场发射显示器是众多的平板显示器中最有潜力提供最佳的图像质量和综合性能的一种。经过了多年的发展，其在器件结构、发射材料和工艺水平等方面均取得了长足的进步。尤其是最近几年碳纳米管和氧化锌等新型发射体的引入，更大大促进了FED的快速发展。 本文的研究围绕着FED的工作机理和器件性能来展开，首先在介绍了场致发射的原理之后，指出实际测量所得电流是由一个完整回路中的各个环节共同决定，而不是仅由描述发射体．真空界面的F-N公式描述。由此对这一回路中的各个环节分别进行了分析论证。对于发射体顶端的研究表明，发射体的发射能力本质上不是由几何外观而是由顶端电子能量状态决定。最终得到的最优单根碳管发射体为顶端开口、管径接近6nm、长度不低于60nm却又不过分长的单壁碳管，而最优阴极则是由上述碳管以50nm的间距所形成的阵列组成。碳管管壁上最常见的两类缺陷为分子异构类缺陷和原子缺失类缺陷，其中前者会降低电子输送能力进而降低发射电流，而后者将提供额外的发射位置进而增大发射电流。其规律分别可以通过指数函数和对数函数加以表达。碳管底部与电极的接触状态是决定尖端发射比例的重要因素，因而也是增大发射能力的重要改进环节。综合顶端、管壁和底部的结果，文中给出了实测电流的完整表达。 FED的亮度均匀性不仅与发射体有关，也与器件结构和驱动电位有关。文中在分析了这些关系之后，提出了一种采用双层基板的结构。此结构下的FED当屏幕小于5英寸时，可以完全取消支撑体的使用，并且阴阳极基板不发生形变，很好的保证了屏内的结构、场强和亮度的一致性。对于采用支撑体的情况，则针对柱型、墙型和十字墙型支撑体分别进行了优化配置。其共同的核心思想在于采用等边三角形的支撑体阵列，这是所有可能的支撑体排列方式中效率最高的一种。当保持支撑体数量不变时，这一方式可以降低三分之一的基板形变和亮度波动；而当保持基板形变和亮度波动水平时，则可以节约三分之一的支撑体数量。 对目前各种FED的象素结构进行了综合评述。随后在传统的电子束发散的视角之外，着重从电路和电场两个角度分析了象素间串扰的成因和抑制方法。对于电路原因给出了分析模型：对于电场原因指出在非选中象素处施加负偏压可以有效的抑制此类串扰，而调整几何参数则效果不大。 给出了以丝网印刷为主要手段的FED工艺制备流程并对各个环节，尤其是发射体在工艺过程和工作过程中的热稳定性，进行了性能上的探讨。同时针对实验中碳管在高温工艺过程中遗失的现象，将保护气注入方式由向烧结炉中注入改为向屏内注入。对比实验的结果表明，在相同情况下，旧有方式下样屏内碳管全部丢失，而新方式下碳管形貌和发射特性没有受到影响，是一个有效的实验改进方案。 文中还对三极FED建立了内部等效电路模型，再与外部驱动电路结合，得到了描述器件电路性能的完整同路。利用这一回路，重点分析了驱动波形的性质。结果表明含有中间层基板的CNT-FED结构在改善驱动波形、确保阴极发射性能等方面，均较普通三极结构具有更好的性能，同时也有利于实现高分辨率下高灰度等级的显示。