Perangkat semikonduktor yang dikenal sebagai LED terdiri dari die (chip) LED dan bagian lain yang berfungsi sebagai pendukung mekanis, sambungan listrik, konduktor termal, pengatur optik, dan konverter panjang gelombang. Struktur dasar chip LED adalah perangkat sambungan pn yang terbuat dari lapisan semikonduktor majemuk dengan dopan yang berlawanan. Gallium nitride (GaN), senyawa semikonduktor yang sering digunakan, memiliki celah pita langsung, yang meningkatkan kemungkinan rekombinasi radiasi dibandingkan dengan semikonduktor yang memiliki celah pita tidak langsung. Ketika persimpangan pn dibiaskan maju, elektron dari pita konduksi lapisan semikonduktor tipe-n melewati lapisan batas ke persimpangan-p, di mana mereka bergabung kembali dengan lubang dari lapisan semikonduktor tipe-p di area aktif dioda. Elektron turun ke keadaan energi yang lebih rendah sebagai hasil dari rekombinasi elektron-lubang, dan energi ekstra dilepaskan sebagai foton (paket cahaya). Electroluminescence adalah nama dari fenomena ini. Semua panjang gelombang energi elektromagnetik dapat dibawa oleh foton. Celah pita energi semikonduktor menentukan panjang gelombang cahaya yang tepat yang dipancarkan oleh dioda.
Elektroluminesensi chip LED menghasilkan cahaya dengan rentang panjang gelombang terbatas dan bandwidth tipikal beberapa puluh nanometer. Cahaya dari emisi pita sempit hanya satu warna, seperti merah, biru, atau hijau. Lebar distribusi daya spektral (SPD) chip LED harus ditingkatkan untuk menyediakan sumber cahaya putih dengan spektrum yang luas. Photoluminescence dalam fosfor mengubah electroluminescence dari chip LED sebagian atau seluruhnya. Kebanyakan LED putih mencampur cahaya panjang gelombang yang dipancarkan kembali dari fosfor dengan emisi panjang gelombang pendek dari chip biru InGaN. Serbuk fosfor didistribusikan dalam matriks yang terbuat dari silikon, epoksi, atau jenis resin lainnya. Chip LED memiliki lapisan yang terbuat dari matriks yang terdiri dari fosfor. Dengan memompa fosfor merah, hijau, dan biru dengan chip LED ultraviolet (UV) atau violet, cahaya putih juga dapat dihasilkan. Dalam situasi ini, warna putih yang dihasilkan dapat melukiskan warna dengan lebih akurat. Namun, karena pergeseran panjang gelombang yang signifikan dan hilangnya energi Stokes yang cukup besar yang terlibat dalam konversi sinar UV atau violet ke bawah, metode ini memiliki efisiensi yang rendah.
