Poluvodički uređaj poznat kao LED sastoji se od LED matrice (čipa) i drugih dijelova koji služe kao mehanička podrška, električni spojevi, toplinski vodiči, optički regulatori i pretvarači valnih duljina. Temeljna struktura LED čipa je pn spojni uređaj napravljen od složenih slojeva poluvodiča sa suprotnim dopantima. Galijev nitrid (GaN), složeni poluvodič koji se često koristi, ima izravni zabranjeni pojas, što povećava vjerojatnost radijacijske rekombinacije u usporedbi s poluvodičima koji imaju neizravni zabranjeni pojas. Kada se pn spoj pomakne prema naprijed, elektroni iz vodljivog pojasa n-tipa poluvodičkog sloja prolaze granični sloj u p-spoj, gdje se rekombiniraju s rupama iz p-tipa poluvodičkog sloja u aktivnom području diode. Elektroni se spuštaju u stanje niže energije kao rezultat rekombinacije elektron-rupa, a dodatna energija se oslobađa kao fotoni (paketi svjetlosti). Elektroluminiscencija je naziv ove pojave. Foton može prenositi sve valne duljine elektromagnetske energije. Energetski zabranjeni pojas poluvodiča određuje precizne valne duljine svjetlosti koju emitira dioda.
Elektroluminiscencija LED čipa proizvodi svjetlost s ograničenim rasponom valnih duljina i tipičnom propusnošću od nekoliko desetaka nanometara. Svjetlo od uskopojasnih emisija samo je jedne boje, poput crvene, plave ili zelene. Širina spektralne raspodjele snage (SPD) LED čipa mora se povećati kako bi se dobio izvor bijele svjetlosti širokog spektra. Fotoluminiscencija u fosforima djelomično ili u potpunosti pretvara elektroluminiscenciju iz LED čipa. Većina bijelih LED dioda miješa ponovno emitirano svjetlo duže valne duljine iz fosfora s emisijom kratke valne duljine iz InGaN plavih čipova. Fosforni prah se raspoređuje u matricu napravljenu od silicija, epoksida ili druge vrste smole. LED čip ima premaz izrađen od matrice koja sadrži fosfor. Pumpanjem crvenog, zelenog i plavog fosfora s ultraljubičastim (UV) ili ljubičastim LED čipom također se može generirati bijelo svjetlo. U ovoj situaciji rezultirajuća bijela boja može točnije prikazati boje. Međutim, zbog značajnog pomaka valne duljine i značajnog gubitka Stokesove energije uključenog u konverziju UV ili ljubičastog svjetla, ova metoda ima nisku učinkovitost.
