为了便捷准确地调节出8位LED背光液晶屏超低色温, 通过Adobe Photoshop软件设置填充色RGB数值, 在LED背光液晶屏上显示色块, 结合自制手机屏幕蓝光吸收膜, 实现超低色温调节。通过光谱分析研究了LED背光液晶屏1931 CIE-XYZ标准色度系统色坐标Z值、色容差、主波长、色纯度、峰值波长、质心波长、半峰宽、显色指数Ra随色温的变化, 实现了8位LED背光液晶屏1 000 K超低色温调节; 6 500～1 000 K 10个实测色温与目标色温的平均相对误差为0.349%, 平均绝对误差为7.1 K, 均可保证白平衡。光谱分析结果表明, 增加自制手机屏幕蓝光吸收膜后, 同一色温下会使质心波长平均下降15 nm。当色温小于4 100 K时, 同一色温下半峰宽减小约4 nm, 其他6个参数影响不大。该色温调节方法与结论对防蓝光膜效果最佳优化及液晶屏相关研究具有参考价值。

为了定量分析LED照明非视觉生物效应随色温的变化规律,选择8种大色温范围(2678~7258 K)的LED照明光源,特别是超低色温LED,采集380~800 nm可见光波段光谱分布数据。分别计算8种LED照明光源的1931CIE-XYZ标准色度系统色坐标Z值、415~508 nm波段蓝光占比RC和节律因子KC,并采用最小二乘法进行线性拟合。研究结果表明:当色温在2678~7258 K之间时,LED照明光源非视觉生物效应随色温的增大而增强; 1931CIE-XYZ标准色度系统色坐标Z值和415~508 nm波段蓝光占比可定量表征非视觉生物效应强弱;色坐标Z值、415~508 nm波段蓝光占比RC和节律因子KC随色温变化的函数表达式分别为Z=0.01499+5.24009×10 -5×TC,RC=1.41985+0.00508×TC,KC=0.11895+6.06953×10 -4×TC,相关系数平方R2分别为0.94427,0.93589,0.9598。色坐标Z值与节律因子KC、415~508 nm蓝光占比RC与节律因子KC的函数表达式分别为KC=11.40331×Z-0.01209,KC=0.11698×RC+0.00618,相关系数平方R2分别为0.97991和0.97644。以上结论可为LED照明光源非视觉生物效应的定量分析以及高品质健康LED照明产品的开发提供参考。

为了使基层质检人员经济快速的评估光源蓝光危害与节律效应, 测量了六种常见人工照明和三种显示器的光谱分布, 结合QB5型钴蓝玻璃片的透射率, 对九种光源透过QB5型钴蓝玻璃片的光谱分布进行计算分析, 研究了光源蓝光危害因子和节律因子与1931 CIE-XYZ色坐标Z值、 透过钴蓝玻璃片的主波长及明视觉光通量的关系; 以人眼对波长及亮度变化的分辨力为依据, 验证了以烛光为参照, 根据人眼透过QB5型钴蓝玻璃片观察到的光源亮度, 对光源蓝光危害与节律效应进行可视化评估的可行性。 结果表明: 九种光源的蓝光危害因子和节律因子均随色坐标Z值、 透过钴蓝玻璃片的主波长及明视觉光通量的增大而增加; 该可视化评估方法可行。 研究方法与结果可为光生物安全评估与相关仪器设备开发提供参考。

为了满足光电探测仪器校准修正过程中对标准光源的要求, 设计了一种采用积分球技术, 通过纽扣电池供电的便携式漫反射LED均匀光源。给出了光源的装配图、主要零件3D图及电路图, 并对其进行了详细说明。通过Matlab分析光源出光口CCD照片各像素的灰度值, 得到出光口14 mm范围内光强均匀度为95.1%; 采用Ocean Optics USB 2000+型光谱仪分析光源出光口光强均匀性及漫反射性, 得到沿出光口径方向2个位置光强与中心光强相比, 分别下降了2.93%和6.30%的结果。光源出光口平面旋转10°, 中心位置光强下降6.30%。测试分析表明: 设计的光源具有较好的均匀度和漫反射性, 在光电探测仪器校准方面具有一定的应用价值。

为从蓝光危害与节律效应角度提供显示器的选购及使用参考, 测量了不同色温(1200~6500 K)下冷阴极荧光灯管(CCFL)背光液晶显示器(LCD)、发光二极管(LED)背光LCD、有机发光二极管(OLED)以及阴极射线管(CRT)这4种常用显示器的光谱分布; 根据人眼响应函数的拟合结果, 计算了不同色温下4种显示器的蓝光危害因子、节律因子、400~500 nm蓝光占比以及446~477 nm蓝光占比。结果表明：4种显示器的蓝光危害和节律效应均随色温升高而增大; 当色温为1200~6500 K时, OLED的蓝光危害因子最小; 可利用400~500 nm蓝光占比代替蓝光危害因子近似表征蓝光危害的强弱; 当色温为6500 K时, 同时考虑蓝光危害与节律效应, 4种显示器的优劣顺序依次为LED背光LCD、OLED、CCFL背光LCD、CRT。

根据红外测温原理、薄膜等厚干涉模型及相关光学参数，在Al2O3、SiC、Si三种衬底上用金属有机物化学气相沉积（MOCVD）技术制备10 μm GaN外延层的过程中，对940 nm单色测温、1550 nm单色测温、940 nm/1550 nm比色测温的发射率引起表观温度误差、真实温度与表观温度偏差进行理论比较。利用Si(111)衬底上制备InGaN/GaN多量子阱（MQW）蓝光发光二极管（LED）外延片过程的940 nm单色测温及940 nm/1550 nm比色测温结果，验证该建模及计算的正确性。研究结果表明：在500~1300 ℃，相同测温法在不同衬底间表观温度误差系数区别不大。相同衬底下，误差系数由小到大依次为：比色测温、940 nm单色测温、1550 nm单色测温。相同测温法在不同衬底间真实温度与表观温度偏差较大。相同衬底下，偏差结果由小到大依次为：比色测温、1550 nm单色测温、940 nm单色测温。该计算方法与结论可为红外测温设备的研发、不同衬底GaN基外延测温方法的选择提供借鉴与参考。

根据金属有机物化学气相沉积(MOCVD)在线红外测温的发展需要, 提出一种3波长免探测孔有效面积校准和反射率修正的测温方法。给出了探测1 300 nm、1 150 nm、940 nm 3波长的在线测温探头设计方案和光路图, 将该探头应用于THOMAS SWAN CCS MOCVD 5.08 cm (2英寸)Si(111)衬底上生长10 μm GaN外延层的在线测温。测量结果表明: 在700 ℃~1 100 ℃范围内, 探头多次测量的重复性误差在1.0 ℃内, 在950 ℃~1 100 ℃范围内, 以EpiTT红外测温仪为参考, 探头测温精度在1 ℃内, 距离容差性为2 mm。该探头应用于我国自主研发的MOCVD 5.08 cm Si(111)衬底上生长InGaN/GaN MQW 结构蓝光LED外延片, 可得最低测温量程为435 ℃, n-GaN生长过程中测量噪声为0.75℃。结果分析表明: 该3波长免修正在线红外测温法对于高质量单层薄膜外延生长具有一定可行性, 对于多层复杂结构外延生长需要进一步改进。

测量不同色温LED背光屏的光谱分布, 根据相关原始数据对多个函数表达式进行高质量拟合。通过MATLAB研究了照度因子、蓝光危害因子和节律因子随色温的变化。在可见光范围, 对不同色温LED背光屏的蓝光占比进行计算。结果表明: 照度因子随年龄和色温增大而减小; 蓝光危害因子和节律因子均随色温升高而增大, 随年龄增大而减小; 当色温为1200 K时, LED背光屏蓝光占比与烛光蓝光占比的比值为0.783, 6500 K时为10.294。青年人受LED背光屏的蓝光危害和非视觉生物效应影响相对较大, 在使用时应尽量调低色温。该研究为LED背光屏的个性化设计及色温调节提供了理论参考。

根据MOCVD在线监测设备的发展需要，设计了一种多功能在线监测探头，能够同时实现带反射率修正的三种红外辐射测温以及两个波长的反射率曲线监测，即: 940 nm/1 550 nm双波长比色测温、940 nm单色辐射测温、1 550 nm单色辐射测温、940 nm反射率曲线以及1 550 nm反射率曲线监测.对探头的比色测温性能进行测试分析，并利用该探头对Si(111)衬底在我国自主研发的MOCVD系统中生长InGaN/GaN MQW 结构蓝光LED外延片进行在线监测.结果分析表明: 比色测温900℃~1 100℃范围内精度高于1℃; 在700℃~1 100℃范围内重复性误差均在0.7℃内; 距离容差性为2 mm; 三种红外测温最低量程均为435℃; 并能有效避免探测孔有效面积变化的影响; 由940 nm反射率曲线得: n-GaN层的膜厚监测相对误差为3.6%.该设计能够同时实现MOCVD在线测温及膜厚测量，可为MOCVD在线监测设备开发提供参考.

MOCVD原位红外测温方法主要有单色辐射测温法与双波长比色测温法。利用薄膜等厚干涉模型与Kirchhoff定律计算了Si (111)衬底生长10 μm GaN外延片的940 nm、1 550 nm光谱发射率, 以Thomas Swan CSS MOCVD为例, 比较了500 ℃至1 300 ℃范围内, 940 nm单色辐射测温法、1 550 nm单色辐射测温法、940 nm与1 550 nm双波长比色测温法的相对误差和相对灵敏度, 以及单色辐射测温法与双波长比色测温法的校准修正, 并利用940 nm与1 550 nm双波长比色测温法在线监测了Si (111)衬底生长InGaN/GaN MQW 结构LED外延片过程中的温度。研究表明: 940 nm与1 550 nm双波长比色测温法在相对误差及有效探测孔径修正校准上优于940 nm单色辐射测温法和1 550 nm单色辐射测温法, 该结论可为MOCVD原位红外测温设备开发提供参考。