Полупроводниково устройство, известно като LED, се състои от LED матрица (чип) и други части, които служат като механична опора, електрически връзки, термични проводници, оптични регулатори и преобразуватели на дължина на вълната. Фундаменталната структура на LED чипа е pn преходно устройство, направено от съставни полупроводникови слоеве с противоположни добавки. Галиевият нитрид (GaN), съставен полупроводник, който често се използва, има директна забранена лента, което увеличава вероятността от радиационна рекомбинация в сравнение с полупроводниците с непряка забранена лента. Когато pn преходът е изместен напред, електроните от проводящата лента на n-тип полупроводниковия слой преминават през граничния слой в p-прехода, където се рекомбинират с дупки от p-тип полупроводниковия слой в активната област на диода. Електроните се спускат в състояние с по-ниска енергия в резултат на рекомбинацията електрон-дупка, а допълнителната енергия се освобождава като фотони (пакети светлина). Електролуминесценция е името на това явление. Всички дължини на вълните на електромагнитната енергия могат да се пренасят от фотона. Забранената енергийна зона на полупроводника определя точните дължини на вълната на светлината, излъчвана от диода.
Електролуминесценцията на LED чипа произвежда светлина с ограничен диапазон на дължина на вълната и типична честотна лента от няколко десетки нанометра. Светлината от теснолентови емисии е само в един цвят, например червено, синьо или зелено. Широчината на спектралното разпределение на мощността (SPD) на LED чипа трябва да се увеличи, за да се осигури източник на бяла светлина с широк спектър. Фотолуминесценцията във фосфорите преобразува частично или изцяло електролуминесценцията от LED чипа. Повечето бели светодиоди смесват повторно излъчената светлина с по-дълга дължина на вълната от фосфора с излъчването на къса дължина на вълната от InGaN сини чипове. Фосфорният прах се разпределя в матрица, изработена от силикон, епоксидна смола или друг вид смола. LED чипът има покритие, направено от матрица, съдържаща фосфор. Чрез изпомпване на червени, зелени и сини фосфори с ултравиолетов (UV) или виолетов LED чип може също да се генерира бяла светлина. В тази ситуация полученото бяло може да изобрази цветовете по-точно. Въпреки това, поради значителното изместване на дължината на вълната и значителната загуба на енергия на Стокс, участваща в понижаването на UV или виолетовата светлина, този метод има ниска ефективност.
