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经历过十多年的发展,场致发射显示,尤其是碳纳米管场致发射显示CNT-FED成为新兴平板显示产业的一个重要发展方向。然而在主流平板显示技术的竞争下,CNT-FED还有一些问题需要解决,包括器件寿命、隔离体、亮度、电子发射均匀性、调制电压范围、驱动方法以及低成本的器件制备技术等。本文的研究围绕厚膜工艺制备的碳纳米管场致发射显示器件CNT-FED展开,研究内容包括大尺寸均匀碳纳米管发射阴极的制备、基于Hopping效应的新型多极结构CNT-FED设计与制备、厚膜碳纳米管场致发射显示器件CNT-FED的制备工艺流程、碳纳米管场致发射显示CNT-FED多灰度等级显示驱动模式。通过分组实验,本文提出并比较了两种大尺寸均匀碳纳米管发射阴极的制备工艺:压缩空气喷涂法和丝网印刷法。实验数据显示,利用喷涂法制备的碳纳米管发射阴极的宏观开启场强较低,采用的设备简易低廉,工艺流程也相对简单,但是阴极发射均匀性不理想,对环境污染较大;丝网印刷方法是目前比较流行的碳纳米管阴极制备工艺,阴极电子发射均匀性较好,且比较适合器件的批量生产过程。配合模拟计算结果,利用分组实验,本文讨论了碳纳米管分布密度与发射电流密度、阴极宏观开启场强之间的关系,即阴极的碳纳米管密度分布有一个最佳值,既可以保证稳定可靠的发射电流,也有利于降低宏观的发射开启场强。基于飞利浦公司提供的设计平台,本文利用模拟计算和实验,设计提出采用HOP Spacer作为厚膜工艺CNT-FED器件的调制极结构,对单一HOP Spacer栅极结构和双HOP Spacer多极结构（共轴与错位）进行了模拟与实验分析,计算和实验结果显示双HOP Spacer多极结构能够明显降低厚膜CNT-FED器件的阳极电流调制电压范围,显示均匀性也得到改善。受上述的工作的启发,本文又提出了采用CDT荫罩代替HOP Spacer的概念,并设计了相应的结构,模拟与实验结果表明方案具有相当的可行性。针对HOP通道内MgO薄膜容易变质的问题,本文尝试采用MgF2和SiO2薄膜来替代。同时,相应的厚膜制备工艺也被详细提出,包括前后基板工艺、新型栅极结构工艺、封接和老练工艺等。考虑到目前器件的制备工艺及显示均匀性尚待改善,本文故采用脉冲宽度调制方法Pulse Width Modulation来实现CNT-FED的动态多灰度级调制,并利用FPGA为核心,设计对应的简易演示数字主控系统,初步实现了准实时动态多灰度级（16 - 32）显示。