Polovodičové zariadenie známe ako LED sa skladá z LED matrice (čipu) a ďalších častí, ktoré slúžia ako mechanická podpora, elektrické spojenia, tepelné vodiče, optické regulátory a prevodníky vlnovej dĺžky. Základnou štruktúrou LED čipu je pn spojovacie zariadenie vyrobené zo zložených polovodičových vrstiev s protiľahlými dopantmi. Nitrid gália (GaN), zložený polovodič, ktorý sa často používa, má priamu medzeru v pásme, čo zvyšuje pravdepodobnosť radiačnej rekombinácie v porovnaní s polovodičmi s nepriamou medzerou v pásme. Keď je pn prechod posunutý dopredu, elektróny z vodivého pásma polovodičovej vrstvy typu n prechádzajú cez hraničnú vrstvu do p-prechodu, kde sa rekombinujú s otvormi z polovodičovej vrstvy typu p v aktívnej oblasti diódy. Elektróny klesajú do stavu s nižšou energiou v dôsledku rekombinácie elektrón-diera a dodatočná energia sa uvoľňuje ako fotóny (balíky svetla). Elektroluminiscencia je názov tohto javu. Všetky vlnové dĺžky elektromagnetickej energie môžu byť prenášané fotónom. Medzera energetického pásma polovodiča určuje presné vlnové dĺžky svetla vyžarovaného diódou.
Elektroluminiscencia LED čipu produkuje svetlo s obmedzeným rozsahom vlnových dĺžok a typickou šírkou pásma niekoľko desiatok nanometrov. Svetlo z úzkopásmových emisií má iba jednu farbu, napríklad červenú, modrú alebo zelenú. Šírka spektrálneho rozloženia výkonu (SPD) LED čipu sa musí zväčšiť, aby sa zabezpečil zdroj bieleho svetla so širokým spektrom. Fotoluminiscencia vo fosforoch čiastočne alebo úplne prevádza elektroluminiscenciu z LED čipu. Väčšina bielych LED diód mieša reemitované svetlo s dlhšou vlnovou dĺžkou z fosforu s krátkovlnnou emisiou z modrých čipov InGaN. Fosforový prášok je distribuovaný v matrici vyrobenej z kremíka, epoxidu alebo iného typu živice. LED čip má povlak vyrobený z matrice obsahujúcej fosfor. Čerpaním červeného, zeleného a modrého fosforu pomocou ultrafialového (UV) alebo fialového LED čipu sa môže generovať aj biele svetlo. V tejto situácii môže výsledná biela zobrazovať farby presnejšie. Avšak vzhľadom na významný posun vlnovej dĺžky a značné straty Stokesovej energie, ktoré sa podieľajú na konverzii UV alebo fialového svetla smerom nadol, má táto metóda nízku účinnosť.
