随着碳纳米管的发现，基于丝网印刷厚膜技术的碳纳米管场致发射显示器件成为目前平板显示领域的研究热点。器件性能提高的关键是碳纳米管基冷阴极场致发射特性的改善，而更基本的是开发满足器件要求的可印制的碳纳米管基冷阴极材料。器件实用化的关键则是提高大面积场致发射的均匀性和稳定性。在总结场致发射技术进展和大量前期实验的基础上，本博士论文的研究工作首先从碳纳米管的提纯和分散技术开始，之后重点进行可印制的碳纳米管基冷阴极材料的开发，以及丝网印刷厚膜技术制备二极结构碳纳米管场致发射显示器件的工艺研究，最后对实验现象和测试结果进行理论分析和解释。本博士论文的主要研究成果概述如下： 1、研究了碳纳米管的提纯和分散技术，确定了采用高温氧化法对碳纳米管进行提纯的工艺参数，首次提出一种碳纳米管的连续分散方法，从有机溶剂分散过渡到表面活性剂分散，得到一种分散特性良好稳定的碳纳米管水溶液。 2、开发一种新型的可印制的碳纳米管基电子浆料，该浆料具有非常独特的结构体系，碳纳米管是浆料中唯一的导电材料和场致电子发射材料，纳米级二氧化硅是浆料中唯一的无机固体粘结材料。实验结果证明该浆料适用丝网印刷制备碳纳米管基冷阴极，基本满足场致发射显示器件的制备要求。 3、系统研究了新型碳纳米管基电子浆料的物理特性，SEM测试显示碳纳米管和纳米二氧化硅具有理想的纳米尺度对比性，重点分析了不同碳纳米管含量和不同温度加热过程对电导率的影响。该浆料制备的碳纳米管基电子源具有良好的热稳定性和特殊的厚膜形态，这是获得良好场致发射特性的重要保证。 4、首次提出一种优化圆点型碳纳米管基冷阴极结构，可以避免电场边缘效应的影响，获得更集中的局域电场的有效施加，通过增加导电银浆中间过渡层增强机械连接和电连接，通过表面全覆盖碳纳米管基电子源，降低金属银颗粒对场致电子发射过程的影响，提高场致发射的稳定性。 5、系统研究了新型碳纳米管基冷阴极的场致发射特性，分析了不同碳纳米管含量、不同温度加热处理、不同真空度、不同碳纳米管膜厚对场致发射特性的影响。测试结果显示开启电场和阈值电场均在目前碳纳米管材料场致发射特性研究结果的范围之内，具有耐高电场和大电流场致发射的显著特点，发射电流的稳定性和显示像素的均匀性等特性也很优异，显示出优良的综合场致发射特性。 6、首次提出一种采用等离子反应刻蚀技术对碳纳米管基冷阴极进行表面深层处理的方法，通过去除表面的碳纳米管和二氧化硅固体粘结材料，暴露底下的碳纳米管管体使其成为新的线性电子源。实验结果证明长时间等离子反应刻蚀有助于进一步提高新型碳纳米管基冷阴极场致发射的稳定性和均匀性。 7、建立了碳纳米管厚膜电子源结构、碳纳米管厚膜场致发射和碳纳米管厚膜线性电子源场致发射三种理论模型。针对新型碳纳米管基冷阴极中的所有碳纳米管都参与场致电子发射过程的特点，首次提出碳纳米管厚膜电子源的概念。对于碳纳米管厚膜场致发射，电子从阴极电极必须经过多个中间碳纳米管的内部传导和外部隧穿，才能输运到表面的碳纳米管，通过管端量子化局域态隧穿发射到真空。经过等离子反应刻蚀表面处理后，发生了由管端到管体发射电子的转变，这时管体可看作线性电子源，电子发射主要来自管壁的缺陷。 8、在器件应用方面，采用丝网印刷技术制备二极结构碳纳米管场致发射显示器件，从8×8矩阵、32×32矩阵发展到4.5英寸60×60矩阵，在直流驱动模式下测试了不同单列、单点碳纳米管基电子源的场致发射特性，在脉冲驱动模式下成功实现列扫描和动态字符显示，器件表现出良好的均匀性和稳定性。最后研究掌握真空封装工艺，成功制备4.5英寸全封装单色二极结构碳纳米管场致发射显示原型样机。 9、对三极结构碳纳米管场致发射显示器件的结构设计和制备技术等开展了探索性前期研究，初步研究了独立栅极对场致电子发射的聚焦作用、微米级发射微孔的半导体光刻工艺、定域制备碳纳米管基电子源的背面紫外光固化工艺等，提出了直接在碳纳米管基电子源表面制备栅极结构的研究思路并进行简单的实验验证，总结了栅极可控的碳纳米管场致发射显示器件的研究方案和工艺流程。 整个博士论文的研究工作涵盖了丝网印刷厚膜技术制备碳纳米管场致发射显示器件的全部工艺过程，有关材料制备、原型样机、场致发射特性分析、理论模型建立与理论解释等方面的研究成果，对于促进碳纳米管场致发射显示技术的发展具有重要意义。