Μια συσκευή ημιαγωγών γνωστή ως LED αποτελείται από μια μήτρα LED (τσιπ) και άλλα μέρη που χρησιμεύουν ως μηχανική υποστήριξη, ηλεκτρικές συνδέσεις, θερμικοί αγωγοί, οπτικοί ρυθμιστές και μετατροπείς μήκους κύματος. Η θεμελιώδης δομή ενός τσιπ LED είναι μια συσκευή σύνδεσης pn κατασκευασμένη από σύνθετα στρώματα ημιαγωγών με αντίθετα προσμίξεις. Το νιτρίδιο του γαλλίου (GaN), ένας σύνθετος ημιαγωγός που χρησιμοποιείται συχνά, έχει ένα άμεσο διάκενο ζώνης, το οποίο αυξάνει την πιθανότητα ανασυνδυασμού ακτινοβολίας σε σύγκριση με τους ημιαγωγούς που έχουν έμμεσο διάκενο ζώνης. Όταν η διασταύρωση pn πολώνεται προς τα εμπρός, τα ηλεκτρόνια από τη ζώνη αγωγιμότητας του στρώματος ημιαγωγού τύπου n περνούν το οριακό στρώμα στη διασταύρωση p, όπου ανασυνδυάζονται με οπές από το στρώμα ημιαγωγού τύπου p στην ενεργή περιοχή της διόδου. Τα ηλεκτρόνια κατεβαίνουν σε μια χαμηλότερη ενεργειακή κατάσταση ως αποτέλεσμα του ανασυνδυασμού ηλεκτρονίου-οπής και η επιπλέον ενέργεια απελευθερώνεται ως φωτόνια (πακέτα φωτός). Ηλεκτροφωταύγεια είναι το όνομα αυτού του φαινομένου. Όλα τα μήκη κύματος της ηλεκτρομαγνητικής ενέργειας μπορούν να μεταφερθούν από το φωτόνιο. Το ενεργειακό διάκενο ζώνης του ημιαγωγού καθορίζει τα ακριβή μήκη κύματος του φωτός που εκπέμπεται από τη δίοδο.
Η ηλεκτροφωταύγεια του τσιπ LED παράγει φως με περιορισμένο εύρος μήκους κύματος και τυπικό εύρος ζώνης μερικών δεκάδων νανόμετρων. Το φως από εκπομπές στενής ζώνης είναι μόνο ένα χρώμα, όπως κόκκινο, μπλε ή πράσινο. Το πλάτος της φασματικής κατανομής ισχύος (SPD) του τσιπ LED πρέπει να αυξηθεί για να παρέχει μια πηγή λευκού φωτός με ευρύ φάσμα. Η φωτοφωταύγεια σε φωσφόρους μετατρέπει την ηλεκτροφωταύγεια από το τσιπ LED μερικώς ή πλήρως. Τα περισσότερα λευκά LED αναμειγνύουν το εκ νέου εκπεμπόμενο φως μεγαλύτερου μήκους κύματος από τους φωσφόρους με την εκπομπή μικρού μήκους κύματος από τα μπλε τσιπ InGaN. Η σκόνη φωσφόρου κατανέμεται σε μια μήτρα από πυρίτιο, εποξειδικό ή άλλο είδος ρητίνης. Το τσιπ LED έχει μια επίστρωση κατασκευασμένη από μια μήτρα που περιλαμβάνει φώσφορο. Με την άντληση κόκκινου, πράσινου και μπλε φωσφόρου με τσιπ υπεριώδους (UV) ή ιώδους LED, μπορεί επίσης να δημιουργηθεί λευκό φως. Σε αυτήν την περίπτωση, το λευκό που προκύπτει μπορεί να απεικονίσει τα χρώματα με μεγαλύτερη ακρίβεια. Ωστόσο, λόγω της σημαντικής μετατόπισης του μήκους κύματος και της σημαντικής απώλειας ενέργειας Stokes που εμπλέκεται στην καθοδική μετατροπή του υπεριώδους ή ιώδους φωτός, αυτή η μέθοδος έχει χαμηλή απόδοση.
