有机发光二极管(OLED)出现以来，由于其具备的节能、高效、寿命长、制作成本低廉等优点，已经在平板显示、白光照明、柔性电子器件等领域展示出诱人的应用前景。特别是，白光OLED由于本身具有重量轻、厚度薄、发光效率高的特点已经在下一代的照明工程中备受瞩目。设计高效率、长寿命、大面积的白光照明器件已经成为当今世界上一个热门的研究课题。为了获得高效、长寿命的OLED，需要对于其器件的结构设计，器件特性机理进行深入研究。本论文以叠层OLED器件作为研究目标，采用了包括金属掺杂电子传输材料作为电子传输层、使用过渡金属氧化物做为空穴传输层的多种内部连接层制作了高电流效率的叠层OLED器件，并对制作叠层OLED的内部连接层的电子结构、载流子的产生以及传输过程进行了研究。采用紫外光电子能谱（UPS）以及X-射线光电子能谱（XPS）表征界面的化学态和电子能级结构，我们得到了内部连接层的电子能级排布；采用导纳阻抗分析以及结合叠层器件制作，我们揭示了载流子在连接层中的动态产生、迁移过程。我们发现，在制作叠层OLED器件过程中使用的过渡金属氧化物发挥了载流子产生层的作用，而与其接触的电子传输层和空穴传输层的界面分别起到了一个电子和空穴导出的作用。本文还初步讨论了有机掺杂引起的载流子迁移率的提高机理，发现可以通过有机侧链官能团调节杂化能级。最后，本文也研究了利用光提取技术来减小玻璃-空气界面的出射光的全反射损失导致的器件的外量子效率低下的问题，我们采用成本低廉，制作方便的数字微反射镜并行光刻压印技术制作高填充因子的微透镜来减小玻璃-空气界面的全反射损失，获得的60%以上的光强提取。模拟分析的结果进一步证明高填充因子的椭圆形微透镜具有更高的光提取效率，同时也证明了我们实验结果的正确。