Введение

За последние несколько лет вопросы энергосбережения приобрели в мире (в том числе и в России) особую актуальность. Различные экспертные оценки показывают, что Россия обладает гигантским потенциалом энергосбережения – более 40% от общего энергопотребления. Одна треть потенциала сосредоточена в отраслях ТЭК, другая треть – в промышленности и стройиндустрии, остальное – в ЖКХ. И при этом Россия признается одной из самых энергоэффективных стран мира. (ссылка)

Светодиодная революция в России ознаменовалась увеличением объема продаж светодиодного оборудования (LED)(ссылка)(расшифровка) до 52 млн евро в год. В России, производство светодиодное оборудование – это новое, но очень успешное направление в экономике . На современном этапе развития страны, светодиоды внедряют во многих областях их возможного использования, в том числе это различные виды освещения. Так, с недавнего времени для освещения помещений на замену стандартным ламповым растровым светильникам пришли светодиодные. Их преимущества, очевидно, превосходят все прежние представления о хорошем освещении помещений.

В настоящее время, появление светодиодных источников света нередко¹ сравнивают с инновационным прорывом в области энергосбережения. Действительно, применение светодиодов в глобальном масштабе способно изменить само наше отношение к вопросам, связанным с освещением. И это не голословное заявление – недавно (когда) было проведено научное исследование ученых из американского университета Rensselaer Polytechnic, опубликовавших доклад, в котором перечислялись все выгоды от глобального перехода на светодиодные светильники.(ссылка на доклад) ( какие выгоды от глобального перехода, и др.)

Современное производство светодиодов связано с рядом значительных трудностей и проблем. В частности, изготовление светодиодов является достаточно новой и динамично развивающейся отраслью, в которой пока не сформированы определенные правила и нормативы.² Любой крупный производитель вынужден ориентироваться на собственные критерии отбора светодиодной продукции, поскольку международных стандартов в этом отношении пока не создано. Нужно сказать, что работа в этом направлении ведется, но специалисты считают, что разработка единых требований к светодиодной светотехнике потребует не одного года. Технология производства светодиодов очень сложна, и это одна из основных причин, затрудняющих создание общих нормативов. Рассмотрим поэтапно, как создаются современные светодиоды. ( какое место занимает Россия) (внедрение СМК позволит России выйти на лидерские позиции на мировом рынке светодиодного производства, и обеспечить себя светодиодной продукцией в условиях импортозамещения)

На основе светодиодов сегодня создаются самые разнообразные источники света: прожекторы, лампы, линейные светильники, светодиодные линейки, светосигнальные приборы и многие другие. Высокие эксплуатационные и светотехнические характеристики светодиодов сделали их производство самой динамично развивающейся отраслью светотехники. А сами светодиодные приборы признаны наиболее перспективными источниками света.

По многим показателям LED светильники являются благоприятными для здоровья и жизнедеятельности человека.

Актуальность темы исследования ( сейчас важно )

светодиодное производство. Актуальность и важность. Повышение качества продукции предприятия светодиодного производства, работающих на территории России, обеспечит высокую конкурентоспособность на мировом рынке . анкетирование. Посмотреть различные исследования

Цель и задачи

Цель: Определение факторов повышения качества продукции светодиодного производства.

1. Анализ современного состояния и тенденций развития предприятий светодиодного производства.

2.Анализ состояния и перспектив развития системы управления качеством.

3.Разработка предложений и рекомендаций по внедрению СМК на предприятии светодиодного производства.

Объект и предмет исследования

Объект исследования: предприятие светодиодного производства ООО «Русалокс»

Предмет исследования: внедрение системы менеджмента качества на предприятии светодиодного производства.

Структура работы. ВКР состоит из введения, трёх глав, включающих 6 параграфов, заключения, библиографии и приложений.

Методика исследования. В ходе выполнения ВКР были использованы такие методы как: анализ нормативно-правовых документов, результатов фундаментальных исследований и научно-прикладных разработок, статистических материалов, отечественного и зарубежного опыта и др., а также моделирование, проектирование и пр.

Практическая значимость

История светодиодов

Светоизлучающие диоды и электролюминесценция известны более века. Генри Раунд (Henry Round), британский экспериментатор из лаборатории Маркони, в 1907 году впервые обратил внимание на эмиссию света при работе с кристаллами карбида кремния и контактным детектором (диодом). В опубликованном отчете, посвященном этому открытию, отмечалось, что под воздействием электрического возбуждения из кристалла карбида кремния выходил свет. Раунд особенно отмечал тот факт, что при низком напряжении он видел желтоватый свет, а затем, по мере увеличения напряжения, в различных точках разных кристаллов, желтый, зеленый, оранжевый и синий. Однако, после этого, до середины 1920-х годов, никаких работ, относящихся к случайно открытой Раундом электролюминесценции, в печати больше не появлялось.³

В это время, русский экспериментатор Олег Лосев успешно создал светодиод после того, как обнаружил, что используемые в радиоприемниках диоды испускали свет при протекании через них электрического тока. В течение последующих лет он исследовал это явление и опубликовал множество работ, описывающих связь спектров излучения с вольтамперными характеристиками диодов. В 1927 Лосев запатентовал «световое реле». Это была первая ссылка на использование светодиодов в целях коммуникации.

И, хотя Раунд и Лосев сдвинули изучение электролюминесценции с мертвой точки, выбранное ими направление дальнейшего движения оказалось бесполезным для практики. Используемый в точечных диодах карбид кремния в то время был полупроводником с непрямой запрещенной зоной, и, как следствие, неэффективным. Производимый им свет, в лучшем случае, был слаб.

В 1955 Рубин Браунштайн (Rubin Braunstein) из Radio Corporation of America сообщил об инфракрасном излучении, генерируемом простыми диодными структурами, сделанными на основе арсенида галлия, антимонида галлия, фосфида индия и сплавов кремний-германий. Спустя несколько лет, исследователи из Texas Instruments Боб Биард и Гари Питтмен (Bob Biard и Gary Pittman) обнаружили, что под воздействием электрического тока арсенид галлия излучает инфракрасный свет. В 1961 году ими был получен первый патент на инфракрасный светодиод.

Основатели

В начале 1960-х годов Ник Холоньяк (Nick Holonyak) из General Electric занимался исследованиями комбинаций галлия, мышьяка и фосфида в поисках путей создания туннельных диодов с большей шириной запрещенной зоны. При содействии сослуживца д-ра Роберта Холла (Robert Hall), изобретателя арсенид галлиевого лазера, Холоньяк в 1962 году создал лазер с видимым излучением. Вскоре после этого началось коммерческое внедрение первых светодиодов видимого (красного) спектра.

Холоньяк стал профессором Иллинойского университета в 1963 году. Именно там у него учился аспирант М. Джордж Крэфорд (M. George Craford), который в 1972 году изобрел желтый светодиод, а яркость красных и красно-оранжевых сумел увеличить на порядок.

Усилиями Крэфорда и Холоньяка компания Monsanto, в которой ранее служил Крэфорд, смогла впервые организовать массовое производство светодиодов видимого спектра, а также, семисегментных индикаторов на их основе. Первые стали применяться в лабораторном и электронном оборудовании, вторые — в коммерческих приборах, таких как телевизоры, радиоприемники, телефоны, калькуляторы и часы.

Заметно снизить себестоимость производства светодиодов удалось в середине 1970-х компании Fairchild Optoelectronics. Разработчики компании впервые использовали планарную технологию изготовления полупроводниковых кристаллов, изобретенную доктором Жаном Эрни (Jean Hoerni) из фирмы Fairchild Semiconductor. Комбинация этой уникальной, используемой и по сей день, технологии и новых методов упаковки позволила пионеру оптоэлектроники Томасу Брандту (Thomas Brandt) и группе его сотрудников намного снизить производственные затраты и, одновременно, повысить надежность их светодиодов.

В 1976, Т.П. Пиэрсолл (T.P. Pearsall) изобрел уникальный полупроводниковый материал, длина волны излучения которого была специально оптимизирована для передачи по оптоволокну. На базе этого материала им был создан первый сврхяркий высокоэффективный светодиод.⁴

Арсенид галлия-алюминия (GaAlAs) стал широко использоваться как полупроводниковый материал в середине 1980-х годов. Он позволил поднять яркость светодиодов, уменьшить рассеиваемую мощность и повысить гибкость использования за счет появления возможности импульсного питания и мультиплексирования. А это, в свою очередь, расширило список возможных применений светодиодов, добавив в него сканеры штрих-кодов, системы волоконно-оптической связи и медицинское оборудование.

Однако оставались нерешенными некоторые проблемы, связанные с первыми GaAlAs светодиодами, а именно — единственная длина волны излучения (660 нм) и значительная деградация светоотдачи, существенно большая, в сравнении со светодиодами, выпускавшимися по традиционной, на то время, технологии. К 1987 году компания Hewlett Packard усовершенствовала технологию GaAlAs све- тодиодов настолько, что их яркость стала достаточной для замены автомобильных габаритных огней и стоп-сигналов. Это была знаменательная веха в истории светодиодов, когда впервые в светотехнических приложениях появилась возможность замены ламп накаливания светодиодами.

В конце 1980-х — начале 1990-х годов появился и стал использоваться более эффективный полупроводник — фосфид алюминия- галлия-индия (AlGalnP). Благодаря возможности управления шириной запрещенной зоны, новый материал позволил значительно уменьшить деградацию светоотдачи и расширить цветовой диапазон. Отныне зеленые, желтые, оранжевые и красные светодиоды стали изготавливаться по одной и той же технологии.

Синие светодиоды

Теперь недоставало только чистого синего светодиода. Первые эксперименты в попытке создать такой прибор были выполнены Жаком Панковом (Jacques Pankove) в лабораториях RCA в середине 1970-х, однако результаты оказались более чем скромными. Была очевидна необходимость дополнительных исследований.

В конце 1980-х служащие университета Нагои Исаму Акасаки (Isamu Akasaki) и Ироси Амано (Hiroshi Amano) совершили важный прорыв в технологии выращивания эпитаксиальных структур нитрида галлия и легирования p-примесями. Результаты своих исследований они принесли в компанию Nichia Corporation, чтобы в 1993 году, используя нитрид индия-галлия, продемонстрировать первый ярко-синий светодиод. Этим открытием завершилось формирование RGB триады цветов, и потребовалось совсем немного времени, чтобы мы смогли увидеть на улицах полноцветные вывески и экраны.

В 1995 году в лаборатории Кардиффского университета Альберто Барбьери (Alberto Barbieri) занимался проблемами повышения эффективности и надежности высокоэффективных светодиодов, и с успехом продемонстрировал впечатляющие результаты, достигнутые при использовании прозрачных контактов на светодиодах из алюминия-галлия-индия-фосфида/арсенида галлия (AlGalnP/GaAs). Последние достижения в области синих светодиодов, в совокупности с усовершенствованиями, сделанными Барбьери, быстро привели к появлению первых высокоэффективных белых светодиодов, в которых смешение желтого излучения люмино- форного покрытия с синим излучением кристалла дают результирующее свечение, кажущееся белым.

Глядя в будущее

В течение двух последних десятилетий популярность и диапазон использования⁵ светодиодов удвоились. Сегодня, благодаря их эффективности и долгосрочной надежности, с ними связывают главные решения будущего в области светотехники. Но исследования продолжаются, и имеются все признаки того, что мы станем свидетелями новых открытий, которые сделают светодиоды еще более мощными, надежными и дешевыми.

Управляющий директор РОСНАНО Сергей Поликарпов провел презентацию дорожной карты, которая разрабатывалась силами совместной рабочей группы РОСНАНО и Государственного университета – Высшей школы экономики на протяжении полутора лет. В разработке приняли участие ведущие специалисты в области светодиодной техники.

О своем видении перспектив развития светодиодной промышленности в России рассказал директор по развитию ЗАО «Оптоган» Алексей Ковш и заместитель генерального директора ЗАО «Светлана-Оптоэлектроника» Алексей Мохнаткин. По словам г-на Мохнаткина, ЗАО «Светлана-Оптоэлектроника» планирует к октябрю запуск серийного производства белых светодиодов в объеме 3 млн. одноваттных светодиодов в месяц.

представители ОАО РЖД рассказали об основных путях применения СИД на железнодорожном транспорте: это и освещение станций и вокзалов, подвижного состава, и сигнальная техника. Уже на сегодняшний день 98% маршрутных указателей в РЖД основаны на светодиодах. По мнению представителей ОАО РЖД основными проблемами, связанными с внедрение светодиодов на ж/д транспорте являются ответственность РЖД за здоровье и комфорт пассажиров, и, таким образом, необходимость проведения гигиенических исследований по всем направлениям. Кроме того было высказано пожелание скоординированной разработки и принятия ГОСТов, касающихся светодиодов и техники на их основе.

На встрече выступил генеральный директор РОСНАНО Анатолий Чубайс. ⁶Он подчеркнул значимость светотехнической отрасли в России - и с позиций возможностей инновационного развития, и с позиций наличия гигантского внутреннего рынка и технического задела российских компаний. – Наша задача, - отметил А.Чубайс, – возникновение к 2015 году индустрии светодиодов с объемом 900 млрд. рублей ежегодно.

10 Достоинств led светильников, произведенных в России:

Светодиодные светильники отечественного производства обладают следующими возможностями:

Создают яркое направленное освещение целевых зон и рабочих поверхностей внутри помещений и на открытом воздухе. Благодаря чему на 30-40% минимизируют потери, обусловленные фокусированием и экранированием света. Другие виды ламп относятся к ненаправленным источникам света. Это означает, что всего 60-70% используется для освещения требуемой зоны, а остальная энергия тратится впустую.

Обеспечивают экономию до 80% энергии.

Работают в любых погодных условиях, при высоких и низких температурах, т.е. там, где другие источники света плохо работают или вовсе отказываются функционировать.

Освещают объекты в течение 50 000 – 100 000 часов. Они не имеют подвижных частей, нитей накаливания и газа, поэтому работают длительное время без сбоев. Галогенные лампы требуется менять в 13-20 чаще светодиодных, люминесцентные лампы мощностью 32 Вт теряют до 40% своего срока службы, а это всего 13 200 часов полезной работы. Лампы накаливания мощностью 60 Вт работают не более 1 000 часов.

Обеспечивают стабильный свет, при этом между светильниками отсутствуют цветовые перепады. Максимальную эффективность светодиодного освещения и его высокую гибкость обеспечивают цифровые контроллеры.

Просты в уходе и эксплуатации. Решают проблему «грязного» освещения.

Устойчивы к воздействию вибрации и механическим повреждениям. LED светильники можно использовать даже после снижения светового потока. Традиционные лампы накаливания в таких ситуациях быстро выходят из строя.

Используются в термочувствительных зонах, поскольку не дают ИК-излучения.

Устанавливаются там, где применение других источников света невозможно из соображений безопасности.

Сберегает ресурсы нашей планеты, и являются безопасными для окружающей среды. Тогда как утилизация люминесцентных ламп, содержащих фосфор и токсичную ртуть, является серьезной экологической проблемой.

LED светильники не излучают вредных УФ-лучей, чего нельзя сказать о люминесцентных источниках освещения. УФ – излучение негативно влияет на здоровье светочувствительных людей, а также на ценные предметы интерьера,

картины (особенно на акварель) и текстиль, разрушая красоту интерьера буквально «на глазах».

Перспективы использования LED освещения уже не оспариваются, однако, до сих пор нет единого мнения относительно воздействия светодиодов на зрение, физическое здоровье и психофизиологическое состояние человека.

Приход светодиодных источников света в сферу освещения оказал сильнейшее влияние на исследования по качеству света. Актуальность исследований обусловлена 3 факторами:

- люди проводят большую часть времени при искусственном освещении;

- светодиодные источники света обладают своей спецификой, которая выделяет их на фоне традиционных ламп. Для светодиодов характерно наличие сильного излучения в голубом спектре и дефицит излучения в красном. Использование белых светодиодов в светильниках позволяет создать «умное освещение», способное подстраиваться под биологические ритмы человека;

- открыт неизвестный ранее вид глазных рецепторов, который не принимает участие в зрительном процессе, но синхронизирует биоритмы человека с состоянием световой среды.

И если в вопросе энергосбережения и энергоэффективности большинство исследователей сошлись в том, что замена LED светильниками ламп накаливания и других источников света целесообразна, то по качеству света ведется активная дискуссия.

Сегодня физика работы светодиода кажется весьма простой: при подаче «прямого» напряжения на p- и n- области кристалла полупроводника, через p-n переход носителями положительных и отрицательных зарядов начинает создаваться электрический ток. В процессе передачи тока происходит так называемая рекомбинация - слияние и взаимная компенсация электронов (отрицательных зарядов) и «дырок» (положительных зарядов). Но рекомбинация, как явление энергетических превращений, обязательно сопровождается излучением какого-либо кванта. В обычных полупроводниках высвобожденная энергия рекомбинации превращается в тепло. Но изменяя состав полупроводникового кристалла, возможно достичь эффекта, когда «свободным» квантом рекомбинации будет фотон. А фотон, как известно - квант света. Таким образом, свечение светодиода есть следствие рекомбинации зарядов в p-n переходе полупроводника специального состава. Очевидно, что если практически вся энергия рекомбинации переходит в световую, на тепловую ничего не остается. Этим объясняется отсутствие нагрева работающего светодиода. Точнее, небольшой нагрев рабочего тела имеет совсем другую природу, нежели рождение света. Цвет излучаемого светодиодом света не монохроматичен, как у лазера, но имеет довольно узкий спектр, что долгое время определяло область применения светодиодов как индикаторных приборов. Но в зависимости от состава полупроводника, оказалось возможным создавать светодиоды, излучающие от средне-инфракрасного до жесткого ультрафиолетового спектры. Эта особенность светодиодов сильно расширила горизонты применения приборов, от медицинских до научно-исследовательских лабораторий

Яркость светодиодов очень хорошо поддается регулированию, но не за счет снижения напряжения питания - этого-то как раз делать нельзя, - а так называемым методом широтно-импульсной модуляции (ШИМ), для чего необходим специальный управляющий блок (реально он может быть совмещен с блоком питания и конвертором, а также с контроллером управления цветом RGB-матрицы). Метод ШИМ заключается в том, что на светодиод подается не постоянный, а импульсно-модулированный ток, причем частота сигнала должна составлять сотни или тысячи герц, а ширина импульсов и пауз между ними может изменяться. Средняя яркость светодиода становится управляемой, в то же время светодиод не гаснет. Небольшое изменение цветовой температуры светодиода при диммировании несравнимо с аналогичным смещением для ламп накаливания.

Яркость светодиода характеризуется световым потоком и осевой силой света, а также диаграммой направленности. Существующие светодиоды разных конструкций излучают в телесном угле от 4 до 140 градусов. Цвет, как обычно, определяется координатами цветности и цветовой температурой, а также длиной волны излучения

Влияние температуры.

Говоря о температуре светодиода, необходимо различать температуру на поверхности кристалла и в области p-n-перехода. От первой зависит срок службы, от второй - световой выход. В целом с повышением температуры p-n-перехода яркость светодиода падает, потому что уменьшается внутренний квантовый выход из-за влияния колебаний кристаллической решетки. Поэтому так важен хороший теплоотвод. Падение яркости с повышением температуры не одинаково у светодиодов разных цветов.

Светодиоды находят применение практически во всех областях светотехники, за исключением освещения производственных площадей, да и там могут использоваться в аварийном освещении. Светодиоды оказываются незаменимы в дизайнерском освещении благодаря их чистому цвету, а также в светодинамических системах. Выгодно же их применять там, где дорого обходится частое обслуживание, где необходимо жестко экономить электроэнергию и где высоки требования по электробезопасности.

Использование светодиодных светильников для решения проблемы освещения дорог и прилегающих территорий снижает количество смертельных исходов при авариях примерно на 65%, количество ДТП с травматизмом — на 30%, а материальный ущерб от ДТП в темноте снижается примерно на 15%. Эти данные весьма надежны, так как они получены в результате большого количества исследований, проводившихся в течение длительного времени во многих странах. Освещение дорог оказывает более сильное влияние на количество ДТП с пешеходами в темное время суток (снижение примерно на 50%), чем на другие виды ДТП.

Практический опыт показал, что по мере старения некоторые натриевые лампы начинают «мигать», то есть лампа включается, разогревается как обычно, потом вдруг гаснет, и через минуту все повторяется. Если своевременно не поменять лампу, а реально это не всегда удается, приходится «любоваться» этим эффектом долгое время.

Указанные неблагоприятные факторы особенно начинают сказываться при минусовых температурах. И лампу, которая летом еще могла бы светить, в наиболее неудобный для проведения ремонтных работ период — зимой — необходимо менять на новую.

Отслужившую лампу необходимо отправить на утилизацию, что требует дополнительных денежных затрат. Утечка паров ртути или газов из лампы при ее повреждении приведет к возникновению экологических проблем (негативное влияние на здоровье людей, загрязнение окружающей среды и т. п.). Так, любая ртутная лампа содержит до 100 мг сильнодействующего вещества — паров ртути. Предельно допустимая концентрация этих паров в населенном пункте равняется 0,0003 мг/м2. Можно отметить, что эта опасная проблема остается, если происходит бой ламп при транспортировке и эксплуатации.

Осветительные приборы играют немаловажную роль в нашей жизни. Светодиодное освещение внутри помещения решает ряд проблем, которые существуют при освещении натриевыми и металлогалогеновыми лампами. Таким решением являются потолочные светодиодные светильники (рис. 5) LZ-40-C-S (накладной) и LZ-40-C-R (встраиваемый). Итак, еще раз перечислим преимущества светодиодных светильников:

Долговечность: срок службы до 20 лет.

Экономичность: 2-кратная экономия электроэнергии в сравнении с самыми эффективными газоразрядными лампами.

Надежность: не требуется ежемесячное обслуживание.

Экологическая безопасность: простота и доступность утилизации.

Обеспечение безопасности: уменьшение эффекта «сонливости» у человека за счет блокирования выработки мелатонина (гормона сна); отсутствие эффекта «мерцания», приводящего к утомляемости зрения.

Гарантированно высокое качество освещения: контрастность освещения значительно выше по сравнению с ламповыми аналогами, лучшая цветопередача.

Высокая эффективность спектра: лучшее зрительное восприятие по сравнению с другими источниками света.