Một thiết bị bán dẫn được gọi là đèn LED được tạo thành từ khuôn LED (chip) và các bộ phận khác đóng vai trò hỗ trợ cơ học, kết nối điện, dây dẫn nhiệt, bộ điều chỉnh quang học và bộ chuyển đổi bước sóng. Cấu trúc cơ bản của chip LED là một thiết bị tiếp giáp pn được làm từ các lớp bán dẫn hỗn hợp với các tạp chất đối lập. Gallium nitride (GaN), một hợp chất bán dẫn thường được sử dụng, có vùng cấm trực tiếp, làm tăng khả năng tái hợp bức xạ so với chất bán dẫn có vùng cấm gián tiếp. Khi tiếp giáp pn bị lệch về phía trước, các electron từ dải dẫn của lớp bán dẫn loại n sẽ vượt qua lớp ranh giới vào tiếp giáp p, nơi chúng kết hợp lại với các lỗ trống từ lớp bán dẫn loại p trong vùng hoạt động của đi-ốt. Các electron chuyển sang trạng thái năng lượng thấp hơn do sự tái hợp electron-lỗ trống và năng lượng dư thừa được giải phóng dưới dạng photon (các gói ánh sáng). Điện phát quang là tên của hiện tượng này. Tất cả các bước sóng của năng lượng điện từ có thể được mang bởi photon. Khoảng cách dải năng lượng của chất bán dẫn xác định bước sóng ánh sáng chính xác do điốt phát ra.
Sự phát quang điện của chip LED tạo ra ánh sáng có dải bước sóng hạn chế và băng thông điển hình là vài chục nanomet. Ánh sáng từ phát xạ dải hẹp chỉ có một màu, chẳng hạn như đỏ, lam hoặc lục. Độ rộng của phân bố năng lượng phổ (SPD) của chip LED phải được tăng lên để cung cấp nguồn ánh sáng trắng có phổ rộng. Sự phát quang trong phốt pho chuyển đổi một phần hoặc toàn bộ sự phát quang điện từ chip LED. Hầu hết các đèn LED trắng kết hợp ánh sáng có bước sóng dài hơn phát lại từ phốt pho với ánh sáng phát xạ bước sóng ngắn từ chip xanh InGaN. Bột phốt pho được phân phối trong một ma trận làm bằng silicon, epoxy hoặc một loại nhựa khác. Chip LED có lớp phủ làm bằng ma trận bao gồm phốt pho. Bằng cách bơm các chất lân quang đỏ, lục và lam bằng chip LED cực tím (UV) hoặc tím, ánh sáng trắng cũng có thể được tạo ra. Trong tình huống này, màu trắng thu được có thể khắc họa màu sắc chính xác hơn. Tuy nhiên, do sự thay đổi bước sóng đáng kể và tổn thất năng lượng Stokes đáng kể liên quan đến quá trình chuyển đổi ngược của tia cực tím hoặc ánh sáng tím nên phương pháp này có hiệu quả thấp.
