Quá trình phát sáng trong OLED dựa trên cơ sở phun điện tích dương và điện tích âm từ các điện cực vào hệ đa lớp hữu cơ (Hình 2.11). Kết quả cuối cùng là chúng tự kết hợp để hình thành các exciton và có thể tái hợp phát sáng. Màu của sự phát sáng phụ thuộc vào quá trình chọn polymer hay các phân tử nhỏ (tạp của lớp phát sáng) thích hợp.
Các electron được phun từ vật liệu có công thoát thấp, trong khi đó các lỗ trống được phun từ vật liệu có công thoát cao. Do có sự chênh lệch giữa các mức HOMO và LUMO của các vật liệu bán dẫn khác nhau sử dụng trong OLED và các mức Fermi của các điện cực tạo nên các rào thế ngăn cản quá
trình chuyển động của các điện tích âm và dương làm ảnh hưởng đến quá trình cân bằng điện tích trong linh kiện (Hình 2.11).
Hình 2.11: Sự chênh lệch giữa các mức HOMO và LUMO của các vật liệu bán dẫn khác nhau sử dụng trong OLED.
Điều này làm giảm hiệu suất của linh kiện OLED.
Nếu muốn OLED đạt được hiệu suất cực đại, cần thiết phải tìm hiểu rõ các cơ chế làm mất mát và khắc phục chúng.
Để đạt hiệu suất cao nhất, các cặp “hạt tải” điện tích trái dấu tự kết hợp trong các lớp hữu cơ. Quá trình mất mát đầu tiên là sự không tái hợp được của hạt tải, xác suất này liên quan đến sự cân bằng của các điện tích dương và âm được phun vào trong cấu trúc của OLED[27,28].
Các exciton được hình thành bao gồm hai loại: loại singlet gắn kết với quá trình tái hợp bức xạ và loại triplet thường liên quan với quá trình tái hợp không bức xạ. Điều này giới hạn hiệu suất. Do đó tỉ số singlet/triplet đóng vai trò rất quan trọng.
Không phải tất cả các exciton singlet đều tái hợp phát xạ. Quá trình mất mát này được giải thích theo hiệu suất quang phát quang thuần của vật liệu hữu cơ cũng như cơ chế dập tắt exciton.
Cuối cùng một lượng lớn photon sinh ra không thể thoát ra khỏi linh kiện OLED. Quá trình chồng chập các màng có tính chất quang học khác nhau tạo ra các cách dẫn ánh sáng khác nhau trong cấu trúc của linh kiện.
Hiệu suất điện huỳnh quang ηEL là tỷ số giữa số photon phát ra có thể phát hiện trên số cặp “điện tử”-“lỗ trống” được phun vào tổ hợp cấu trúc hữu cơ. Hiệu suất điện huỳnh quang ηEL được xem như là tỷ số giữa số photon phát ra có thể phát hiện trên số cặp “điện tử”-“lỗ trống” được phun vào tổ hợp cấu trúc hữu cơ được mô tả như sau [27,28]:
(2.1)Trong đó:γ - thừa số cân bằng điện tích (trùng với số electron – lỗ trống Trong đó:γ - thừa số cân bằng điện tích (trùng với số electron – lỗ trống được phun vào tạo ra exciton), rst - tỉ số singlet/triplet (số exciton singlet trên số exciton triplet), q – số photon phát ra trên một singlet exciton (thông thường bằng1) và ηcoupling - tỉ số mode truyền ánh sáng thoát ra khỏi linh kiện (số photon có thể phát ra khỏi linh kiện trên số photon được phát ra bên trong linh kiện).