LED olarak bilinen bir yarı iletken cihaz, bir LED kalıbından (çip) ve mekanik destek, elektrik bağlantıları, termal iletkenler, optik düzenleyiciler ve dalga boyu dönüştürücüler olarak hizmet eden diğer parçalardan oluşur. Bir LED çipinin temel yapısı, karşıt katkı maddelerine sahip bileşik yarı iletken katmanlardan oluşan bir pn bağlantı cihazıdır. Sıklıkla kullanılan bir bileşik yarı iletken olan galyum nitrür (GaN), dolaylı bant aralığına sahip yarı iletkenlere kıyasla ışınımsal rekombinasyon olasılığını artıran doğrudan bir bant aralığına sahiptir. pn kavşağı ileri doğru bastırıldığında, n-tipi yarı iletken katmanın iletim bandından gelen elektronlar, sınır katmanını p-bağlantı noktasına geçerek diyotun aktif alanındaki p-tipi yarı iletken katmanındaki deliklerle yeniden birleşirler. Elektronlar, elektron deliği rekombinasyonunun bir sonucu olarak daha düşük bir enerji durumuna inerler ve ekstra enerji, fotonlar (ışık paketleri) olarak salınır. Elektrolüminesans bu fenomenin adıdır. Elektromanyetik enerjinin tüm dalga boyları foton tarafından taşınabilir. Yarı iletkenin enerji bant aralığı, diyot tarafından yayılan ışığın kesin dalga boylarını belirler.
LED çipin elektrolüminesansı, sınırlı bir dalga boyu aralığına ve birkaç on nanometrelik tipik bir bant genişliğine sahip ışık üretir. Dar bant emisyonlarından gelen ışık, kırmızı, mavi veya yeşil gibi yalnızca bir renktir. Geniş spektrumlu bir beyaz ışık kaynağı sağlamak için LED çipinin spektral güç dağılımının (SPD) genişliği artırılmalıdır. Fosforlardaki fotolüminesans, LED çipinden gelen elektrolüminesansı kısmen veya tamamen dönüştürür. Beyaz LED'lerin çoğu, fosforlardan yeniden yayılan daha uzun dalga boylu ışığı InGaN mavi çiplerinden gelen kısa dalga boylu emisyonla karıştırır. Fosfor tozu, silikon, epoksi veya başka bir reçine türünden yapılmış bir matris içinde dağıtılır. LED çipi, fosfor içeren bir matristen yapılmış bir kaplamaya sahiptir. Bir ultraviyole (UV) veya mor LED çip ile kırmızı, yeşil ve mavi fosforları pompalayarak beyaz ışık da üretilebilir. Bu durumda ortaya çıkan beyaz, renkleri daha doğru bir şekilde yansıtabilir. Bununla birlikte, önemli dalga boyu kayması ve UV veya mor ışığın aşağı dönüşümünde yer alan önemli Stokes enerji kaybı nedeniyle, bu yöntemin verimliliği düşüktür.
