En halvlederenhet kjent som en LED består av en LED-dyse (brikke) og andre deler som tjener som mekanisk støtte, elektriske tilkoblinger, termiske ledere, optiske regulatorer og bølgelengdeomformere. Den grunnleggende strukturen til en LED-brikke er en pn-koblingsenhet laget av sammensatte halvlederlag med motstående dopanter. Galliumnitrid (GaN), en sammensatt halvleder som ofte brukes, har et direkte båndgap, noe som øker sannsynligheten for strålingsrekombinasjon sammenlignet med halvledere som har et indirekte båndgap. Når pn-krysset er forspent fremover, passerer elektroner fra n-type-halvlederlagets ledningsbånd grenselaget inn i p-krysset, hvor de rekombinerer med hull fra p-type-halvlederlaget i diodens aktive område. Elektronene går ned i en lavere energitilstand som et resultat av elektron-hull-rekombinasjonen, og den ekstra energien frigjøres som fotoner (lyspakker). Elektroluminescens er navnet på dette fenomenet. Alle bølgelengder av elektromagnetisk energi kan bæres av fotonet. Energibåndgapet til halvlederen bestemmer de nøyaktige bølgelengdene til lyset som sendes ut av dioden.
LED-brikkens elektroluminescens produserer lys med et begrenset bølgelengdeområde og en typisk båndbredde på noen titalls nanometer. Lys fra smalbåndsutslipp er bare én farge, for eksempel rødt, blått eller grønt. Bredden på den spektrale kraftfordelingen (SPD) til LED-brikken må økes for å gi en hvit lyskilde med et bredt spekter. Fotoluminescens i fosfor konverterer elektroluminescensen fra LED-brikken delvis eller helt. De fleste hvite lysdioder blander det gjenutsendte lyset med lengre bølgelengde fra fosfor med kortbølgelengdeutslippet fra InGaN blå brikker. Fosforpulveret er fordelt i en matrise laget av silisium, epoksy eller en annen type harpiks. LED-brikken har et belegg laget av en matrise bestående av fosfor. Ved å pumpe røde, grønne og blå fosfor med en ultrafiolett (UV) eller fiolett LED-brikke, kan det også genereres hvitt lys. I denne situasjonen kan den resulterende hviten skildre farger mer nøyaktig. På grunn av den betydelige bølgelengdeforskyvningen og betydelige Stokes-energitapet involvert i nedkonvertering av UV eller fiolett lys, har denne metoden en lav effektivitet.
