单芯片LED面光源的尺寸一般为1mm×1mm，为达到一定的光通量要求，通常采用多芯片阵列，作为面光源使用，增加LED的排列也就增加了发光有效面积，同时也会增加光源的光学扩展量，而光源的光学扩展量不能超过系统的光学扩展量。因此在选择LED光源时，要考虑LED的尺寸、排列、功率、发光角度等问题，以实现较高的光能利用率。
常用的LED面光源集光元件包括CPC（合抛物面聚光器）、TLP及TIR透镜等，下面分别介绍其各自特点和设计时的考虑。
1. CPC

2. TLP
　　光棒是照明系统中经常采用的一种匀光光学元件，结构简单，成本低，可以做成圆柱形、方形和锥形。

3. TIR透镜
　　CPC和TLP在大功率LED光束整形过程中虽然有很高的集光效率，但是为了提高均匀度，会导致系统过长，为了有效缩小集光系统尺寸，采用由非球面构成的TIR透镜代替CPC和TLP集光器。
a. 光能利用率
　　系统的光能利用率用到达目标屏幕上的光通量与LED光源所发出的光通量的比值来描述。计算公式如下：

b. 均匀性
　　将目标屏分为m×n个方格，计算每个方格内的照度B，求出各个区域与平均值之间的误差S:

样本标准误差S与样本平均值mean（Bi）就是照度均匀性：

c. TIR透镜优化设计流程

对于面型比较复杂的TIR透镜，由于现有的商业照明仿真软件不具有优化功能，因此编制LED专用优化程序模块，帮助设计者提高描光和照明系统设计的效率与成效，结合成像系统优化软件可完成高性能的复杂照明系统的设计。