Linh kiện OLED đơn lớp là đơn giản nhất (Hình 1.24), có cấu tạo bao gồm một lớp vật liệu hữu cơ nằm kẹp giữa hai điện cực. Chức năng của anode là cung cấp các lỗ trống điện tích dương và vật liệu trong suốt dẫn điện thường sử dụng làm anode là ITO. Điện cực cathode cung cấp điện tử cho lớp hữu cơ. Các hạt tải electron và lỗ trống được phun vào lớp hữu cơ phát quang mỏng, ở trong đó chúng sẽ hình thành các exciton. Các trạng thái đơn và bội ba của các exciton có ảnh hưởng và làm giới hạn hiệu suất lượng tử của linh kiện.
Các OLED đơn lớp có cấu tạo đơn giản, nhưng đi cùng với sự đơn giản đó lại có nhiều nhược điểm làm OLED đơn lớp không đáp ứng được nhu cầu thực tiễn. Thứ nhất, việc tìm ra loại vật liệu đảm bảo đồng thời các yêu cầu về khả năng phát quang, truyền hạt tải, phù hợp về mặt năng lượng với các điện cực, độ bám dính tốt và ổn định là rất khó khăn. Thứ hai, hầu hết các vật liệu polymer và phân tử nhỏ có độ linh động hạt tải lỗ trống cao hơn electron, do đó lỗ trống có thể truyền qua hết chiều dài của lớp phát quang mà không tái hợp với bất kì điện tử nào, hoặc tái hợp phát quang bị dập tắt tại vị trí gần các điện cực. Thứ ba, sự không cân bằng hạt tải còn dẫn đến tình trạng hạt tải tích tụ gần các điện cực, tạo ra vùng điện tích không gian, làm cản trở quá trình phun điện tích vào lớp vật liệu hữu cơ.[12]
Cấu trúc OLED
Lớp truyền điện tử
(ETL)
Điện cực kim loại
Lớp phun lỗ trống (HIL) Lớp phát quang hữu cơ Anod ITO Đế thủy tinh ÁNH SÁNG phát ra 2 – 10 VDC
Hình 1.24. Cấu hình OLED đơn lớp gồm lớp phát quang (EML) kẹp giữa hai điện cực anot trong suốt và catot kim loại.
Để khắc phục các nhược điểm đó, OLED hiện nay được chế tạo theo cấu trúc đa lớp, trong đó mỗi lớp chỉ đóng một vai trò xác định, giúp nâng cao hiệu suất hoạt động của linh kiện.