migliori a cui tieni davvero, " disse Kubis. "Inoltre, se disponi di dati sperimentali che non comprendi appieno, possiamo spiegare perché si osserva il comportamento. Siamo in grado di spiegare esperimenti che sono avvenuti e prevedere esperimenti che non sono avvenuti. Gli utenti possono eseguire la nostra tecnologia su un computer locale e abbiamo anche interfacce utente in modo che sia facile da usare per una persona che non è addestrata al software".

Kubis ha affermato che i modelli convenzionali potrebbero essere insufficienti e costosi.

"I modelli esistenti nell'industria e nel mondo accademico si basano su approcci classici in cui gli elettroni sono considerati particelle; tuttavia, il loro comportamento dovrebbe essere studiato su un paradigma multiscala, cioè risoluzione atomistica su una scala di lunghezza micrometrica, " ha detto. "I modelli su scala nanometrica fanno un lavoro abbastanza buono, ma mancano importanti proprietà del LED. Inoltre, i tentativi di modellare la fisica a livello quantistico sono solitamente molto costosi. La meccanica quantistica viene catturata e la piccola scala è completamente coperta, ma questi tentativi non sono molto efficienti."

È molto difficile per i progettisti del mondo accademico e industriale acquisire una comprensione più profonda dei processi LED per guidare i miglioramenti del design, Kubis ha aggiunto.

"I dispositivi LED sono piccoli e costosi da realizzare. Non è possibile realizzare centinaia di questi dispositivi senza verificare i miglioramenti, perché la fisica coinvolta è molto non lineare e molto complicata, " ha detto. "Se un cambiamento nella struttura del dispositivo gli consente di funzionare meglio, non puoi semplicemente continuare a implementare quel cambiamento e aspettarti che continui a far avanzare il dispositivo. Questa visione della componente fisica può davvero aiutare a guidare e consigliare miglioramenti del design".

La tecnologia utilizzata da LEDcentral è concessa in licenza tramite l'Ufficio per la commercializzazione della tecnologia della Purdue Research Foundation. L'azienda è membro della Purdue Startup Class del 2017. Il software di LEDcentral viene utilizzato nel codice esistente.

"La nostra tecnologia è stata implementata in un software esistente ed è attualmente in uso. Il nostro metodo è davvero efficiente e i nostri risultati hanno dimostrato che siamo molto vicini ai dati sperimentali, più vicino di qualsiasi altro metodo sviluppato finora, " Ha detto Kubis. "Finora abbiamo ricevuto un feedback molto positivo e abbiamo scoperto che dopo aver ricevuto i dati reali del dispositivo, i nostri dati di modellazione erano quasi in perfetto accordo".

Globale, il software potrebbe influenzare notevolmente l'impatto ambientale delle luci a LED, Kubis ha aggiunto.

"Se possiamo, con poco sforzo, sostituire tutte queste lampadine inefficienti, lo spreco di energia potrebbe essere drasticamente ridotto, " ha detto. "C'è un enorme aspetto ambientale in ciò che la nostra tecnologia potrebbe fare".

LEDcentral prevede di rilasciare il suo prodotto nel prossimo futuro.

"In questo momento la nostra tecnologia è disponibile solo per coloro che utilizzano una piattaforma specifica che è stata commercializzata da un'altra società. Per il rilascio pubblico abbiamo utilizzato nanoHUB in modo abbastanza esteso in quanto offre formazione online, seminari, documenti, libri di testo, presentazioni e strumenti online, " Kubis ha detto. "La nostra tecnologia sarà parte di uno strumento in una versione semplificata. Ciò sosterrebbe la nostra attività, ma consentirebbe anche a studenti e classi di trarne vantaggio. Entro l'anno dovrebbe essere disponibile".