泽攸科技 | 从大银幕到微观光刻，同一块芯片搞定两件事
发布时间：
2026-07-20
走进电影院，面对十几米宽的大银幕，人们很少会思考一个问题：为什么屏幕放得这么大，画面却几乎看不到一格一格的“马赛克”？
走进电影院，面对十几米宽的大银幕，人们很少会思考一个问题：为什么屏幕放得这么大，画面却几乎看不到一格一格的“马赛克”？
如果把手机里的照片不断放大，总有一天会看到组成图像的像素。如果把电脑显示器贴近观察，也能发现红、绿、蓝三个子像素排列成规则的矩阵。那么，电影院里动辄数百英寸甚至更大的画面，为什么依然能够保持细腻的观感？
很多人会认为，这是因为电影院使用了分辨率更高的屏幕。事实上，大多数电影院并没有使用传统意义上的显示屏，而是采用数字放映机，将图像投射到幕布上。真正决定画面质量的，并不是幕布本身，而是放映机内部一个只有几厘米大小，却包含数百万个微小器件的核心部件——DMD。
DMD的全称是数字微镜器件，它也是DLP数字光处理技术的核心。虽然很多人没有听说过它，但从电影院、会议投影，到工业制造、科学研究，它已经被应用于许多不同领域。
如果把放映机拆开，会发现它的内部并没有液晶屏，而是一块布满微小镜面的芯片。这块芯片上的每一块镜面，都对应着最终画面中的一个像素。
与普通镜子不同，这些镜面并不是固定不动的，而是能够高速翻转。
每一块微镜都安装在极其微小的转轴上，通过静电驱动，可以在两个固定角度之间快速切换。当镜面朝向投影镜头时，光线被反射到幕布上，这个像素就是亮的。当镜面偏向另一侧时，光线被引导至吸光区域，不再进入投影镜头，这个像素便会变暗。
因此每一个像素实际上都对应着一块可以独立控制的微镜。放映机通过控制数百万块微镜的状态，将光线重新排列，最终形成完整的画面。
这里有一个容易产生误解的地方。很多人会认为，一个像素只有亮和灭两种状态，那么画面应该只有黑白两色。实际上，人眼对快速变化的光具有一定的视觉暂留特性。当一块微镜在亮和暗之间高速切换时，人眼并不会分别看到每一次翻转，而是会感受到一个平均亮度。
例如在一个极短的时间内，如果微镜有一半时间反射光线，另一半时间关闭，人眼看到的便是约50%的灰度。如果亮的时间占80%，那么对应的像素就会更亮一些。通过调节每块微镜在一个时间周期内开启与关闭的比例，就能够形成丰富的灰度层次。
这种控制方式通常被称为脉宽调制，也就是利用时间来表达亮度，而不是依靠镜子本身改变反射能力。
彩色画面的形成，则是在灰度控制基础上的进一步扩展。
对于许多单芯片DLP放映机来说，光源会依次产生红、绿、蓝三种颜色，每一种颜色分别照射到DMD芯片上，微镜阵列根据当前颜色对应的图像信息完成一次灰度调制。由于这一过程重复速度极快，人眼最终感知到的是连续的彩色画面，而不是不断切换的三种颜色。
在影院使用的高端数字电影放映系统中，也有采用三片DMD芯片分别负责红、绿、蓝三个颜色通道的方案。这样能够避免颜色依次切换带来的时间损失，提高亮度利用率，同时进一步改善色彩表现。这也是数字影院长期采用的重要技术路线之一。
那么既然每块微镜都对应一个像素，为什么电影院的大银幕依然看不到明显的像素颗粒？
答案并不仅仅来自分辨率。
首先现代数字电影放映设备通常具有较高的图像分辨率。当数百万个像素均匀分布到十几米宽的幕布上时，每个像素实际占据的尺寸已经非常小。在正常观影距离下，人眼往往难以分辨单独的像素结构。
另一方面，DMD芯片本身具有较高的填充率。
所谓填充率，可以理解为镜面真正参与反射光线的面积占整个芯片面积的比例。如果镜面之间存在较大的空隙，那么画面中就容易出现网格状结构，也就是俗称的“纱窗效应”。随着微加工工艺的发展，现代DMD芯片上的微镜排列越来越紧密，镜面之间的间隔不断缩小，因此最终形成的画面更加连续，自然也更不容易观察到像素边界。
除此之外，电影院本身的观影距离也发挥着重要作用。人的视觉分辨能力存在一定极限。当单个像素对应的视角足够小时，即使它真实存在，人眼也无法将它与周围像素区分开来。因此在合适的观看距离下，观众感受到的是一幅连续平滑的图像，而不是由无数方格拼接而成的画面。
实际上，我们每天接触的大多数显示设备，都利用了人眼视觉系统的一些基本特性。无论是手机、电视还是电影院，它们最终都是由离散的像素构成，只是在分辨率、显示方式以及观看距离共同作用下，人们感受到的是连续的图像。
看到这里，很多人可能会认为，DMD只是电影院里的一个零部件。事实上，它的能力远不止播放电影。因为DMD真正控制的不是图像，而是光。它能够按照数字信号，对每一束光线进行精确控制，使光照射到指定位置，也可以让光避开某些区域。这意味着，只要需要对光进行空间调制，DMD都有可能发挥作用。
正因如此，它逐渐进入了工业制造、生物医学、半导体加工、三维测量等多个领域。
其中，无掩膜光刻就是近年来应用较多的一类技术。传统光刻通常需要提前制作光掩膜。掩膜可以理解为一块刻有图案的模板，光线经过掩膜后，将图案投射到材料表面，再经过后续工艺形成相应结构。这种方式已经广泛应用于半导体和微纳制造，但对于研发、小批量试制或者频繁修改图案的场景来说，每一次重新制作掩膜都需要一定的时间和成本。
DMD无掩膜光刻采用了另一种思路。
由于每一块微镜都可以独立控制，因此整个微镜阵列实际上就是一个可以实时变化的数字模板。计算机生成图案之后，不需要重新制作实体掩膜，只需将数字图案发送至DMD，微镜阵列便会按照设定状态控制光线，将对应图案投射到光刻胶表面。
如果需要修改线路、调整图形或者重新设计结构，只需要更新数字文件即可完成新的曝光过程，而无需重新加工物理掩膜。
目前，DMD无掩膜光刻已经被应用于微流控芯片、MEMS器件、光电子结构、生物芯片等研究方向。不同实验对象对于曝光光源、光学系统以及工艺流程的要求并不完全相同，因此具体设备通常会根据实际需求进行配置。
泽攸科技推出的DMD无掩膜光刻系统，也是基于这一数字光调制思路开展设计。设备利用DMD芯片对曝光图案进行数字控制，实现图案快速切换，适用于科研院所、高校实验室等需要频繁调整设计方案的研究工作。整个曝光过程无需制作实体掩膜，研究人员可以根据实验需求不断修改图案，提高研发过程中的灵活性。
从电影院播放一部电影，到实验室加工微米甚至更小尺度的结构，表面上看，它们属于完全不同的行业，一个追求视觉体验，一个服务于科学研究。但两者背后都依赖着同一种核心能力，那就是利用数百万块能够高速翻转的微镜，对光线进行精确控制。
对于观众来说，这些微镜隐藏在放映机内部，很少有人会注意到它们的存在。对于科研人员来说，它们则成为数字光学系统的重要组成部分，让一束普通的光拥有了按照设计图案工作的能力。它既能够让电影画面细腻地呈现在观众眼前，也能够在实验室中，将数字图案准确地投射到微观世界。
参考资料
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2、File:Digital Micromirror Device - Chip.jpg. (2026, April 29). Wikimedia Commons.
3、Wynne, Kevin & Knuth, Kevin & Petruccelli, Jonathan. (2017). Enhanced optical alignment of a digital micro mirror device through Bayesian adaptive exploration. AIP Advances. 7. 125207.
4、Essential Picks. (2026). How LCD, DLP and laser projectors work – simplified with infographic. Essential Picks.
5、Pablo Lozano. (1987). Digital micromirror device. Proyecto IDIS.
6、Chang, Jen-Hao & Kumar, B. & Sankaranarayanan, Aswin. (2016). 2 shades of gray: high bit-depth projection using light intensity control. Optics Express. 24. 27937-27950.
7、NDE Education. (2026). Penetrant test – Visual Acuity of the Human Eye. NDE-ED.
8、Chen, Z., Tu, C., Sun, H., Kang, X., Liu, J., & Hu, S. (2025). Efficient Mask Optimization for DMD-Based Maskless Lithography Using a Genetic–Hippo Hybrid Algorithm. Micromachines, 16(12), 1333.
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