场发射显示器(FED)由于同时具有CRT显示器的优点和平板显示器的特点,而颇受关注。而碳纳米管(CNT)因为其良好的几何外形、电学和机械性能而成为FED阴极的理想选择。在目前研究最多的三极结构CNT-FED中,存在电子束发散的问题,使得象素变大,分辨率降低。针对此问题我们提出了一种新型自会聚凹面阴极CNT-FED,并使用ANSYS软件模拟其场发射过程,研究凹面阴极结构对电子束会聚的作用。经过对比,凹面阴极的发射电子束会聚情况明显优于平面阴极发射。随着凹面曲率的增加,电子束会聚程度提高,明显趋于会聚于阳极上一很小区域,但是当凹面曲率进一步增加的时候,电子束发生交叉,导致电子束半径逐渐增大。这一过程类似于透镜的聚焦过程,但是经过观察电子轨迹,我们发现电子束交叉时并非会聚于一点,而是在Y轴上一个很小的范围内发生交叉,这一特点影响了电子束达到聚焦于一点的理想化情况,但是可以部分补偿由于CNT发射层制备等工艺造成的误差。我们研究了独立发射单元模型中可能影响发射效果的几个重要参数。当栅极电压Vg增大时候,局域电场升高,电子束向+X轴方向偏移,电子束半径先减小后增大。随着栅极和阴极间距Dgc或者栅极孔直径d增大,电子束向-X轴方向移动,电子束半径出现先减小后增大的趋势,发射表面电场缓慢减小。发射单元之间具有类似CNT阵列内管间的屏蔽效应,因此我们对发射单元间距进行了优化。经过优化CNT-FED结构,我们的模型可以将电子束会聚在阳极上一个很小的区域内,阳极电流密度在这一区域内叠加使得亮度增加。本文中的自会聚阴极结构可适用于高分辨率低功耗CNT-FED的设计。