อุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ที่เรียกว่า LED ประกอบด้วยไดย์ LED (ชิป) และชิ้นส่วนอื่นๆ ที่ทำหน้าที่เป็นตัวรองรับเชิงกล การเชื่อมต่อทางไฟฟ้า ตัวนำความร้อน ตัวปรับแสง และตัวแปลงความยาวคลื่น โครงสร้างพื้นฐานของชิป LED คืออุปกรณ์เชื่อมต่อ pn ที่ทำจากชั้นสารกึ่งตัวนำผสมสารเจือปน แกลเลียมไนไตรด์ (GaN) ซึ่งเป็นสารกึ่งตัวนำแบบผสมที่มักใช้ มีช่องว่างแถบโดยตรง ซึ่งเพิ่มโอกาสของการรวมตัวกันของการแผ่รังสีอีกครั้ง เมื่อเทียบกับเซมิคอนดักเตอร์ที่มีช่องว่างแถบทางอ้อม เมื่อจุดแยก pn ถูกเอนไปข้างหน้า อิเล็กตรอนจากแถบการนำไฟฟ้าของชั้นสารกึ่งตัวนำชนิด n จะผ่านชั้นขอบเขตไปยังจุดแยก p ซึ่งพวกมันจะรวมตัวกันอีกครั้งกับรูจากชั้นสารกึ่งตัวนำชนิด p ในพื้นที่แอกทีฟของไดโอด อิเล็กตรอนตกลงสู่สถานะพลังงานที่ต่ำกว่าอันเป็นผลมาจากการรวมตัวกันอีกครั้งของรูอิเล็กตรอน และพลังงานส่วนเกินจะถูกปลดปล่อยออกมาในรูปของโฟตอน (แพ็คเก็ตของแสง) อิเล็กโทรลูมิเนสเซนซ์เป็นชื่อของปรากฏการณ์นี้ โฟตอนสามารถนำพาพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าความยาวคลื่นทั้งหมดได้ ช่องว่างแถบพลังงานของเซมิคอนดักเตอร์กำหนดความยาวคลื่นที่แม่นยำของแสงที่ไดโอดเปล่งออกมา
อิเล็กโตรลูมิเนสเซนซ์ของชิป LED จะสร้างแสงที่มีช่วงความยาวคลื่นจำกัดและมีแบนด์วิธทั่วไปไม่กี่สิบนาโนเมตร แสงจากการปล่อยย่านความถี่แคบจะมีเพียงสีเดียว เช่น สีแดง สีน้ำเงิน หรือสีเขียว ต้องเพิ่มความกว้างของการกระจายพลังงานสเปกตรัม (SPD) ของชิป LED เพื่อให้แหล่งกำเนิดแสงสีขาวมีสเปกตรัมกว้าง โฟโตลูมิเนสเซนซ์ในฟอสเฟอร์จะแปลงอิเล็กโทรลูมิเนสเซนซ์จากชิป LED บางส่วนหรือทั้งหมด ไฟ LED สีขาวส่วนใหญ่จะผสมแสงความยาวคลื่นที่ยาวกว่าที่ปล่อยออกมาจากฟอสเฟอร์กับแสงความยาวคลื่นสั้นที่ปล่อยออกมาจากชิปสีน้ำเงิน InGaN ผงสารเรืองแสงกระจายอยู่ในเมทริกซ์ที่ทำจากซิลิกอน อีพอกซี หรือเรซินชนิดอื่น ชิป LED มีการเคลือบที่ทำจากเมทริกซ์ที่ประกอบด้วยสารเรืองแสง ด้วยการปั๊มสารเรืองแสงสีแดง สีเขียว และสีน้ำเงินด้วยชิป LED รังสีอัลตราไวโอเลต (UV) หรือสีม่วง อาจทำให้เกิดแสงสีขาวได้เช่นกัน ในสถานการณ์นี้ สีขาวที่เป็นผลลัพธ์สามารถแสดงสีได้แม่นยำกว่า อย่างไรก็ตาม เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของความยาวคลื่นอย่างมีนัยสำคัญและการสูญเสียพลังงานของสโตกส์จำนวนมากซึ่งเกี่ยวข้องกับการลดการแปลงของแสงยูวีหรือแสงสีม่วง วิธีนี้จึงมีประสิทธิภาพต่ำ
