En halvlederenhed kendt som en LED består af en LED-matrice (chip) og andre dele, der tjener som mekanisk støtte, elektriske forbindelser, termiske ledere, optiske regulatorer og bølgelængdekonvertere. Den grundlæggende struktur af en LED-chip er en pn-forbindelsesenhed lavet af sammensatte halvlederlag med modsatrettede dopanter. Galliumnitrid (GaN), en sammensat halvleder, der ofte bruges, har et direkte båndgab, hvilket øger sandsynligheden for strålingsrekombination sammenlignet med halvledere med et indirekte båndgab. Når pn-overgangen er forspændt fremad, passerer elektroner fra n-type-halvlederlagets ledningsbånd grænselaget ind i p-forbindelsen, hvor de rekombinerer med huller fra p-type-halvlederlaget i diodens aktive område. Elektronerne går ned i en lavere energitilstand som et resultat af elektron-hul-rekombinationen, og den ekstra energi frigives som fotoner (lyspakker). Elektroluminescens er navnet på dette fænomen. Alle bølgelængder af elektromagnetisk energi kan bæres af fotonen. Halvlederens energibåndgab bestemmer de præcise bølgelængder af lys, der udsendes af dioden.
LED-chippens elektroluminescens producerer lys med et begrænset bølgelængdeområde og en typisk båndbredde på nogle få snese nanometer. Lys fra smalbånds-emissioner er kun én farve, såsom rød, blå eller grøn. Bredden af den spektrale strømfordeling (SPD) af LED-chippen skal øges for at give en hvid lyskilde med et bredt spektrum. Fotoluminescens i fosfor konverterer elektroluminescensen fra LED-chippen helt eller delvist. De fleste hvide LED'er blander det genudsendte lys med længere bølgelængde fra fosfor med den korte bølgelængdeemission fra InGaN blå chips. Fosforpulveret er fordelt i en matrix lavet af silicium, epoxy eller en anden type harpiks. LED-chippen har en belægning lavet af en matrix bestående af fosfor. Ved at pumpe røde, grønne og blå fosfor med en ultraviolet (UV) eller violet LED-chip, kan der også genereres hvidt lys. I denne situation kan den resulterende hvide skildre farver mere nøjagtigt. På grund af det betydelige bølgelængdeskift og betydelige Stokes-energitab involveret i nedkonverteringen af UV eller violet lys, har denne metode en lav effektivitet.
