Ett Purdue-anslutet företag utvecklar en ny tids- och kostnadseffektiv mjukvaruteknik som kan erbjuda ett mer effektivt och realistiskt sätt att modellera och simulera lysdioder (LED) för att uppnå kraftfullare och mer effektiva LED-ljuskällor som ofta används i allmänhet belysning, bilbelysning och hemelektronik.

Tillmann Kubis, en forskarassistent, och Gerhard Klimeck, en professor, både på Purdues School of Electrical and Computer Engineering, i Purdue's Network for Computational Nanotechnology och Purdue's Center for Predictive Materials and Devices, tillsammans med Junzhe Geng, en doktorand i Klimecks nanoelektroniska modelleringsgrupp, grundade företaget LEDcentral LLC för att kommersialisera tekniken.

LEDcentrals mål är att förbättra designen av LEDs effektivitet och uteffekt.

"Den mest effektiva LED -lampan på marknaden just nu har en ganska svag effekt, så det vi försöker göra är att utveckla ett sätt att ha hög uteffekt och ändå uppnå hög effektivitet. Just nu är det inte möjligt på grund av det som kallas effektivitetshopp. Det är inte helt förstått var hänget kommer ifrån eller hur man löser det, så det är där vår mjukvarumodell kommer in i bilden, " sa Kubis. "För närvarande, vi är speciellt intresserade av blå LED-lampor, som är grunden för vita glödlampor. Vi strävar efter att våra modeller ska hjälpa industrin att utveckla kraftfullare och mer effektiv LED-teknik."

LEDcentrals modelleringsprogram kan spara både tid och pengar i utvecklingsprocessen.

"Istället för att tillverka hundratals enheter, du kan simulera tusentals av dem, och välj sedan de 10 bästa du verkligen bryr dig om, " sade Kubis. "Dessutom, om du har experimentella data som du inte helt förstår, vi kan förklara varför beteendet observeras. Vi kan förklara experiment som har hänt och förutsäga experiment som inte har hänt. Användare kan köra vår teknik på en lokal dator och vi har också användargränssnitt så att det är enkelt att använda för en person som inte är utbildad i programvaran. "

Kubis sa att konventionella modeller kan vara otillräckliga och dyra.

"De modeller som finns inom industrin och akademin är baserade på klassiska tillvägagångssätt där elektroner betraktas som partiklar, men deras beteende bör studeras i ett mångskaleparadigm, dvs atomistisk upplösning på en mikrometerlängdskala, " sa han. "Modeller på nanometerskalan gör ett ganska bra jobb, men viktiga LED-egenskaper saknas. Dessutom, Försöken att modellera fysiken på kvantnivå är vanligtvis mycket dyra. Kvantmekaniken fångas och den lilla skalan är helt täckt, men dessa försök är inte särskilt effektiva."

Det är mycket svårt för designers inom akademi och industri att få en djupare förståelse för LED-processer för att vägleda designförbättringar, Kubis lade till.

"LED-enheter är små och dyra att tillverka. Det är inte möjligt att tillverka hundratals av dessa enheter utan att leta efter förbättringar, eftersom den involverade fysiken är mycket icke-linjär och mycket komplicerad, " sa han. "Om en förändring i enhetens struktur gör att den kan prestera bättre, du kan inte bara fortsätta implementera den förändringen och förvänta dig att den fortsätter att utveckla enheten. Denna insikt i fysikkomponenten kan verkligen hjälpa till att vägleda och ge råd om designförbättringar."

Teknik som används av LEDcentral är licensierad genom Purdue Research Foundation Office of Technology Commercialization. Företaget är medlem i Purdue Startup Class 2017. LEDcentrals programvara används i befintlig kod.

"Vår teknik har implementerats i en befintlig programvara och används för närvarande. Vår metod är verkligen effektiv och våra resultat har visat att vi ligger väldigt nära experimentdata, närmare än någon annan metod som utvecklats hittills, ", sa Kubis. "Vi har fått mycket positiv feedback hittills och upptäckte att efter att ha tagit emot riktig enhetsdata så stämde våra modelleringsdata nästan perfekt överens."

Övergripande, programvaran kan i hög grad påverka miljöpåverkan LED-lampor har, Kubis lade till.

"Om vi ​​kan, med liten ansträngning, byt ut alla dessa ineffektiva glödlampor, energisvinnet skulle kunna minskas enormt, " sa han. "Det finns en enorm miljöaspekt i vad vår teknik skulle kunna göra."

LEDcentral planerar att släppa sin produkt inom en snar framtid.

"Just nu är vår teknik endast tillgänglig för de som använder en specifik plattform som har kommersialiserats av ett annat företag. För offentlig utgivning har vi använt nanoHUB ganska flitigt eftersom det erbjuder onlineutbildning, seminarier, papper, läroböcker, presentationer och onlineverktyg, " Kubis sa. "Vår teknik kommer att vara en del av ett verktyg i en förenklad version. Detta skulle stödja vår verksamhet men också göra det möjligt för elever och klasser att dra nytta av det. Inom ett år borde den vara tillgänglig."