یک دستگاه نیمه هادی که به عنوان LED شناخته می شود از یک قالب LED (تراشه) و سایر قسمت هایی که به عنوان پشتیبانی مکانیکی، اتصالات الکتریکی، هادی های حرارتی، تنظیم کننده های نوری و مبدل های طول موج عمل می کنند، تشکیل شده است. ساختار اساسی یک تراشه LED یک دستگاه اتصال pn است که از لایه های نیمه هادی مرکب با مواد ناخالص مخالف ساخته شده است. نیترید گالیم (GaN)، یک نیمه هادی مرکب که اغلب استفاده می شود، دارای یک شکاف نواری مستقیم است که احتمال بازترکیب تابشی را در مقایسه با نیمه هادی هایی که دارای شکاف نواری غیرمستقیم هستند، افزایش می دهد. هنگامی که اتصال pn به سمت جلو بایاس می شود، الکترون های نوار رسانایی لایه نیمه هادی نوع n لایه مرزی را به پیوند p عبور می دهند، جایی که با سوراخ هایی از لایه نیمه هادی نوع p در ناحیه فعال دیود ترکیب می شوند. الکترون ها در نتیجه بازترکیب الکترون-حفره به حالت انرژی پایین تری فرو می روند و انرژی اضافی به صورت فوتون (بسته های نور) آزاد می شود. الکترولومینسانس نام این پدیده است. تمام طول موج های انرژی الکترومغناطیسی ممکن است توسط فوتون حمل شود. شکاف باند انرژی نیمه هادی طول موج دقیق نور ساطع شده توسط دیود را تعیین می کند.
الکترولومینسانس تراشه LED نوری با محدوده طول موج محدود و پهنای باند معمولی چند ده نانومتر تولید می کند. نور ناشی از انتشار باند باریک تنها یک رنگ است، مانند قرمز، آبی یا سبز. عرض توزیع توان طیفی (SPD) تراشه LED باید افزایش یابد تا یک منبع نور سفید با طیف گسترده ارائه شود. فوتولومینسانس در فسفرها، الکترولومینسانس را از تراشه LED به طور جزئی یا کامل تبدیل می کند. اکثر LED های سفید نور با طول موج بلندتر بازتاب شده از فسفر را با گسیل طول موج کوتاه تراشه های آبی InGaN مخلوط می کنند. پودر فسفر در ماتریس ساخته شده از سیلیکون، اپوکسی یا نوع دیگری از رزین توزیع می شود. تراشه LED دارای یک پوشش ساخته شده از ماتریس متشکل از فسفر است. با پمپاژ فسفرهای قرمز، سبز و آبی با تراشه LED فرابنفش (UV) یا بنفش، نور سفید نیز ممکن است تولید شود. در این شرایط، رنگ سفید حاصل می تواند رنگ ها را با دقت بیشتری به تصویر بکشد. با این حال، با توجه به تغییر طول موج قابل توجه و اتلاف انرژی استوکس قابل توجه در تبدیل پایین نور UV یا بنفش، این روش بازده پایینی دارد.
