Ein als LED bekanntes Halbleiterbauelement besteht aus einem LED-Chip (Chip) und anderen Teilen, die als mechanische Halterung, elektrische Verbindungen, Wärmeleiter, optische Regler und Wellenlängenkonverter dienen. Die grundlegende Struktur eines LED-Chips ist ein pn-Übergangsbauelement, das aus Verbindungshalbleiterschichten mit entgegengesetzten Dotierstoffen besteht. Galliumnitrid (GaN), ein häufig verwendeter Verbindungshalbleiter, weist eine direkte Bandlücke auf, was die Wahrscheinlichkeit einer Strahlungsrekombination im Vergleich zu Halbleitern mit indirekter Bandlücke erhöht. Wenn der pn-Übergang in Vorwärtsrichtung vorgespannt ist, passieren Elektronen aus dem Leitungsband der n-Typ-Halbleiterschicht die Grenzschicht in den p-Übergang, wo sie mit Löchern aus der p-Typ-Halbleiterschicht im aktiven Bereich der Diode rekombinieren. Durch die Elektron-Loch-Rekombination fallen die Elektronen in einen niedrigeren Energiezustand und die zusätzliche Energie wird in Form von Photonen (Lichtpaketen) freigesetzt. Elektrolumineszenz nennt sich dieses Phänomen. Alle Wellenlängen elektromagnetischer Energie können vom Photon getragen werden. Die Energiebandlücke des Halbleiters bestimmt die genauen Wellenlängen des von der Diode emittierten Lichts.
Die Elektrolumineszenz des LED-Chips erzeugt Licht mit einem begrenzten Wellenlängenbereich und einer typischen Bandbreite von einigen zehn Nanometern. Licht aus schmalbandigen Emissionen hat nur eine Farbe, beispielsweise Rot, Blau oder Grün. Um eine weiße Lichtquelle mit breitem Spektrum bereitzustellen, muss die Breite der spektralen Leistungsverteilung (SPD) des LED-Chips erhöht werden. Photolumineszenz in Leuchtstoffen wandelt die Elektrolumineszenz des LED-Chips teilweise oder vollständig um. Die meisten weißen LEDs mischen das reemittierte längerwellige Licht von Leuchtstoffen mit der kurzwelligen Emission von InGaN-Blue-Chips. Das Leuchtstoffpulver ist in einer Matrix aus Silizium, Epoxidharz oder einem anderen Harztyp verteilt. Der LED-Chip verfügt über eine Beschichtung aus einer Matrix aus Leuchtstoff. Durch das Pumpen von roten, grünen und blauen Leuchtstoffen mit einem ultravioletten (UV) oder violetten LED-Chip kann auch weißes Licht erzeugt werden. In dieser Situation kann das resultierende Weiß die Farben genauer wiedergeben. Aufgrund der erheblichen Wellenlängenverschiebung und des erheblichen Stokes-Energieverlusts bei der Abwärtskonvertierung von UV- oder violettem Licht weist diese Methode jedoch eine geringe Effizienz auf.
