एलईडी के रूप में जाना जाने वाला अर्धचालक उपकरण एक एलईडी डाई (चिप) और अन्य भागों से बना होता है जो यांत्रिक समर्थन, विद्युत कनेक्शन, थर्मल कंडक्टर, ऑप्टिकल नियामकों और तरंग दैर्ध्य कन्वर्टर्स के रूप में काम करता है। एक एलईडी चिप की मूलभूत संरचना एक पीएन जंक्शन डिवाइस है जो मिश्रित अर्धचालक परतों से बना है जिसमें डोपेंट का विरोध होता है। गैलियम नाइट्राइड (GaN), एक यौगिक सेमीकंडक्टर जिसका अक्सर उपयोग किया जाता है, में एक सीधा बैंड गैप होता है, जो अप्रत्यक्ष बैंड गैप वाले अर्धचालकों की तुलना में विकिरण पुनर्संयोजन की संभावना को बढ़ाता है। जब pn जंक्शन को आगे की ओर बायस किया जाता है, तो n-टाइप सेमीकंडक्टर लेयर के कंडक्शन बैंड से इलेक्ट्रॉन सीमा परत को p-जंक्शन में पास करते हैं, जहाँ वे डायोड के सक्रिय क्षेत्र में p-टाइप सेमीकंडक्टर परत से छिद्रों के साथ पुनः संयोजित होते हैं। इलेक्ट्रॉन-छिद्र पुनर्संयोजन के परिणामस्वरूप इलेक्ट्रॉन कम ऊर्जा अवस्था में उतरते हैं, और अतिरिक्त ऊर्जा फोटॉन (प्रकाश के पैकेट) के रूप में जारी होती है। इस घटना का नाम इलेक्ट्रोल्यूमिनिसेंस है। फोटॉन द्वारा विद्युत चुम्बकीय ऊर्जा के सभी तरंग दैर्ध्य को ले जाया जा सकता है। सेमीकंडक्टर का एनर्जी बैंड गैप डायोड द्वारा उत्सर्जित प्रकाश की सटीक तरंग दैर्ध्य को निर्धारित करता है।
एलईडी चिप की इलेक्ट्रोल्यूमिनिसेंस एक सीमित तरंग दैर्ध्य रेंज और कुछ दसियों नैनोमीटर की विशिष्ट बैंडविड्थ के साथ प्रकाश पैदा करती है। संकीर्ण-बैंड उत्सर्जन से प्रकाश केवल एक ही रंग है, जैसे लाल, नीला, या हरा। एक व्यापक स्पेक्ट्रम के साथ एक सफेद प्रकाश स्रोत प्रदान करने के लिए एलईडी चिप के स्पेक्ट्रल पावर डिस्ट्रीब्यूशन (एसपीडी) की चौड़ाई बढ़ाई जानी चाहिए। फॉस्फोर में फोटोल्यूमिनेसेंस एलईडी चिप से आंशिक रूप से या पूरी तरह से इलेक्ट्रोल्यूमिनेसेंस को परिवर्तित करता है। अधिकांश सफेद एलईडी फॉस्फोर से पुन: उत्सर्जित लंबी तरंग दैर्ध्य प्रकाश को InGaN ब्लू चिप्स से कम तरंग दैर्ध्य उत्सर्जन के साथ मिलाते हैं। फॉस्फोर पाउडर को सिलिकॉन, एपॉक्सी या अन्य प्रकार के राल से बने मैट्रिक्स में वितरित किया जाता है। एलईडी चिप में फॉस्फर युक्त मैट्रिक्स से बना एक कोटिंग होता है। एक पराबैंगनी (यूवी) या बैंगनी एलईडी चिप के साथ लाल, हरे और नीले फॉस्फोर को पंप करके, सफेद रोशनी भी उत्पन्न की जा सकती है। इस स्थिति में, परिणामी सफेद रंगों को अधिक सटीक रूप से चित्रित कर सकता है। हालांकि, महत्वपूर्ण तरंग दैर्ध्य बदलाव और यूवी या वायलेट प्रकाश के डाउन-रूपांतरण में शामिल स्टोक्स ऊर्जा हानि के कारण, इस पद्धति की दक्षता कम है।
