Samsung ElectronicsとPOSTECHは4月23日、電圧制御だけで2D表示と3D表示を切り替えられるメタサーフェスディスプレイ技術を世界で初めて実現したと発表した。Samsung ResearchのVisual Technology Teamと、POSTECHのNanoscale Photonics & Integrated Manufacturing Labが共同で研究を進めた。成果は国際学術誌「Nature」に掲載された。

中核となるのは、ナノスケールの構造体を配列した超薄型の「メタサーフェスレンチキュラーレンズ（MLL）」だ。光の偏光方向を制御することでレンズの焦点特性を変え、2Dモードと3Dモードを切り替える。

ライトフィールドディスプレイは、専用メガネなしで立体映像を表示できる技術として、ARや医療映像、エンターテインメント分野で研究が進んできた。一方で、従来方式はレンズが厚く、3D表示時の視野角も約15度と狭いうえ、解像度低下や視線追跡装置の必要性など、実用化に向けた課題が多かった。今回の研究では、偏光制御型のメタレンズを独自に設計し、こうした制約の克服を図った。

仕組みとしては、ディスプレイ前面の偏光コントローラーをオンにすると、メタレンズが凹レンズとして機能し、既存の凸レンズの屈折力を打ち消す。これにより光は平板ガラスを通過するように直進し、高解像度の2D映像を表示できる。

一方、偏光コントローラーをオフにすると、メタレンズは凸レンズとして動作し、既存レンズと組み合わせることでより強い屈折力を生み、3D表示を可能にする。

開発したメタサーフェスレンチキュラーレンズは、厚さ1.2mmのまま視野角100度を実現した。従来の約15度に比べて6倍超の広視野角となる。開口数（Numerical Aperture、NA）が高い設計を採用し、光学系の小型化と広視野角の両立を図った。視野角の拡大により、複数人が同時に3D映像を視聴できるとしている。

研究チームは、50mm×50mmの大面積メタレンズを製作し、モバイル機器で主流のOLEDディスプレイパネルに適用して実機検証も行った。コンセプト実証にとどまらず、実際のパネルへの統合可能性を確認したという。Samsung Electronicsは今後、スマートフォンやタブレットなどの民生機器に加え、商用ディスプレイシステムへの応用も見込めると説明している。