LED光源与传统光源相比有许多优点，这已成为人们的共识，但LED芯片体积小，结构紧凑，其发光面积相对来说更小，它是一种180度角度出光的朗伯光源，其光强分布与出光角的余弦成正比，亦即LED光源所发出的光线在被照表面上所形成的照度随出射角的增大而迅速衰减。显然这样的光源特性是很难满足户外照明用途的实际需求。因此在LED户外照明应用，我们必须根据不同的应用场合和需求，针对LED光源的特性进行二次光学设计，从而实现对LED芯片所发出的光进行整形和改变，尤其光强分布的情况。这样的二次光学设计过程实际上已属于非成像光学设计的范畴。
非成像光学设计产生于二十世纪30年代,开始仅是对某些光学产品性能改善的实践工作尝试，直到70年代非成像光学设计理论才逐渐成为一个体系。与关心光源信息传输的成像光学系统设计比较，非成像光学系统设计关心的是光源能量的利用和光分布控制。由于非成像光学系统的结构简洁，能量利用率高，因此在LED的照明系统设计中引起人们广泛的关注，目前已形成人们研究的热点，尤其是让LED照明系统在被照表面实现所要求的光分布，非成像光学设计能起到关键的决定性作用。
在LED照明系统的非成像光学设计中，基本的光学元件主要有透镜、非球面反射镜和折光板。透镜能使点光源发出的光线汇聚或发散，起到改变光束角大小的作用，从而达到改变被照表面的照明面积和照度值的目的。非球面反射镜的形状通常为旋转二次曲面，其工作原理与透镜和反射镜完全不同，透镜是用折射原理，反射镜是用反射或全反射原理，它们的孔径角一般在40度以下,而非球面反射镜的孔径角可达130度以上,亦即它的收集光线能力能大大增强. 至于折光板的主要作用是改变光线的出射方向或在特定的方向上改变光束的角度，实际上它就是人们常见和熟悉的LED光源系统的外围塑料面板，这种塑料面板按照结构来分类，主要有齿形折光板，梯形折光板和柱形折光板。其中齿形折光板的每一齿相当于楔形镜，其表面折射作用能使光线发生偏转，但不会改变光束角大小，主要起到改变光束出射方向的作用。梯形折光板相当于平板玻璃和楔形镜的组合体，它可使一束光分成三个方向，而三个方向光束的光强比是由它的平面和斜面的面积比来控制。柱形折光板又称为复眼透镜，它由一系列园柱面组成，每个柱面相当于一个透镜，在柱面母线方向上，光线保持原入射的方向，而在柱面非母线方向上，透镜的作用使各个方向上都有汇聚或发散作用，从而实现扩展光束角的目的。
总之，对目前普遍被科技界和产业界看好的大功率白光LED光源，设计满足三维给定光分布应用需求的非成像光学封装系统，是当今LED光源真正进入照明市场更多地取代传统光源的技术瓶颈。这一研究方向现在正是国际上推广LED光源在照明上应用的热点. 从某仲意义上说,这也是我国打破国外LED照明技术领域专利封锁的良好切入点，让我们从事LED下游的科技人员，利用非成像光学封装系统从下游来推动我国LED照明领域的中游和上游产业发展的大好契机。