Polprevodniška naprava, znana kot LED, je sestavljena iz LED matrice (čipa) in drugih delov, ki služijo kot mehanska podpora, električne povezave, toplotni prevodniki, optični regulatorji in pretvorniki valovnih dolžin. Osnovna struktura LED čipa je pn spojna naprava iz sestavljenih polprevodniških plasti z nasprotnimi dopanti. Galijev nitrid (GaN), sestavljeni polprevodnik, ki se pogosto uporablja, ima neposredno pasovno vrzel, kar poveča verjetnost sevalne rekombinacije v primerjavi s polprevodniki s posredno pasovno vrzeljo. Ko je pn spoj nagnjen naprej, elektroni iz prevodnega pasu polprevodniške plasti n-tipa preidejo mejno plast v p-spoj, kjer se rekombinirajo z luknjami iz polprevodniške plasti p-tipa v aktivnem območju diode. Elektroni se zaradi rekombinacije elektronov in lukenj spustijo v nižje energijsko stanje, dodatna energija pa se sprosti kot fotoni (svetlobni paketi). Elektroluminiscenca je ime tega pojava. Foton lahko prenaša vse valovne dolžine elektromagnetne energije. Energijska vrzel polprevodnika določa natančne valovne dolžine svetlobe, ki jo oddaja dioda.
Elektroluminiscenca LED čipa proizvaja svetlobo z omejenim obsegom valovnih dolžin in tipično pasovno širino nekaj deset nanometrov. Svetloba iz ozkopasovnih emisij je samo ene barve, na primer rdeča, modra ali zelena. Širino spektralne porazdelitve moči (SPD) LED-čipa je treba povečati, da se zagotovi vir bele svetlobe s širokim spektrom. Fotoluminiscenca v fosforju delno ali v celoti pretvori elektroluminiscenco iz LED čipa. Večina belih LED diod meša ponovno oddano svetlobo daljših valovnih dolžin fosforja z emisijo kratkih valovnih dolžin modrih čipov InGaN. Fosforni prah je porazdeljen v matrico iz silicija, epoksida ali druge vrste smole. LED čip ima prevleko iz matrike, ki vsebuje fosfor. S črpanjem rdečega, zelenega in modrega fosforja z ultravijoličnim (UV) ali vijoličnim LED čipom se lahko ustvari tudi bela svetloba. V tem primeru lahko bela barva natančneje prikaže barve. Vendar ima ta metoda nizko učinkovitost zaradi znatnega premika valovne dolžine in znatne izgube Stokesove energije, ki je vključena v pretvorbo UV ali vijolične svetlobe navzdol.
