三層結構的OLED器件由HTL、ELL、ETL3層有機材料構成，各層有機材料各司其職，HTL負責調節空穴的注入速度和注入量，ETL負責調節電子的注入速度和注入量，注入的電子和空穴在ELL中互相作用，結合在束縛狀态中形成激子，激子衰變輻射出光子。這種結構便于調整OLED的電光特性，是目前常采用的OLED結構。
①三層A型(threelayer-A簡稱TL-A)器件結構由日本九州大學的Saito教授組提出，其最主要的特點是在HTL、ETL之間置入一層發光層，這層發光層薄得像Langmuir-Blodgettfilm一樣，使得激子被局限在此層産生強烈的發光。三層A型标準OLED器件的結構由下而上分别為：玻璃基闆上面一層的正極為一層薄而透明具導電性質的铟錫氧化物（ITO），陰極為金屬組合物，将有機材料層如同三明治般包夾其中，有機材料層包括空穴傳輸層（HTL）、發光層（ELL）、與電子傳輸層（ETL）。當三層A型标準OLED器件通入适當的電流，注入正極的空穴與陰極來的電荷在發光層結合時，釋放的能量激發有機材料産生光線，而不同的有機材料會發出不同顔色的光。
②三層B型(threelayer-B簡稱TL-B) 三層A型标準OLED器件結構是由日本山形大學的Kido教授組提出，其結構與TL-A相似。但最主要的特點是在HTL、ETL之間的激子限制層(excitonconfinementlayer簡稱ECL)。激子限制層的厚度可以調節發光位置，可控制器件的兩側中的一側發光或兩側發光，若将ECL調整合适，可使激發子同時在HTL及ETL生成，讓HTL及ETL同時發光，而将發光混成白光。三層B型标準OLED器件的結構由下而上分别為：玻璃基闆、ITO、HTL、ECL、ETL/金屬陰極。
三層結構的OLED器件的，注入層的作用是使得陽極的功函數與LUMO準位、陰極的功函數與HOMO準位有良好的比對，使得電子與空穴能順利的從電極流至傳輸層中。空穴注入層材料以烯丙基胺系或銅钛菁系為主，并搭配上功函數高的陽極材料。電子注入層則通常以鋁作為陰極并搭配锂或鈣等功函數較低的金屬或金屬氟化物。
傳輸層的作用是使得從陽極注入的空穴能透過空穴傳輸層流至發光層，并且阻絕來自陰極的電子使之不直接傳輸流至陽極；而從陰極注入的電子能透過電子傳輸層流至發光層，并且阻絕來自陽極的空穴使之不直接傳輸至陰極。是以傳輸層必須使用載子遷移率(mobility)高且在傳輸層與發光層之間能形成可以阻絕電子與空穴流動的位能障(potentialbarrier)的材料，如此才能使電子與空穴在發光層中再結合(recombination)并發光。傳輸層的材料雖然有空穴與電子傳輸層之分，但是主要還是以含有氮之烯丙基胺化合物(TPD)為主。而目前電子傳輸層的開發落後于空穴傳輸層。
發光層的作用是使得注入的電子與空穴産生再結合的激勵作用而發光，發光層材料通常為發光能力較低的徑式8-羟基喹啉鋁(Alq3)或铋錯化合物(Bebq2)為主體(host)材料，再少量摻雜發光能力高的客體(guest)材料。摻雜的客體除了可以提高發光效率之外，也可以用來改變發光的顔色。發光的機制可以由主體材料先呈激勵狀态再将能量轉移至客體分子，使客體分子獲得激勵而發光；另一種方式是電子與空穴直接在客體分子上再結合而發光。而再結合的機制可分為熒旋光性(fluorescence)及磷旋光性(phosphorescence)兩種。磷旋光性的發光效率由于比熒旋光性的發光效率高約2～5倍(紅光約2倍而綠光約5倍)，是以使用磷旋光性發光層可以降低功率消耗并提高壽命。
至于電子傳輸層，系為n型的有機材料，其特性為具有較高的電子遷移率，當電子由電子傳輸層至空穴電子傳輸層接口時，由于電子傳輸層的LUMO較空穴傳輸層的LUMO高，電子不易跨越此一能障進入空穴傳輸層，被阻擋于此接口。此時空穴由空穴傳輸層傳至接口附近與電子再結合而産生激子，而激子會以放光及非放光的形式進行能量釋放。以一般螢光材料系統而言，因選擇率(Selectionrule)的限制僅由25%的電子空穴對以發光的形式做再結合，其餘75%之能量則以放熱的形式散逸。近年來，正積極地開發磷光材料成為新一代的OLED材料，此類材料可打破選擇率的限制，以提高内部量子效率至接近100%。
在實際的器件設計中，為了優化及平衡器件的各項性能，引入了多種不同作用的功能層。例如，電子注入層和空穴注入層往往能降低器件的開啟和工作電壓；電子阻擋層和空穴阻擋層往往能減小直接流過器件而不形成激子的電流，進而提高器件的效率。在某一具體器件中，可能包含其中的幾層。但是，因為多數有機材料為絕緣體，隻有在較高電場強度下才能實作有效的電流輸入，是以有機薄膜的厚度不能太厚，否則器件的驅動電壓太高，失去了OLED的實際應用價值。空穴阻擋層的實際應用較多。一般來說，在雙層或三層器件中，空穴多于電子，有較大部分空穴形成漏電流。是以非常有必要引入空穴阻擋層以限制空穴流動，進而提高器件的效率。