Un dispozitiv semiconductor cunoscut sub numele de LED este format dintr-o matriță LED (cip) și alte părți care servesc ca suport mecanic, conexiuni electrice, conductori termici, regulatoare optice și convertoare de lungime de undă. Structura fundamentală a unui cip LED este un dispozitiv de joncțiune pn format din straturi semiconductoare compuse cu dopanți opuși. Nitrura de galiu (GaN), un semiconductor compus care este adesea folosit, are o bandă interzisă directă, ceea ce crește probabilitatea recombinării radiative în comparație cu semiconductorii care au o bandă interzisă indirectă. Când joncțiunea pn este polarizată înainte, electronii din banda de conducție a stratului semiconductor de tip n trec stratul limită în joncțiunea p, unde se recombină cu găurile din stratul semiconductor de tip p din zona activă a diodei. Electronii coboară într-o stare de energie mai scăzută ca urmare a recombinării electron-gaură, iar energia suplimentară este eliberată ca fotoni (pachete de lumină). Electroluminiscența este numele acestui fenomen. Toate lungimile de undă ale energiei electromagnetice pot fi transportate de foton. Banda interzisă de energie a semiconductorului determină lungimile de undă precise ale luminii emise de diodă.
Electroluminiscența cipului LED produce lumină cu o gamă restrânsă de lungimi de undă și o lățime de bandă tipică de câteva zeci de nanometri. Lumina de la emisiile de bandă îngustă este o singură culoare, cum ar fi roșu, albastru sau verde. Lățimea distribuției spectrale a puterii (SPD) a cipului LED trebuie mărită pentru a oferi o sursă de lumină albă cu un spectru larg. Fotoluminiscența din fosfor transformă electroluminiscența de la cipul LED-ului parțial sau în întregime. Majoritatea LED-urilor albe amestecă lumina cu lungime de undă mai lungă reemisă de la fosfor cu emisia cu lungime de undă scurtă de la chipurile albastre InGaN. Pudra de fosfor este distribuită într-o matrice din silicon, epoxi sau alt tip de rășină. Cipul LED are o acoperire realizată dintr-o matrice care cuprinde fosfor. Pompând fosfor roșu, verde și albastru cu un cip LED ultraviolet (UV) sau violet, se poate genera și lumină albă. În această situație, albul rezultat poate reprezenta culorile mai precis. Cu toate acestea, datorită schimbării semnificative a lungimii de undă și a pierderii considerabile de energie Stokes implicate în conversia în jos a luminii UV sau violete, această metodă are o eficiență scăzută.
