Un dispositivo a semiconduttore noto come LED è costituito da un die LED (chip) e altre parti che fungono da supporto meccanico, connessioni elettriche, conduttori termici, regolatori ottici e convertitori di lunghezza d'onda. La struttura fondamentale di un chip LED è un dispositivo a giunzione pn costituito da strati semiconduttori composti con droganti opposti. Il nitruro di gallio (GaN), un semiconduttore composto che viene spesso utilizzato, ha un band gap diretto, che aumenta la probabilità di ricombinazione radiativa rispetto ai semiconduttori con un band gap indiretto. Quando la giunzione pn è polarizzata in avanti, gli elettroni della banda di conduzione dello strato semiconduttore di tipo n passano lo strato limite nella giunzione p, dove si ricombinano con le lacune dello strato semiconduttore di tipo p nell'area attiva del diodo. Gli elettroni scendono in uno stato di energia inferiore come risultato della ricombinazione elettrone-lacuna e l'energia extra viene rilasciata come fotoni (pacchetti di luce). Elettroluminescenza è il nome di questo fenomeno. Tutte le lunghezze d'onda dell'energia elettromagnetica possono essere trasportate dal fotone. La banda proibita di energia del semiconduttore determina le precise lunghezze d'onda della luce emessa dal diodo.
L'elettroluminescenza del chip LED produce luce con una gamma di lunghezze d'onda ristretta e una larghezza di banda tipica di poche decine di nanometri. La luce delle emissioni a banda stretta è solo di un colore, come rosso, blu o verde. L'ampiezza della distribuzione di potenza spettrale (SPD) del chip LED deve essere aumentata per fornire una sorgente di luce bianca con un ampio spettro. La fotoluminescenza nei fosfori converte parzialmente o interamente l'elettroluminescenza dal chip LED. La maggior parte dei LED bianchi mescola la luce a lunghezza d'onda maggiore riemessa dai fosfori con l'emissione a lunghezza d'onda corta dei blue chip InGaN. La polvere di fosforo è distribuita in una matrice di silicio, resina epossidica o altro tipo di resina. Il chip LED ha un rivestimento costituito da una matrice comprendente fosforo. Pompando fosfori rossi, verdi e blu con un chip LED ultravioletto (UV) o viola, è possibile generare anche luce bianca. In questa situazione, il bianco risultante può rappresentare i colori in modo più accurato. Tuttavia, a causa del significativo spostamento della lunghezza d'onda e della considerevole perdita di energia di Stokes coinvolta nella conversione verso il basso della luce UV o viola, questo metodo ha una bassa efficienza.
