眾所周知，OLED顯示器不需要背光源，在通電的情況下OLED材料可以主動發出紅綠藍三色光。那OLED發光的原理是什么呢？
首先上一張大家已經看膩的圖：OLED器件結構。
OLED器件結構（來源：百度百科）
從圖中可以看出，OLED器件自下而上分為：
玻璃基板（TFT）、陽極、空穴注入/傳輸層、有機發光層、電子注入/傳輸層和金屬陰極（順便吐槽一下百度百科里各層名字的叫法。。。）
發光的部位在器件中間的有機發光層（再具體點就是發光層中的摻雜材料），發光機理如下圖所示：
有機發光層的發光機理（來源：網絡）
OLED器件是電流驅動型，在通電的情況下，空穴從陽極進入器件，穿過空穴注入/傳輸層，電子從陰極進入器件，穿過電子注入/傳輸層，兩者最終到達有機發光層。
接下來要講解的內容可能會比較生澀，為便于不同層次讀者的理解，小編用不同的內容分成基礎班和進修班，請各位讀者對號入座。
基礎班：
空穴和電子在發光層中相遇，然后復合，形象一點講的話，就像久未相見的戀人，一見面便緊緊抱在一起；
電子空穴復合時會產生能量，釋放出光子，你可以將光子理解為下圖中情侶頭上的心形；
我們能看見的光是由無數的光子組成，就像情侶頭上不斷冒出的小心心；
光的顏色由光子的能量決定，如果能量的高低用情侶的親密程度比喻的話：特別親密的發出藍色（能量高發出藍光），比較親密的發出綠色（能量適中的發出綠光），一般親密的發出紅色（能量低的發出紅光）。
進修班：
在講解OLED發光原理之前，我們先學習一個概念：能級；
能級：原子核外電子的狀態是不連續的，因此各狀態對應的能量也是不連續的，這些能量值就是能級；
能級就像樓梯的臺階，只存在1階、2階這樣的整數，不會出現諸如1.5階、2.1階這樣的情況，能級的示意圖如下；
能級（來源：百度百科）
在正常狀態下，原子處于最低能級，即電子在離核最近的軌道上運動，這種狀態稱為基態；
原子吸收能量后，電子會從基態跑到較高能級，即電子在較遠的軌道上運動，這種狀態稱為激發態；
電子在不同能級之間的轉換稱為躍遷，從低能級向高能級躍遷需要吸收能量，而從高能級躍遷回低能級則會放出能量；
了解能級的概念后，我們來看一下OLED發光材料的能級是什么樣子：
S0表示的是基態能級，S1、S2和T1表示的是激發態能級，有機材料發光的過程，就是電子從高能級躍遷到低能級釋放能量的過程（S1-->S0或T1-->S0），這個釋放出的能量，就是可見光；
所以OLED發光的整個過程如下：
1. 電子和空穴在發光層中相遇時，會產生復合效應；
2. 復合的過程中產生激子，激子在電場的作用下遷移，將能量轉移給發光層中的摻雜材料；
3. 摻雜材料中的電子吸收能量后，從基態躍遷到激發態;
4. 因為激發態是不穩定的，電子會從激發態再次躍遷回基態，同時釋放出能量，產生光子。
根據發光材料激發態能級的不同，電子在躍遷回基態的過程中釋放出不同能量的光子，根據公式E=hv，能量決定光的波長，而波長意味著光的顏色。
有機發光層的發光機理（來源：網絡）
前面講到了OLED材料發光的大致原理，下面我們來看一下OLED材料的分類。
在講解之前，我們必須學習兩個概念：
電子自旋量子數和電子激發態多重度。
首先是電子自旋量子數：
如果把原子比作太陽系的話，原子核是太陽，電子就是行星。
與行星類似，電子在圍繞原子核運動的時候（并不是公轉哦，而是隨機的位置閃現，形成云狀），本身也在自轉（嚴格講也不是自轉，其產生的效果等同于自轉）。
根據史特恩-格拉赫實驗測量得出，電子自旋量子數的值為1/2或-1/2（單位是h/2Pi，h是普朗克常量）
注：括號里的話看看就行，不要試圖深入理解，因為這些屬于大殺器《量子力學》的內容。
然后是電子激發態多重度：
電子激發態的多重度用M=2s+1表示，s為電子自旋量子數的代數和（代數和沒有負數），即ms1+ms2，數值為0（1/2+負1/2）或1（1/2+1/2）。
根據泡利不相容原理，分子中同一軌道所占據的兩個電子必須具有相反的自旋方向，即自旋配對。
假如分子中全部軌道里的電子都是自旋配對的（1/2配負1/2），即s=0，分子的多重度M=1，該分子體系便處于單重態，用符號S表示，大多數有機物分子的基態處于單重態。
電子躍遷時如果還伴隨自旋方向的改變，分子便有了兩個自旋不配對的電子，即s=1（1/2+1/2），分子的多重度M=3，該分子體系處于三重態，用符號T表示。
多重態示意圖，上下箭頭表示電子自旋方向
（上圖摘自網絡，下圖摘自OFweek）
根據洪德定則，處于分立軌道上的非成對電子，平行自旋要比成對自旋更穩定些，因此三重態能級總是比相應的單重態略低（可從能級圖上看出來）。
能級圖全貌，不用理解里面全部內容（來源：網絡）
單重態和三重態指的是兩個自旋電子不同的耦合狀態，是通過復雜的計算得出的。詳細的就不講了，下面是三重態的耦合狀態公式，你們體驗一下。
好啦，課前知識學習就到這里，下面我們來看一下OLED材料的分類。
按發明時間，OLED材料分為三代：熒光材料、磷光材料和熱激活延遲材料（TADF），其中熒光材料和磷光材料已經廣泛的應用到OLED量產中，而TADF材料目前還不成熟，但正在向量產的目標努力。
三種材料的原理示意圖（來源：天極網）
由于篇幅有限（其實是小編時間有限），這一節我們先講熒光材料和磷光材料，TADF材料下一節再講。
上一節講到，電子空穴復合產生的激子會將能量轉移給有機材料分子中的電子，這些電子吸收能量后會躍遷到激發態。而電子的激發態有單重態和三重態之分，算起來一共四種狀態，大家本著平均主義原則，獲得相同數量的電子，即單重態獲得25%，三重態獲得75%。
熒光和磷光的區別為：單重態電子躍遷到基態發出的光是熒光，三重態電子躍遷到基態發出的光是磷光，如下圖所示。
ISC為隙間跨越，即電子從單重態變成三重態，或從三重態變成基態
對熒光材料來講，處于三重態的電子躍遷時并不發光，而是隙間跨越到基態或釋放熱量，所以熒光材料只能依靠25%的單重態電子發光，這也就是為什么熒光材料的發光效率只有25%（專業講法為內量子效率）。
而磷光材料發出的光是三重態上的電子躍遷時發出的，當三重態上的電子躍遷完之后，單重態上的電子還可以通過ISC到達三重態，并最終從三重態躍遷回基態，也就是說磷光材料里所有的激發態電子都可以發光，內量子效率為100%。
目前量產的OLED三原色中，紅色和綠色都是磷光材料，只有藍色是熒光材料，所以藍色的效率一直是很大的問題。因為實在做不出深藍色的磷光材料，科學家們只好通過其他方式來提高藍色的發光效率，其中最有前景的便是TADF材料。
熒光材料受激發后發出的光會快速衰減直至熄滅，這是因為處于單重態的電子不需調整自旋方向便可返回基態，這很符合泡利不相容原理，所以躍遷速度很快。而磷光材料剛好相反，受激發之后會持續發光一段時間，效果如同夜明珠。
單重態的電子因為自旋相反，很容易躍遷
對于磷光材料，三重態電子與基態電子自旋相同，有的電子并沒有那么想躍遷，所以速度不快，有延遲發光的特點。
熒光材料的內量子效率最高只有25%，是因為其三重態有躍遷禁戒（即處于三重態的電子無法和基態的電子形成自旋軌道耦合，向基態躍遷違反泡利不相容原理），所以電子無法以發光的形式躍遷回基態，通常以熱量的形式釋放能量。
但如果在有機分子中加入一個重金屬（例如Ir、Pt、Re等，其中Ir具有較短的三線態壽命,在室溫下有較高的發光效率和較強的磷光被廣泛用于磷光材料中），可在有機材料內形成較強的自旋軌道偶合效應，使電子從三重態躍遷回基態成為可能（普林斯頓大學教授Forrest在1997年發現）。
磷光材料利用了75%的三重態能量，所以內量子效率理論上可以達到100%，這有利于降低器件電力能耗、減少熱量產生、提高器件穩定性和延長器件使用壽命。磷光材料性能雖好，但Ir這種重金屬儲量非常有限，價格貴的要死還污染環境。
（安達教授曾在普林斯頓大學師從Forrest教授，真是名師出高徒）
在介紹TADF之前，還有兩個技術要說一說，看看就行不用深究。
① TTA（triple-tripleannihilation）：利用電子在三重態的湮滅效應，提高單重態電子的總量，具體來講就是兩個三重態的電子相互湮滅，生成一個基態電子和一個單重態電子，然后這個生產的單重態的電子再躍遷回基態發出熒光，TTA在上世紀60年代就有人研究，理論極限效率62.5%，后來TTA技術一直沒有實用化，如今有了100%轉換效率的TADF技術，TTA就更無人問津了。
② 2000年左右有篇《Nature》文章，提到通過改變有機分子結構，使單重態的捕獲界面和三重態的捕獲界面比達到57：43，而不是通常的25：75，所以單重態得到電子的概率從25%提到了57%，發出熒光的效率理論上也達到57%。
上述兩個技術的轉換效率都在60%左右，可知TADF接近100%的轉換效率是多么吸引人。TADF材料的發光原理總結成一句話就是：處于三重態的電子可以高效的通過逆系間跨越回到單重態，并從單重態躍遷回基態并發出熒光。
