En halvledarenhet känd som en LED består av en LED-matris (chip) och andra delar som fungerar som mekaniskt stöd, elektriska anslutningar, värmeledare, optiska regulatorer och våglängdsomvandlare. Den grundläggande strukturen för ett LED-chip är en pn-övergångsenhet gjord av sammansatta halvledarskikt med motsatta dopämnen. Galliumnitrid (GaN), en sammansatt halvledare som ofta används, har ett direkt bandgap, vilket ökar sannolikheten för strålningsrekombination jämfört med halvledare med ett indirekt bandgap. När pn-övergången är förspänd framåt passerar elektroner från n-typ-halvledarskiktets ledningsband gränsskiktet in i p-övergången, där de rekombinerar med hål från p-typ-halvledarskiktet i diodens aktiva område. Elektronerna sjunker ner till ett lägre energitillstånd som ett resultat av elektron-hål-rekombinationen, och den extra energin frigörs som fotoner (ljuspaket). Elektroluminescens är namnet på detta fenomen. Alla våglängder av elektromagnetisk energi kan bäras av fotonen. Halvledarens energibandgap bestämmer de exakta våglängderna för ljus som emitteras av dioden.
LED-chippets elektroluminescens producerar ljus med ett begränsat våglängdsområde och en typisk bandbredd på några tiotals nanometer. Ljus från smalbandiga strålar är bara en färg, till exempel rött, blått eller grönt. Bredden på den spektrala effektfördelningen (SPD) för LED-chippet måste ökas för att ge en vit ljuskälla med ett brett spektrum. Fotoluminescens i fosfor omvandlar elektroluminescensen från LED-chippet helt eller delvis. De flesta vita lysdioder blandar det återutsända ljuset med längre våglängder från fosfor med kortvåglängdsutsläppet från InGaN-blåchips. Fosforpulvret fördelas i en matris gjord av kisel, epoxi eller annan typ av harts. LED-chippet har en beläggning gjord av en matris som består av fosfor. Genom att pumpa röd, grön och blå fosfor med ett ultraviolett (UV) eller violett LED-chip, kan vitt ljus också genereras. I den här situationen kan den resulterande vitan återge färger mer exakt. På grund av den betydande våglängdsförskjutningen och avsevärda Stokes-energiförluster som är involverade i nedkonverteringen av UV eller violett ljus, har denna metod en låg effektivitet.
