相比于传统光源,LED有着寿命长、光效高、体积小、环保等优点,现已广泛应用于各种指示、显示、背光源、景观灯等领域。作为新一代绿色照明光源,它在照明领域的市场也初具规模并逐渐扩大。但是,在LED照明产品的实际设计中仍存在一些问题。本论文针对LED二次光学设计和散热设计两个关键问题,研究了LED光学元件和散热器的设计方法。摸索出了基于切面迭代的Rung-Kutta算法和经纬加权的求解方法,实现了照明光斑整体均匀度的提高。分析了各种自由曲面构型方法,找到了一种适合于LED自由曲面透镜的曲面造型方法。基于目前主流的COB封装LED,本论文设计了一个可用于COB面光源的筒灯反射器,按发光角度实现均匀光强分布。在散热方面,本论文首先验证了目前主流的LED热仿真软件EFD的准确性,发现该软件能够准确地仿真灯具外表面的温度,但是对于系统内部温度,我们需要根据实际产品做一个接触热阻的估计来修正温度偏差。对于本课题中的大功率LED隧道灯,我们根据自然对流实验关联式设计了一个散热器,经过EFD软件仿真,散热器表面温度满足实际使用需求。特别地,我们加了通孔处理,可以进一步提高散热效率。最后,我们将扩散热阻的概念引入LED封装中,分析了扩散热阻对LED芯片热阻的影响并提出了一些优化方案。