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众所周知，OLED显示器不需要背光源，在通电的情况下OLED材料可以主动发出红绿蓝三色光。那OLED发光的原理是什么呢？
首先上一张大家已经看腻的图：OLED器件结构。
从图中可以看出，OLED器件自下而上分为： 玻璃基板（TFT）、阳极、空穴注入/传输层、有机发光层、电子注入/传输层和金属阴极（顺便吐槽一下百度百科里各层名字的叫法。。。） 发光的部位在器件中间的有机发光层（再具体点就是发光层中的掺杂材料），发光机理如下图所示：
OLED器件是电流驱动型，在通电的情况下，空穴从阳极进入器件，穿过空穴注入/传输层，电子从阴极进入器件，穿过电子注入/传输层，两者最终到达有机发光层。 接下来要讲解的内容可能会比较生涩，为便于不同层次读者的理解，小编用不同的内容分成基础班和进修班，请各位读者对号入座。 基础班： 空穴和电子在发光层中相遇，然后复合，形象一点讲的话，就像久未相见的恋人，一见面便紧紧抱在一起； 电子空穴复合时会产生能量，释放出光子，你可以将光子理解为下图中情侣头上的心形； 我们能看见的光是由无数的光子组成，就像情侣头上不断冒出的小心心； 光的颜色由光子的能量决定，如果能量的高低用情侣的亲密程度比喻的话：特别亲密的发出蓝色（能量高发出蓝光），比较亲密的发出绿色（能量适中的发出绿光），一般亲密的发出红色（能量低的发出红光）。
进修班： 在讲解OLED发光原理之前，我们先学习一个概念：能级； 能级：原子核外电子的状态是不连续的，因此各状态对应的能量也是不连续的，这些能量值就是能级； 能级就像楼梯的台阶，只存在1阶、2阶这样的整数，不会出现诸如1.5阶、2.1阶这样的情况，能级的示意图如下；
在正常状态下，原子处于最低能级，即电子在离核最近的轨道上运动，这种状态称为基态； 原子吸收能量后，电子会从基态跑到较高能级，即电子在较远的轨道上运动，这种状态称为激发态； 电子在不同能级之间的转换称为跃迁，从低能级向高能级跃迁需要吸收能量，而从高能级跃迁回低能级则会放出能量； 了解能级的概念后，我们来看一下OLED发光材料的能级是什么样子：
S0表示的是基态能级，S1、S2和T1表示的是激发态能级，有机材料发光的过程，就是电子从高能级跃迁到低能级释放能量的过程（S1-->S0或T1-->S0），这个释放出的能量，就是可见光； 所以OLED发光的整个过程如下： 1. 电子和空穴在发光层中相遇时，会产生复合效应； 2. 复合的过程中产生激子，激子在电场的作用下迁移，将能量转移给发光层中的掺杂材料； 3. 掺杂材料中的电子吸收能量后，从基态跃迁到激发态; 4. 因为激发态是不稳定的，电子会从激发态再次跃迁回基态，同时释放出能量，产生光子。 根据发光材料激发态能级的不同，电子在跃迁回基态的过程中释放出不同能量的光子，根据公式E=hv，能量决定光的波长，而波长意味着光的颜色。
前面讲到了OLED材料发光的大致原理，下面我们来看一下OLED材料的分类。 在讲解之前，我们必须学习两个概念： 电子自旋量子数和电子激发态多重度。
首先是电子自旋量子数： 如果把原子比作太阳系的话，原子核是太阳，电子就是行星。 与行星类似，电子在围绕原子核运动的时候（并不是公转哦，而是随机的位置闪现，形成云状），本身也在自转（严格讲也不是自转，其产生的效果等同于自转）。 根据史特恩-格拉赫实验测量得出，电子自旋量子数的值为1/2或-1/2（单位是h/2Pi，h是普朗克常量） 注：括号里的话看看就行，不要试图深入理解，因为这些属于大杀器《量子力学》的内容。
然后是电子激发态多重度： 电子激发态的多重度用M=2s+1表示，s为电子自旋量子数的代数和（代数和没有负数），即ms1+ms2，数值为0（1/2+负1/2）或1（1/2+1/2）。
根据泡利不相容原理，分子中同一轨道所占据的两个电子必须具有相反的自旋方向，即自旋配对。 假如分子中全部轨道里的电子都是自旋配对的（1/2配负1/2），即s=0，分子的多重度M=1，该分子体系便处于单重态，用符号S表示，大多数有机物分子的基态处于单重态。
电子跃迁时如果还伴随自旋方向的改变，分子便有了两个自旋不配对的电子，即s=1（1/2+1/2），分子的多重度M=3，该分子体系处于三重态，用符号T表示。 多重态示意图，上下箭头表示电子自旋方向 （上图摘自网络，下图摘自OFweek） 根据洪德定则，处于分立轨道上的非成对电子，平行自旋要比成对自旋更稳定些，因此三重态能级总是比相应的单重态略低（可从能级图上看出来）。 单重态和三重态指的是两个自旋电子不同的耦合状态，是通过复杂的计算得出的。详细的就不讲了，下面是三重态的耦合状态公式，你们体验一下。
好啦，课前知识学习就到这里，下面我们来看一下OLED材料的分类。
按发明时间，OLED材料分为三代：荧光材料、磷光材料和热激活延迟材料（TADF），其中荧光材料和磷光材料已经广泛的应用到OLED量产中，而TADF材料目前还不成熟，但正在向量产的目标努力。 由于篇幅有限（其实是小编时间有限），这一节我们先讲荧光材料和磷光材料，TADF材料下一节再讲。
上一节讲到，电子空穴复合产生的激子会将能量转移给有机材料分子中的电子，这些电子吸收能量后会跃迁到激发态。而电子的激发态有单重态和三重态之分，算起来一共四种状态，大家本着平均主义原则，获得相同数量的电子，即单重态获得25%，三重态获得75%。
荧光和磷光的区别为：单重态电子跃迁到基态发出的光是荧光，三重态电子跃迁到基态发出的光是磷光，如下图所示。
ISC为隙间跨越，即电子从单重态变成三重态，或从三重态变成基态
对荧光材料来讲，处于三重态的电子跃迁时并不发光，而是隙间跨越到基态或释放热量，所以荧光材料只能依靠25%的单重态电子发光，这也就是为什么荧光材料的发光效率只有25%（专业讲法为内量子效率）。
而磷光材料发出的光是三重态上的电子跃迁时发出的，当三重态上的电子跃迁完之后，单重态上的电子还可以通过ISC到达三重态，并最终从三重态跃迁回基态，也就是说磷光材料里所有的激发态电子都可以发光，内量子效率为100%。
目前量产的OLED三原色中，红色和绿色都是磷光材料，只有蓝色是荧光材料，所以蓝色的效率一直是很大的问题。因为实在做不出深蓝色的磷光材料，科学家们只好通过其他方式来提高蓝色的发光效率，其中最有前景的便是TADF材料。 荧光材料受激发后发出的光会快速衰减直至熄灭，这是因为处于单重态的电子不需调整自旋方向便可返回基态，这很符合泡利不相容原理，所以跃迁速度很快。而磷光材料刚好相反，受激发之后会持续发光一段时间，效果如同夜明珠。
单重态的电子因为自旋相反，很容易跃迁 对于磷光材料，三重态电子与基态电子自旋相同，有的电子并没有那么想跃迁，所以速度不快，有延迟发光的特点。
荧光材料的内量子效率最高只有25%，是因为其三重态有跃迁禁戒（即处于三重态的电子无法和基态的电子形成自旋轨道耦合，向基态跃迁违反泡利不相容原理），所以电子无法以发光的形式跃迁回基态，通常以热量的形式释放能量。
但如果在有机分子中加入一个重金属（例如Ir、Pt、Re等，其中Ir具有较短的三线态寿命,在室温下有较高的发光效率和较强的磷光被广泛用于磷光材料中），可在有机材料内形成较强的自旋轨道偶合效应，使电子从三重态跃迁回基态成为可能（普林斯顿大学教授Forrest在1997年发现）。
磷光材料利用了75%的三重态能量，所以内量子效率理论上可以达到100%，这有利于降低器件电力能耗、减少热量产生、提高器件稳定性和延长器件使用寿命。磷光材料性能虽好，但Ir这种重金属储量非常有限，价格贵的要死还污染环境。
（安达教授曾在普林斯顿大学师从Forrest教授，真是名师出高徒）
在介绍TADF之前，还有两个技术要说一说，看看就行不用深究。
① TTA（triple-tripleannihilation）：利用电子在三重态的湮灭效应，提高单重态电子的总量，具体来讲就是两个三重态的电子相互湮灭，生成一个基态电子和一个单重态电子，然后这个生产的单重态的电子再跃迁回基态发出荧光，TTA在上世纪60年代就有人研究，理论极限效率62.5%，后来TTA技术一直没有实用化，如今有了100%转换效率的TADF技术，TTA就更无人问津了。
② 2000年左右有篇《Nature》文章，提到通过改变有机分子结构，使单重态的捕获界面和三重态的捕获界面比达到57：43，而不是通常的25：75，所以单重态得到电子的概率从25%提到了57%，发出荧光的效率理论上也达到57%。
上述两个技术的转换效率都在60%左右，可知TADF接近100%的转换效率是多么吸引人。TADF材料的发光原理总结成一句话就是：处于三重态的电子可以高效的通过逆系间跨越回到单重态，并从单重态跃迁回基态并发出荧光。
TADF自发光材料的原理（来源：Kyulux官网）
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