與傳統光源相比，LED光源有許多優點，這已成為人們的常識。然而，LED芯片尺寸小，結構緊湊，其發光面積相對較小。它是壹個角度為180度的朗伯光源，其光強分布與發光角度的余弦成正比，即LED光源發出的光在被照面上形成的照度隨著出射角的增大而迅速降低。顯然，這樣的光源特性難以滿足室外照明應用的實際需求。因此，在LED戶外照明的應用中，我們必須根據不同的應用和需求，根據LED光源的特點進行二次光學設計，以塑造和改變LED芯片發出的光，尤其是光強分布。這樣的二次光學設計過程實際上屬於非成像光學設計的範疇。
非成像光學設計產生於20世紀30年代。起初只是為了提高某些光學產品的性能而進行的實際嘗試。直到20世紀70年代，非成像光學設計理論才逐漸形成體系。相對於成像光學系統的設計關心光源的信息傳遞，非成像光學系統的設計關心光源能量的利用和光分布的控制。非成像光學系統由於其結構簡單、能量利用率高，在LED照明系統的設計中引起了廣泛的關註，成為研究的熱點，特別是對於LED照明系統來說，如何在被照表面實現所需的光分布。非成像光學設計可以起到關鍵和決定性的作用。
在LED照明系統的非成像光學設計中，基本光學元件主要包括透鏡、非球面鏡和折射板。透鏡可以使點光源發出的光會聚或發散，從而改變光束的角度，從而達到改變被照表面的照明面積和照度值的目的。非球面鏡的形狀通常是二次回轉面，其工作原理與透鏡和反射鏡完全不同。透鏡采用折射原理，而反射鏡采用反射或全反射原理，它們的孔徑角壹般在40度以下，而非球面鏡的孔徑角可以達到130度以上。也就是說它的集光能力可以大大增強。至於折射板的主要作用，就是改變光的出射方向或者特定方向的光束角度。其實就是人們熟悉的LED光源系統的外圍塑料面板。這種塑料面板按結構分類，主要有齒形折射板、梯形折射板、圓柱形折射板。齒狀折射板的每個齒相當於壹面楔形的鏡子，其表面折射可以使光線發生偏轉，但不會改變光束的角度，主要起到改變光束出射方向的作用。梯形折射板相當於平板玻璃和楔形鏡的組合，可以將壹束光分成三個方向，三個方向光束的光強比由其所在平面和斜面的面積比控制。柱面折射板又叫復眼透鏡，由壹系列柱面組成，每個柱面相當於壹個透鏡。在圓柱母線方向，光線保持原來的入射方向，而在圓柱非母線方向，透鏡使各個方向會聚或發散，從而達到擴大光束角度的目的。
總之，為科學界和工業界普遍看好的大功率白光LED光源設計非成像光學封裝系統，是LED光源真正進入照明市場，取代傳統光源的技術瓶頸。這壹研究方向是目前國際上推動LED光源在照明領域應用的熱點。從某種意義上說，這也是中國打破國外LED照明技術領域專利封鎖的壹個很好的起點，也是我們從事LED技術人員下遊，從下遊利用非成像光學封裝系統推動中國LED照明領域中上遊產業發展的壹個很好的機會。...