LED照明燈具的光學設計方面，與傳統燈具比較，定向性和點光源是LED最典型的特點也是燈具光學設計的關鍵之處。通過LED的二元光學設計，LED燈具能達到更好的配光曲線。正如目前LED照明燈具發展應用市場較大的室內照明的光線需要十分的明亮，則可使用高透光率燈罩提高光提取效率。或是將導光板技術應用到燈具中，從而將LED點光源更改為面光源，不但能提高燈具的配光均勻度，還可以防止眩光。也可以配合一些聚光透鏡或反射器使用來突出照亮的物體的聚光效果實現實理想的光學效果。
 LED燈具提高低色溫時的光效4000K以下的低色溫通常是室內家居照明的之一選擇。暖白光令整個環境更加溫暖和放松;而冷白光則給人潔凈、明亮的感覺，較適用于辦公室和室外照明。LED燈具的延長使用壽命、提高系統可靠性。在一般照明應用中，LED的整體效率、使用壽命和可靠性必須通過系統優化才能得以提升。LED光源：緊湊，有多種顏色和輸出功率可供選擇。電源轉換：將交流電、電池和其他電源轉換為安全的低電壓、恒流電源。控制和驅動：使用電子電路實現LED的恒流驅動和控制。熱管理：若要達到更長的使用壽命，控制LED節點溫度顯得十分重要，散熱分析也不可或缺。光學元件：透鏡、反射器或導光板材料是將光線聚焦在目標區域必需的光學元件。

現生物醫學研究中為了更好地理解人體生命的作用過程和疾病的產生機理，需要觀察細胞內細胞器、病毒、寄生蟲等在三維細胞空間的定位和分布．另一方面，后基因組時蛋白質科學的研究也要求闡明：蛋白質結構、定位與功能的關系以及蛋白質 - 蛋白質之間發生相互作用的時空順序；生物大分子，主要是結構蛋白與 RNA 及其復合物，如何組成細胞的基本結構體系；重要的活性因子如何調節細胞的主要生命活動，如細胞增殖、細胞分化、細胞凋亡與細胞信號傳遞等．反映這些體系性質的特征尺度都在納米量級，遠遠超出了常規的光學顯微鏡(激光掃描共聚焦顯微鏡等)的分辨極限(xy 向分辨率：200 nm，z 向分辨率：500 nm)。