James Petroski表示，對LED器件的光學和熱學性能進行快速而簡便的測量，這種能力將對系統的設計過程明顯會產生積極的影響。

LED系統通常會設計成在某種光譜分布下發出特定波長的光。LED系統的設計者非常倚重LED制造商提供的性能參數，如在某種光譜分布下平均每瓦所能發出光的流明數。封裝的熱性能也十分重要，當溫度升高時光輸出下降的速率也是關鍵參數。如果實際性能與制造商提供的參數不同，系統集成商將不得不使用試錯法來辨別問題所在，并重新設計整個系統以補償LED性能上的變化。

傳統測量LED性能的方法，如使用光學積分球測量光學性能，既耗時相當長，結果又需要再解讀，這會導致不準確的結果。新一代的積分測試系統能明顯縮短LED光學和熱學性能的測試時間。該方法將傳統的熱測量法與光學探測器結合起來，為大功率LED系統進行光學和熱學性能提供自動檢測。熱學指標以及諸如光通量和光效等光學參數，都能通過測量得出以溫度和驅動電流為變量的函數。

然而，想要充分挖掘LED的潛力則要求對照明系統的設計進行變革，而近五十年內，基本的技術沒有多大的變化。關鍵的不同點是，傳統光源浪費的能量有90%以上都以紅外輻射的形式向外擴散，只剩下不到5%的能量是通過熱對流和熱傳導損耗的。與之對比LED系統表現不同，非有效能量主要以熱能的形式通過熱傳導從LED芯片導出，因此整個照明系統只能仰賴自然對流，以及少部分的熱輻射向外界釋放熱。針對上述不同的熱擴散形式，照明系統的設計者必須學會重新考慮和設計系統。


照明系統設計

設計照明系統時通常需要滿足光學、功率和成本等幾方面的要求。光學設計目標通常為照亮某一區域，如一個房間；或提供一個點光源作為聚光燈等。組成照明系統各獨立LED芯片的光學和功率參數直接關系到其性能。當需要照亮某個區域時，較主要的考慮是照明系統發出的總流明數和能效。如果擴大芯片間的空間距離，可以減少熱設計的挑戰，但照明系統設計中通常需要的是點光源，這樣芯片間的間距就很小。功率需求反過來就主要由LED的能效來決定，其定義為每瓦輸入能量轉化為被眼睛感受到的光輸出流明數。當然LED的光學性能也與高溫衰減非常相關，也就是當溫度器件溫度升高時，光輸出降低的速率。

熱設計在每個LED系統里同樣版樣了關鍵的角色。多余的熱量會減少LED芯片的光輸出，造成色移，加速器件光輸出衰減，影響使用壽命。LED制造上通常將結溫保持在25°C時測量他們的LED芯片。但實際工作情況下結溫通常會升至60°C甚至更高，這將會造成光輸出與分揀測試時相比至少降低10%。

封裝設計，特別是封裝的熱阻，對于系統性能非常重要。LED芯片向外散熱的主要障礙包括不同的熱界面和半導體結至環境間的熱流路徑。LED芯片一般通過一個鍵合層固定在一個金屬互聯層上，然后分別是陶瓷基板和電絕緣導熱底板；其他的設計則在裸片下使用熱芯來導出熱量。整個封裝總的來說就是為了從芯片背面導出熱量，從而較大限度的提高光輸出。新型、改進的材料，如Graf Tech研發的石墨基散熱劑，可以在芯片重量、厚度和總熱量需要較小化的情況下使用，從而使得溫度均勻的分布。

全篇文章，請參閱《LEDs科技》2009年10月刊“光學和熱學性能驗證提高LED系統設計”