三星电子与浦项工科大学（POSTECH）在权威期刊《自然》（Nature）上发表了一篇题为《通过超表面柱面透镜实现可切换2D-3D显示》的研究论文，标志着产学研合作在下一代显示技术领域取得了重大进展。

以超表面技术重新定义3D显示

基于超表面柱面透镜的可切换2D/3D显示技术，采用由纳米级结构组成的超薄金属透镜，可在平面（2D）图像与立体（3D）图像之间无缝切换。超表面在大幅缩减厚度的同时，还能实现复杂的光学功能——这使其成为下一代显示与摄像系统的关键技术。

这一方法通过从多个角度引导光线来推进光场显示技术，创造出一种无需佩戴眼镜的3D体验，模拟真实世界的感知。

尽管长期以来被认为在娱乐、增强现实（AR）和医学成像领域前景广阔，但传统的光场显示面临着商业化挑战，包括笨重的光学元件、狭窄的视角（约15度）、分辨率降低以及对实时眼动追踪的依赖。

研究团队利用偏振——即光振荡的方向——来设计一种能够动态调整焦距特性的超表面柱面透镜（MLL），从而解决了这些局限性。

2D与3D之间的切换

该研究首次展示了一种能够在单一设备中通过电压控制实现2D和3D模式切换的超光学系统。对于终端用户而言，这是一项突破，最终可能使他们能够在日常任务中选择高分辨率2D模式，在观看视频时选择沉浸式的多视角3D模式。

该系统根据显示屏前方的偏振控制器，将金属透镜在凹透镜和凸透镜模式之间切换。对于2D观看，例如阅读或浏览，金属透镜充当凹透镜（控制器开启），抵消凸透镜的作用，使光线像穿过平板玻璃一样直线通过，从而产生清晰的图像。

对于3D内容，当控制器关闭时，金属透镜变为凸透镜，并与现有透镜协同工作，以增强景深并扩大视角。通过这种方式，该系统能够同时提供2D的清晰度和3D的纵深感。

更薄的设计，更宽的视角

这项研究的一大成就是在厚度和视角两方面都实现了显著提升。传统上，高图像质量和宽视角需要大而厚重的透镜。然而，该团队的超表面柱面透镜（MLL）具有高数值孔径（NA）——实现了仅1.2毫米的超薄外形和高达100度的超宽视角。相比传统15度的视角，这实现了超过6倍的提升，允许多名观众从不同位置体验3D内容。这也展示了纳米级设计如何能够克服笨重光学系统的局限性。

向商业化更进一步

这项研究不仅仅是一个简单的概念验证，还展示了将金属透镜技术集成到实际设备中的实用可行性。研究团队制造了一个尺寸为50 × 50毫米（25平方厘米）的大面积金属透镜，并在广泛应用于移动设备的OLED面板上验证了其应用。

该研究由三星电子三星研究院视觉技术团队与浦项工科大学（POSTECH）纳米尺度光子学与集成制造实验室合作完成。展望未来，这项技术有望重塑智能手机、平板电脑及商用系统领域的下一代显示技术。