Urządzenie półprzewodnikowe znane jako dioda LED składa się z matrycy LED (układu) i innych części, które służą jako wspornik mechaniczny, połączenia elektryczne, przewodniki termiczne, regulatory optyczne i konwertery długości fal. Podstawową strukturą chipa LED jest złącze pn wykonane ze złożonych warstw półprzewodnikowych z przeciwstawnymi domieszkami. Azotek galu (GaN), często używany półprzewodnik złożony, ma bezpośrednie pasmo wzbronione, co zwiększa prawdopodobieństwo rekombinacji radiacyjnej w porównaniu z półprzewodnikami mającymi pośrednie pasmo wzbronione. Kiedy złącze pn jest przesunięte do przodu, elektrony z pasma przewodnictwa warstwy półprzewodnikowej typu n przechodzą przez warstwę graniczną do złącza p, gdzie rekombinują z otworami z warstwy półprzewodnikowej typu p w obszarze aktywnym diody. Elektrony schodzą do stanu o niższej energii w wyniku rekombinacji elektron-dziura, a dodatkowa energia jest uwalniana w postaci fotonów (pakietów światła). Elektroluminescencja to nazwa tego zjawiska. Wszystkie długości fal energii elektromagnetycznej mogą być przenoszone przez foton. Pasmo wzbronione energii półprzewodnika określa dokładne długości fal światła emitowanego przez diodę.
Elektroluminescencja chipa LED wytwarza światło o ograniczonym zakresie długości fal i typowej szerokości pasma kilkudziesięciu nanometrów. Światło z emisji wąskopasmowych ma tylko jeden kolor, taki jak czerwony, niebieski lub zielony. Szerokość widmowego rozkładu mocy (SPD) chipa LED musi zostać zwiększona, aby zapewnić białe źródło światła o szerokim spektrum. Fotoluminescencja w luminoforach częściowo lub całkowicie przekształca elektroluminescencję z chipa LED. Większość białych diod LED miesza ponownie emitowane światło o większej długości fali z luminoforów z emisją o krótkiej długości fali z niebieskich chipów InGaN. Proszek luminoforu jest rozprowadzany w matrycy wykonanej z krzemu, żywicy epoksydowej lub innego rodzaju żywicy. Chip LED ma powłokę wykonaną z matrycy zawierającej luminofor. Poprzez pompowanie czerwonych, zielonych i niebieskich luminoforów za pomocą ultrafioletowego (UV) lub fioletowego chipa LED, można również wygenerować białe światło. W tej sytuacji uzyskana biel może dokładniej oddawać kolory. Jednak ze względu na znaczne przesunięcie długości fali i znaczne straty energii Stokesa związane z konwersją w dół światła UV lub światła fioletowego, metoda ta ma niską wydajność.
