等离子体显示器(PDP)介质保护层材料性能的改善是提高PDP相关性能的一个关键因素。保护层材料的结构、特性参数等直接影响到PDP的显示效果以及器件性能和质量。如何改善和提高介质保护层性能在国际上受到越来越多关注。目前，PDP保护层材料的相关研究大多从实验测量的角度出发，对PDP保护层材料理论研究较少，而保护层材料性能计算与PDP放电性能的结合几乎没有。　　 本论文以新型荫罩式PDP结构为研究载体，采用第一性原理研究了一系列PDP保护层材料电子结构特性，分析了空穴、掺杂等对保护层材料电子结构的影响。通过计算相应的能带结构、电子态密度分布等，研究各种材料结构的物理性质变化，电子跃迁过程及其它特性。重点分析、计算了与PDP放电性能密切相关的的二次电子和外逸电子发射过程以及激子光谱。与放电过程相结合，研究了材料微观结构对PDP性能的影响，模拟了PDP放电单元的着火电压、维持电压、放电效率等放电特性，获得了从微观到宏观较完整的PDP理论分析模型。尝试寻找具有较好的二次电子和外逸电子发射性能的新型保护层材料，从而降低着火电压和维持电压，减小功耗，提高放电效率、减小寻址时间，以满足高氙、高气压、高分辨率PDP的需求，为获得高质量三维显示效果PDP提供关键材料。　　 提高MgO保护层的二次电子发射系数γ是降低着火电压和维持电压，提高放电效率的一个有效途径。论文计算了纯MgO以及含F、F+色心的MgO晶体电子结构，在分析、研究其能带结构和态密度分布的基础上，计算了相应氖离子和氙离子轰击情况下的二次电子发射系数。结果表明，MgO中形成F、F+色心可以提高其二次电子发射系数，尤其是氙离子轰击的二次电子发射系数，进而降低PDP放电单元的工作电压，提高放电效率。在此基础上，我们引入激子概念，计算了MgO的激子光谱及其激子束缚能，并从激子角度对PDP中外逸电子来源进行分析。　　 MgCaO材料是目前备受关注的PDP保护层材料。论文详细研究MgCaO复合材料的电子结构，激子光谱等，并分析了掺CaO对MgO二次电子和外逸电子发射的影响。计算了MgCaO的激子光谱，从激子角度分析和理解MgCaO中的外逸电子发射机理，并分析了材料priming电子发射机制以及对PDP的放电性能的影响。结果表明，可以通过对PDP保护层材料MgO掺CaO来提高保护层的外逸电子发射，以及降低禁带宽度，这不仅能减小PDP的jitter，而且还能适当的降低PDP放电单元的工作电压。　　 用第一性原理研究了Mg1-xZnxO保护层的性质，结果发现随着ZnO掺杂浓度的增加，Mg1-xZnxO的禁带宽度逐渐减小，同时价带宽度值逐渐增加，二次电子发射系数也随之增加。采用二维流体模型模拟Mg1-xZnxO作为保护层的SM-PDP放电单元的放电过程，结果显示采用10％Xe浓度放电气体时，ZnO掺杂浓度由O变化到62.5％的情况下，不仅工作电压能有效减小，放电效率也提高了约60％，其中电子加热效率约为35％，Xe激发效率约27％。因此，采用小禁带宽度氧化物掺杂保护层材料如Mg1-xZnxO，可进一步提高Xe浓度，从而获得更高的放电效率。　　 详细研究了不等价掺杂形成的Mg1-xSixO保护层材料电子结构及对放电性能的影响。研究结果表明，MgO材料中掺一定量的Si后，在MgO能带的禁带中有杂质能级引入，并且杂质能级靠近导带，成为电子陷阱，能有效的俘获电子。而陷阱中的电子比价带中电子更容易被激发到真空能级成为自由电子。当掺Si浓度在1.85～5.56％之间时，能有效提高MgO保护层的二次电子发射，降低PDP放电单元的工作电压，提高放电效率。掺Si浓度约为5.56％时放电效率达到最大，可提高约76％。　　 论文还研究了一些复合材料以及其它新型的保护层材料。由于它们拥有比较高的二次电子发射系数，可以作为潜在的可用于PDP保护层的材料。研究结果发现只有当保护层材料的禁带宽度值和电子亲和能之和比较小的情况下才能够导致比较高二次电子发射系数，进而获得低着火电压，高放电效率。