載流子復合時產生的光子中有50%的幾率為內向輻射，這部分光子在到達兼作反射鏡的底層導電膜時將部分反射轉化為外向輸出光，然而此部分光子在向內或向外傳輸過程中將與晶格碰撞并被部分吸收，而在經過不同介質交界面時也將部分反射或折射回原介質最終被吸收。基底反射鏡的反射效率和上述過程的限制而使得內向輻射的光子轉化為輸出光的量子提取率不會超過40%。

　　根據以上分析可以估算出LED總的電光轉換效率約為54%，這是非常理想的情況下估計的結果。制造工藝中的任何疏漏、材料上的任何缺陷均將造成其能量轉換效率的下降。與可見光轉換效率不足5%的白熾燈相比，甚至與當前轉換效率最高的高壓鈉燈、陶瓷金鹵燈相比(電光轉換效率約為30%)也是非常高的，這正是LED有十分誘人前景的原因所在。

　　眾所周知，將1W能量全部轉化為555nm波長的黃光時產生的光通量可達683lm/W(683lm/W即光功當量)，若全部轉換為白光則約為360lm/W。如本文前面的估計，在十分理想情況下發555nm黃光的LED最高可能達到約300lm/W的最高光效，目前上述估計還遠未實現。目前所報道的LED的最高光效實際只達到這一理想值的一半，而實際上還不足其1/4，這也正是人們認為LED尚有巨大潛力可挖、對之寄以厚望的原因所在。

　　提高LED發光效率的關鍵在于提高量子提取率，亦即盡可能減少光子的內部吸收，這就是LED向超薄型發展的原因。目前最高光效的超薄型(厚度數十納米)GaNLED、其下導電膜采用了高反光鏡膜、并將輸出窗內表面制成粗糙構造、以減少光子的內向反射，然而即使如此目前報道的最高光效不過150lm/W。

　　以上分析是對單色光LED進行的，將單色光轉化為白光還須再經過一次量子轉換。目前大都采用發射光譜的中心波長約470nm的藍光LED來激發輻射光譜中心波長為560nm的寬帶黃光熒光粉，從而制成藍黃光混合的白光LED，但是這將使LED的光效進一步降低。其光子效率可以估算如下：

　　如果保留LED輻射約20%藍光輸出，用剩余的80%的藍光激發黃光熒光粉，在最佳情況下這80%的藍光中約有20%以上的光子將為熒光粉吸收，其余80%下轉移為以560nm為中心波長的寬帶黃光輻射，這一過程平均產生16.1%的量子能量損失。結合前面的數據可以估計白光LED的總能效不會超過40%，換算為白光時白光LED的總光效最多不過150lm/W。如果沒有其他突破，這是當前白光LED可能達到的最高光效，這一光效與當前最高光效的光源如HID燈中的高壓鈉燈或陶瓷金鹵燈相比還高一些。但是目前實際達到的光效尚未及此一半。

　　我們曾對此進行了實驗研究，我們利用某公司生產的1W高亮度藍光LED，其光譜的中心輻射波長為470nm，去除外封裝后分別涂敷不同厚度的輻射的中心波長為560nm的黃光熒光粉涂層，經處理后測量其發射光譜。從二十余種不同厚度的樣品中選擇了四種典型情況，其結果見最佳情況下的光通輸出為38lm(初始冷態約50lm)，顯色指數為78。

　　某著名跨國公司技術人員介紹他們的1W白光LED的初始光效達到了70lm/W，正常運轉時因p-n結溫度上升，光效降為50lm/W。

　　2007年日本材料科學研究所納米陶瓷中心得到的結果是最高的，他們采用中心波長為450nm的InGaN藍光LED和光子轉換效率高、在450nm藍光范圍有強吸收峰、溫度系數低的三種熒光粉進行了試驗，這三種熒光粉分別為：α-sialon:Yb2+、α-sialon:Eu2+和Sr2Si5N8:Eu2+。這些熒光粉的特點是發光效率的熱衰減較小，在150℃時仍保持初始值的85%。

　　以InGaN藍光LED和1號熒光粉制成的白光LED的發射光譜其光效為55lm/W，色溫4500K。這是本人所知道白光LED的最高光效報道(據測試國內1W白光LED的光通量大多在40lm以下)。采用2號和3號混合熒光粉試制的白光LED的發射光譜顯色指數提高到82，色溫4200K，但光效確降低到20lm/W。

　　如前所述，LED的發光是由n型半導體中的負載流子(電子)在外電勢作用下克服阻擋層電勢進入p型半導體并為空穴俘獲產生復合發光的。通常半導體的溫度系數較大，隨溫度上升，其電阻率下降，阻擋層電勢也將降低，與此同時其輻射的中心波長將向長波方向漂移(紅移)而使熒光粉的發光效率下降。