Een halfgeleiderapparaat dat bekend staat als een LED, bestaat uit een LED-chip (chip) en andere onderdelen die dienen als mechanische ondersteuning, elektrische verbindingen, thermische geleiders, optische regelaars en golflengteomvormers. De fundamentele structuur van een LED-chip is een pn-overgangsapparaat gemaakt van samengestelde halfgeleiderlagen met tegenoverliggende doteerstoffen. Galliumnitride (GaN), een samengestelde halfgeleider die vaak wordt gebruikt, heeft een directe bandafstand, wat de kans op stralingsrecombinatie vergroot in vergelijking met halfgeleiders met een indirecte bandafstand. Wanneer de pn-overgang naar voren is gericht, passeren elektronen van de geleidingsband van de n-type halfgeleiderlaag de grenslaag in de p-overgang, waar ze recombineren met gaten van de p-type halfgeleiderlaag in het actieve gebied van de diode. De elektronen dalen als gevolg van de elektron-gat recombinatie af naar een lagere energietoestand en de extra energie komt vrij als fotonen (lichtpakketjes). Elektroluminescentie is de naam van dit fenomeen. Alle golflengten van elektromagnetische energie kunnen door het foton worden gedragen. De energiebandafstand van de halfgeleider bepaalt de precieze golflengten van het licht dat door de diode wordt uitgezonden.
De elektroluminescentie van de LED-chip produceert licht met een beperkt golflengtebereik en een typische bandbreedte van enkele tientallen nanometers. Licht van smalbandemissies is slechts één kleur, zoals rood, blauw of groen. De breedte van de spectrale vermogensverdeling (SPD) van de LED-chip moet worden vergroot om een witte lichtbron met een breed spectrum te leveren. Fotoluminescentie in fosforen zet de elektroluminescentie van de LED-chip geheel of gedeeltelijk om. De meeste witte LED's mengen het opnieuw uitgezonden licht met een langere golflengte van fosforen met de korte golflengte-emissie van InGaN blauwe chips. Het fosforpoeder wordt verdeeld in een matrix gemaakt van silicium, epoxy of een ander soort hars. De LED-chip heeft een coating die is gemaakt van een matrix die fosfor bevat. Door rode, groene en blauwe fosforen met een ultraviolette (UV) of violette LED-chip te pompen, kan ook wit licht worden gegenereerd. In deze situatie kan het resulterende wit kleuren nauwkeuriger weergeven. Vanwege de aanzienlijke golflengteverschuiving en het aanzienlijke energieverlies van Stokes dat gepaard gaat met de neerwaartse conversie van UV- of violet licht, heeft deze methode echter een laag rendement.
