3D TV brzmi jak żart z minionej epoki. Ciemne okulary do telewizora, płyty Blu‑ray 3D, obietnice „kina w domu” – wszystko to spektakularnie się wywróciło. Samsung jednak najwyraźniej nie odpuścił.
Samsung pochwalił się przełomem – jak sam to określa – w pracach nad ultracienkim systemem optycznym przeznaczonym do wyświetlaczy OLED. Za jej sprawą użytkownik może dzięki jednego przycisku przełączać zwykły ekran 2D w bezokularowy 3D, na dodatek o szerokich kątach widzenia.
Opisywana technologia została właśnie szczegółowo opisana w „Nature” w pracy „Switchable 2D-3D display through a metasurface lenticular lens w zaskakującej ilości szczegółów. Samsung chwali się drobiazgowo wskazując gotowość tej technologii do masowego wdrożenia i jej przewagę nad wszystkim, co było do tej pory.
Czyli co adekwatnie wymyślił Samsung?
W dużym skrócie: to wciąż jest wyświetlacz typu light field, czyli taki, który wysyła w różnych kierunkach nieco inne informacje o obrazie, dzięki czemu każde oko widzi coś innego i mózg składa z tego wrażenie głębi. To ta sama klasa rozwiązań, którą Samsung wykorzystuje już w monitorach Odyssey 3D G90XF i G90XH – tam jednak system opiera się na klasycznej optyce i śledzeniu oczu użytkownika.
Nowa technologia idzie o krok dalej. Zamiast grubych soczewek i mechaniki nad panelem OLED ląduje tzw. metasurface lenticular lens (MLL) – metalens, czyli soczewka zbudowana z warstwy nanostruktur, cieńsza od milimetra. Samsungowi udało się uzyskać aktywny obszar 25 cm² przy grubości całego układu optycznego rzędu 1,2 mm, przy zachowaniu wysokiej apertury numerycznej i pełnej obsługi koloru.
Kluczowy trik polega na tym, iż ta metaliczna soczewka potrafi zmieniać swoje „zachowanie” w zależności od polaryzacji światła – a tę z kolei kontroluje się elektrycznie. W praktyce oznacza to, iż ten sam fizyczny element może działać jak soczewka wklęsła albo wypukła.
Metalens zamiast grubych soczewekW trybie 2D metalens „odkręca” efekt soczewki i przepuszcza światło tak, jakby nad panelem nie było żadnej dodatkowej optyki – obraz jest płaski, o pełnej rozdzielczości. W trybie 3D ta sama warstwa zaczyna działać jak soczewka lentikularna, rozsyłając różne informacje w różne kierunki i tworząc wielowidokowy obraz przestrzenny.
100 stopni 3D zamiast 15. I to dla wielu osób naraz
Jeśli ktoś pamięta pierwsze próby z autostereoskopią – choćby w Nintendo 3DS czy w nielicznych telewizorach bez okularów – wie, iż największym problemem był „sweet spot”. Trzeba było siedzieć w bardzo konkretnym miejscu, często w pojedynkę, bo wystarczyło lekko się przesunąć, by obraz się rozjechał.
Samsung wprost przyznaje, iż klasyczne light field displays mają z tym ogromny problem. W nowym rozwiązaniu to właśnie metalens ma być odpowiedzią na te ograniczenia. System jest w stanie zapewnić kąt widzenia 3D sięgający 100 stopni. Na dodatek szeroki kąt widzenia nie został kupiony kosztem grubości. W materiałach Samsunga pojawia się porównanie klasycznej soczewki lentikularnej, mierzonej w milimetrach, z metalensem o grubości rzędu mikrometrów.
Nie tylko prototypy. Już dziś te ekrany mogą trafić do telefonów. Kiedy do monitorów i TV?
Samsung i POSTECH zbudowali fizyczny prototyp: metalens o wymiarach 50×50 mm został zintegrowany z panelem OLED używanym w dzisiejszych telefonach. To istotny szczegół z punktu widzenia rynku. Mówimy o technologii, która od razu celuje w mainstreamowe formaty – telefony, tablety, potencjalnie przenośne konsole czy wyświetlacze w samochodach. A integracja z istniejącym panelem OLED oznacza, iż nie trzeba wymyślać całego wyświetlacza od zera. Metalens jest „nakładką” optyczną, którą można – przynajmniej w teorii – dołożyć do już znanych linii produkcyjnych.
Co z rozdzielczością, jasnością i innymi kompromisami? Każdy, kto pamięta pierwszą falę 3D, ma prawo być sceptyczny. Klasyczne soczewki lentikularne dzieliły fizyczne piksele między kilka widoków, co w praktyce oznaczało spadek efektywnej rozdzielczości i ostrości. Do tego dochodziły straty jasności, artefakty na krawędziach i ogólne wrażenie „plastikowego” obrazu.
Tutaj część odpowiedzi daje sama fizyka metasurfaces. Zamiast grubego plastiku muszącego załamywać światło na dużej odległości mamy nanostruktury, które kształtują fazę i polaryzację światła na bardzo cienkiej warstwie. Wysoka apertura numeryczna metalensu pozwala uzyskać szerokie pole widzenia bez drastycznego pogorszenia jakości obrazu, a przełączanie między 2D i 3D odbywa się bez mechaniki – tylko przez zmianę polaryzacji.
To nie znaczy, iż kompromisów nie ma
W trybie 3D piksele przez cały czas muszą zostać „podzielone” między różne kierunki, więc efektywna rozdzielczość na oko będzie niższa niż w natywnym 2D. Różnica polega na tym, iż w trybie 2D metalens przestaje „mieszać” światło i panel wraca do pełnej ostrości. To coś, czego brakowało wielu wcześniejszym konstrukcjom, gdzie 3D było niejako „wypalone” w optyce na stałe.
Warto też pamiętać, iż mówimy o prototypie 25 cm² – to mniej więcej powierzchnia małego wyświetlacza, a nie 65‑calowego telewizora. Skalowanie takiej struktury do dużych przekątnych, przy zachowaniu precyzji nanostruktur i rozsądnych kosztów to osobny problem inżynieryjny. Autorzy pracy pokazują jednak, iż sama koncepcja działa i jest skalowalna w ramach jednego wafla.
Ewidentnie 3D nie umarło, tylko przeszło do podziemia laboratoriów optycznych by wrócić na nowo. Znów jako wydmuszka? Zależy od tego, czy Samsung i spółka znajdą dla tej technologii sensowne, codzienne zastosowania – i czy my, użytkownicy, faktycznie będziemy chcieli z nich korzystać, zamiast po raz kolejny wyłączyć „tryb 3D” w ustawieniach.
