Thiết kế TIR lens mới bao gồm thiết kế ống chuẩn trục đa phân khúc (MSOC) và thiết kế bề mặt quang học đa cấu trúc (MSOS). MSOC là bề mặt quang học gồm nhiều phân khúc để thực hiện phản xạ toàn bộ ánh sáng tới, bề mặt này có nhiều phân khúc để việc điều chỉnh hướng ánh sáng trở nên dễ dàng. MSOS là bề mặt quang học gồm nhiều cấu trúc micro-lens bên trên để điều chỉnh góc phát ra của tia tới. Các tia tới sau khi được điều chỉnh hướng đi lần 1 nhờ MSOC, thì lần 2 được điều chỉnh nhờ MSOS để tăng đồng dạng phát sáng. Thiết kế MSOC, có ba bước như sau: xác định kích thước tổng thể (chiều cao, bán kính, bề dày của lens I), tính toán và tối ưu hóa độ cong của bề mặt MSOC bằng cách điều chỉnh các thông số dựa vào kết quả mô phong phân bố chiếu sáng và ba hàm fi(x), f?(x), fỉ(x),..., đường cong mồi phân khúc được biểu diễn bởi mồi hàm fi(x). MSOC không cần hồ trợ của vòng giừ. Thiết kế MSOS, có hai bước như sau: xây dựng tối thiểu hai ma trận micro-lens gốc, tối ưu hóa hình dạng và kích thước của các ma trận micro-Iens đó, bằng cách xác định góc các quay ma trận dựa vào thuật toán tối ưu hóa toàn cục. Cuối cùng, hiệu suất quang học và độ chiếu sáng đồng đều được xác định và so sánh với yêu cầu thiết kế.

Với nhiều ưu điểm vượt trội về hiệu suất, tuổi thọ, độ bền, tiết kiệm điện năng và thân thiện với môi trường, đèn LED được coi là một sự thay thế đầy tiềm năng cho công nghệ chiếu sáng trong hiện tại và tương lai. Tuy nhiên để công nghệ đèn LED phát triển và ứng dụng rộng rài hơn, việc đưa ra các giải pháp làm tăng chất lượng ánh sáng và giảm giá thành cúa đèn LED là rất cần thiết. Một số giãi pháp đó là: sử dụng kết họp lens hình trụ , lens dạng tự do, lens cho đèn pha. Trong đó, giải pháp TIR lens (lens phản xạ trong toàn phần) với đèn LED được cho là có nhiều ưu điểm như: thuật toán đơn giản, hiệu suất cao, nên được sứ dụng rộng rài trong nhiều ứng dụng đèn LED. Ngoài ra, TIR lens có thể hiệu chinh tia sáng tới với góc rộng hơn các gương phán xạ truyền thống hay các loại lens khác. Tuy nhiên, khi đường biên cùa TIR lens không đạt được phán xạ trong toàn phần, ánh sáng vẫn thoát ra được, gây giảm hiệu suất phát sáng. Vì vậy, để hoàn thiện TIR lens với hiệu suất cao, một vòng giừ bao quanh TIR lens thường được sứ dụng để giừ ánh sáng thoát ra. Từ các nghiên cứu trên thế giới về TIR lens cho thấy, hiệu suất phát quang đạt được từ 81% đến 94%, đồng dạng chiếu sáng đồng đều tăng từ 60% đến 80% . Nghiên cứu cơ bản này, chúng tôi đề xuất một TIR lens mới theo các yêu cầu thiết kế như sau: (a) Hiệu suất phát sáng E > 95%; (b) Độ tăng chiếu sáng đồng đều cao hơn so với đèn LED thương mại thấp nhất 97%; (c) TIR lens mới không cần tới vòng giừ màu trắng. Vì vậy, nghiên cún cơ bản này đạt được các yêu cầu thiết kế như trên thì có thể giảm được chi phí sản xuất, khi đề tài được thực hiện nghiên cứu triển khai ứng dụng.