由于GaN半导体的反射指数很高（445nm蓝光的反射指数约为2.45），因此只有很少的光逃逸到自由空间。根据Snell法则，其窄光逃逸锥大概为25°。若我们假定半导体内部发的光有一致的空间分布，并且反射镜反射指数大于90%，那么只有8%的总体光线可以从半导体顶部表面逃逸出去，其他的被全内反射限于内部，并最终被组分材料吸收。
为改进光萃取，采用了一个包含将半导体耦合至一个大的穹形透镜（其半径比半导体发光区尺寸大1.5倍）的简单设计方案。理想情况下，穹形透镜应由反射指数（n~2.45）跟GaN近似的材料做成，这使得超过90%的光逃逸至自由空间。
但实际上，不存在与GaN反射指数匹配且具有高成本效益、可做成穹形透镜的材料，因此LED制造商们通常转而使用容易获得的反射指数为1.5左右的环氧胶或硅材料。不过，添加反射指数为1.5的穹形透镜，仅使光萃取率达到12%。为克服因全内反射所导致的弱光萃取性能，有必要优化光线的光学路径，以增加其出现在逃逸锥内的可能性。
大部分传统高成本效益的高效光萃取方式基于表面粗糙度技术而确定。这种表面技术极为关键，因为它限定LED元件最终光线有角度的发出。这非常适用于远程荧光粉应用，尤其可实现蓝光LED发光图案控制。其他方式的图案化反射器被用于散射光线，可进一步改进光萃取。在本质上类似的微架构中，诸如萤火虫，萤火虫内部架构的锯齿状可增强发光强度。
大多数LED会在一个空间格局内发射光，且其中光的强度随出射角余弦值的变化而变化，呈现出标准的朗博分布。当这些标准LED用在一个数组中以形成照明配线盘时，光的传播就会形成一些不在期望范围内的异常发光点图案（如图2所示），我们将其称为“热点”。在图2中，LED的亮度一直保持在较低水平，以帮助说明这一问题。
图2：现有的照明配线盘示例。
为萃取光线并形成更加均匀的空间格局，为消费者呈现更加美观的效果，LED发出的光线不应呈朗博分布，而是呈蝙蝠翼状分布。这样，光照就可以达到更广的边侧区域，从而最大限度地提高荧光粉的泵送效率，并通过改进的蓝光转换来降低损失。实现这一目标后，配备了这种照明配线盘的LED之间的间距可以设置地更大，最终降低所需灯具系统的整体生产成本。
据估计，该光路萃取工程可节约10%的能源，若所需LED的数量减少，还可节约装配成本。而LED数量是否减少将取决于所产生的光强度图案的电平。若LED数量减半，则可在光线呈良好蝙蝠翼状分布的同时，维持或改进荧光粉中的亮度变化。光路设计可以通过细致的表面图案化和压印来完成，在设计过程中使用了电脑仿真技术，以达到优化空间布局和光萃取的目的。
将低成本硅基GaN技术与LED设计方案中的光萃取技术相结合，就有可能利用最佳的低功率LED阵列配置设计出高成本效益的防眩光灯具。
“智能照明系统”将继续把LED技术应用至拥有传感器和用户界面的系统中，而不仅仅是为了实现节能的目的。在开展环境光监控以实现更高的能源使用效率、更佳用户检测甚至最大的光通信潜力等实例中，利用高转换能力的LED来传输数据。
