Un dispositivo semiconductor conocido como LED se compone de una matriz LED (chip) y otras partes que sirven como soporte mecánico, conexiones eléctricas, conductores térmicos, reguladores ópticos y convertidores de longitud de onda. La estructura fundamental de un chip LED es un dispositivo de unión pn hecho de capas de semiconductores compuestos con dopantes opuestos. El nitruro de galio (GaN), un semiconductor compuesto que se usa a menudo, tiene una banda prohibida directa, lo que aumenta la probabilidad de recombinación radiativa en comparación con los semiconductores que tienen una banda prohibida indirecta. Cuando la unión pn está polarizada hacia adelante, los electrones de la banda de conducción de la capa de semiconductor de tipo n pasan por la capa límite hacia la unión p, donde se recombinan con los huecos de la capa de semiconductor de tipo p en el área activa del diodo. Los electrones descienden a un estado de menor energía como resultado de la recombinación electrón-hueco, y la energía adicional se libera en forma de fotones (paquetes de luz). Electroluminiscencia es el nombre de este fenómeno. El fotón puede transportar todas las longitudes de onda de la energía electromagnética. La banda prohibida de energía del semiconductor determina las longitudes de onda precisas de la luz emitida por el diodo.
La electroluminiscencia del chip LED produce luz con un rango de longitud de onda restringido y un ancho de banda típico de unas pocas decenas de nanómetros. La luz de las emisiones de banda estrecha es de un solo color, como rojo, azul o verde. El ancho de la distribución de potencia espectral (SPD) del chip LED debe aumentarse para proporcionar una fuente de luz blanca con un amplio espectro. La fotoluminiscencia en fósforos convierte la electroluminiscencia del chip LED parcial o totalmente. La mayoría de los LED blancos mezclan la luz de longitud de onda más larga reemitida de los fósforos con la emisión de longitud de onda corta de los chips azules InGaN. El polvo de fósforo se distribuye en una matriz de silicona, epoxi u otro tipo de resina. El chip LED tiene un revestimiento hecho de una matriz que comprende fósforo. Al bombear fósforos rojos, verdes y azules con un chip LED ultravioleta (UV) o violeta, también se puede generar luz blanca. En esta situación, el blanco resultante puede representar los colores con mayor precisión. Sin embargo, debido al significativo cambio de longitud de onda y la considerable pérdida de energía de Stokes involucrada en la conversión descendente de la luz UV o violeta, este método tiene una baja eficiencia.
