Полупроводниковое устройство, известное как светодиод, состоит из кристалла светодиода (чипа) и других частей, которые служат в качестве механической опоры, электрических соединений, теплопроводников, оптических регуляторов и преобразователей длины волны. Фундаментальная структура светодиодного чипа представляет собой устройство с p-n переходом, состоящее из составных полупроводниковых слоев с противоположными примесями. Нитрид галлия (GaN), составной полупроводник, который часто используется, имеет прямую запрещенную зону, что увеличивает вероятность излучательной рекомбинации по сравнению с полупроводниками, имеющими непрямую запрещенную зону. Когда p-n-переход смещен вперед, электроны из зоны проводимости слоя полупроводника n-типа проходят через пограничный слой в p-переход, где рекомбинируют с дырками из слоя полупроводника p-типа в активной области диода. Электроны переходят в более низкое энергетическое состояние в результате электронно-дырочной рекомбинации, а дополнительная энергия высвобождается в виде фотонов (пакетов света). Электролюминесценция — название этого явления. Все длины волн электромагнитной энергии могут переноситься фотоном. Ширина запрещенной зоны полупроводника определяет точную длину волны света, излучаемого диодом.
Электролюминесценция светодиодного чипа создает свет с ограниченным диапазоном длин волн и типичной полосой пропускания в несколько десятков нанометров. Свет от узкополосных излучений имеет только один цвет, например, красный, синий или зеленый. Ширина спектрального распределения мощности (SPD) светодиодного чипа должна быть увеличена, чтобы обеспечить источник белого света с широким спектром. Фотолюминесценция в люминофорах частично или полностью преобразует электролюминесценцию светодиодного чипа. Большинство белых светодиодов смешивают повторно излучаемый более длинноволновый свет люминофора с коротковолновым излучением синих кристаллов InGaN. Порошок люминофора распределяется в матрице из кремния, эпоксидной смолы или другого типа смолы. Светодиодный чип имеет покрытие из матрицы, содержащей люминофор. Накачивая красный, зеленый и синий люминофор ультрафиолетовым (УФ) или фиолетовым светодиодным чипом, можно также генерировать белый свет. В этой ситуации результирующий белый цвет может более точно отображать цвета. Однако из-за значительного сдвига длины волны и значительных потерь энергии Стокса, связанных с преобразованием с понижением частоты УФ или фиолетового света, этот метод имеет низкую эффективность.
