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(tǒng)的設計過程明顯會產(chǎn)生積極的影響。

LED系統(tǒng)通常會設計成在某種光譜分布下發(fā)出特定波長的光。LED系統(tǒng)的設計者非常倚重LED制造商提供的性能參數(shù)，如在某種光譜分布下平均每瓦所能發(fā)出光的流明數(shù)。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(shù)。如果實際性能與制造商提供的參數(shù)不同，系統(tǒng)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(tǒng)以補償LED性能上的變化。

傳統(tǒng)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(jié)果又需要再解讀，這會導致不準確的結(jié)果。新一代的積分測試系統(tǒng)能明顯縮短LED光學和熱學性能的測試時間。該方法將傳統(tǒng)的熱測量法與光學探測器結(jié)合起來，為大功率LED系統(tǒng)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(shù)，都能通過測量得出以溫度和驅(qū)動電流為變量的函數(shù)。

然而，想要充分挖掘LED的潛力則要求對照明系統(tǒng)的設計進行變革，而近五十年內(nèi)，基本的技術沒有多大的變化。關鍵的不同點是，傳統(tǒng)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(tǒng)表現(xiàn)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(tǒng)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(tǒng)的設計者必須學會重新考慮和設計系統(tǒng)。


照明系統(tǒng)設計

設計照明系統(tǒng)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(qū)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(tǒng)各獨立LED芯片的光學和功率參數(shù)直接關系到其性能。當需要照亮某個區(qū)域時，最主要的考慮是照明系統(tǒng)發(fā)出的總流明數(shù)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(zhàn)，但照明系統(tǒng)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(zhuǎn)化為被眼睛感受到的光輸出流明數(shù)。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(tǒng)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(jié)溫保持在25°C時測量他們的LED芯片。但實際工作情況下結(jié)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(tǒng)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(jié)至環(huán)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(lián)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，從而最大限度的提高光輸出。新型、改進的材料，如Graf Tech研發(fā)的石墨基散熱劑，可以在芯片重量、厚度和總熱量需要最小化的情況下使用，從而使得溫度均勻的分布。