從 Game Boy 到大螢幕 ，童年電玩螢幕的黑科技你知道多少？

「教授」趴在辦公室的地板上，百無聊賴。材料科學家、互動設計師、工匠與工藝研究人員，整日於麻省理工學院媒體實驗室（MIT Media Lab），忙進忙出，沒空搭理。作為論文第一作者Jack Forman的愛犬，身兼創作謬思，「教授」可能從沒想過，自己終將獲邀貢獻學術，並且榮登致謝名單。^[1]

FibeRobo

「教授」備受冷落的這段時日，研究團隊一直忙於開發織物纖維：穿戴手套、實驗袍和護目鏡，隔著通風櫃，以液晶元（mesogen）為主要原料，適量加入能感光、增加黏性、降低驅動溫度，以及延長有效期限等的各種化學物質。然後，將調製好的液晶彈性體（liquid crystal elastomer；LCE），灌進精心設計的機器。利用液晶分子在常溫下整齊排列，遇熱就亂了陣腳，導致收縮的特性，生產出來的FibeRobo纖維，長度能為溫度所控制。製作步驟及機器各部位的功能，大致如下：^[1]

1. 可調控溫度的針筒幫浦，將原料加溫至約莫34°C，降低其黏性後，推擠出來。（圖片：Step 1的上半段。）^[1]
2. 用紫外線照射，使纖維稍微硬化，避免蜷曲。（圖片：Step 1的下半段。）機器外圍的黃色壓克力板，能隔絕99%的紫外線，保護使用者。透過調光器，則可依需求適度調整光線強度。避免光線太弱，使纖維斷掉；或者是光線太強，而結塊並堵塞針筒的開口。^[1]
3. 鑷子夾住纖維兩端，把它拉得又直又細，再沾點礦物油，比較容易舒展。（圖片：Step 2。）^[1]
4. 經過滑輪的纖維，於緊拉的張力下，再照一次紫外線，加強硬化。（圖片：Step 3。）滑輪轉動的速度愈快，纖維就愈細。^[1]
5. 纖維被捲到機器最頂端的線軸上。（圖片：Step 4。）^[1]
6. 從線軸上取下纖維，撒點滑石粉，降低摩擦力，方便以後用機器紡織。等布料完成，再以溫熱的肥皂水，洗去滑石粉。^[1]

通電與收縮

FibeRobo纖維搭配別種材料，可以創造不同的效果。然而傳統多股對絞的作法，會扭曲FibeRobo，使它收縮的特質變得難以預測。於是，研究團隊改將FibeRobo置於中央，在外面纏繞其他材料。比方說，拿以蠶絲包覆銅芯的利茲線（litz wire）來捆它。銅的電阻低，升溫快，能迅速使FibeRobo遇熱收縮。FibeRobo與利茲線合體後，接上2.5安培、8.5伏特的電，8秒即縮短37%；斷電30秒，則又恢復原狀。不過，這種混合纖維傾向堆成一團，不適用於針織、紡織與刺繡。研究團隊建議，最好分開製作，再搭配使用。^[1]

另外，他們也嘗試用導電塗料浸染纖維。如同調製LCE原料時，身穿防護衣著，隔著通風櫃，先將FibeRobo泡入含有重量百分濃度7%碳黑（carbon black）的甲苯（toluene）溶液裡。8小時後取出，置於80°C的烤箱中，烘烤1個鐘頭。如此一來，FibeRobo纖維就能通電，其電阻會跟著長度的伸縮變化。拉長變細的時候，電阻較高。^[1]

成品展示

研究團隊用FibeRobo纖維跟其他材料，做了些模型和成品，來展示實際用途。以下是其中幾個例子：^[1]

• FibeRoBra運動胸罩：當體溫隨運動逐漸上升，FibeRoBra便開始收縮，給予乳房無鋼圈、零負擔的支持。體溫下降後，布料又回到放鬆的狀態。^[1]

• FibeRoGlow燈具：開燈後升高的溫度，令燈罩緩緩上捲，彷彿打開花瓣。全程費時，大約5分鐘。^[1]

• ShadeRobo窗簾：窗簾不該因為陽光強烈，氣溫上升，就自動捲起來。因此，驅動此窗簾所需的溫度，被設計得比較高。布料只有在上面的利茲線通電時，才會有反應。4伏特、2.5安培的電，得花2分鐘，才能將這個5 x 5公分的小窗簾捲好。冷卻1分鐘後，又會完全攤平。^[1]

• FurbeRobo遙控狗背心：論文的第一作者Jack Forman，為他的愛犬「教授」，織了一件小背心。本文開頭的那張照片，即是牠的定裝照。如果寵物在辦公室悲鳴，於實驗室忙碌的主人，就可以透過藍芽，啟動背心上的控制器。此時，連接12伏特、2.5安培電池的利茲線，會通電並發熱，造成驅動溫度不高的布料，輕微收縮。就像給狗溫暖的擁抱，減輕牠的分離焦慮（separation anxiety）。不過，基於動物實驗倫理等因素，後來示範布料收縮的照片，都是穿在布偶上拍攝，「教授」再次被晾在一旁。^[1]

成本與環保

2023年麻省理工學院的團隊，在美國計算機協會（Association of Computing Machinery）主辦的使用者介面軟體與技術（User Interface Software and Technology）研討會上，發表了這篇介紹FibeRobo的論文。研究團隊認為，他們的成果具有商業化的潛力。畢竟跟雷同的技術比起來，製作FibeRobo的成本相對低廉：機器的針筒幫浦約美金250元；裝滿5、10、20或30毫升原料的針筒，每個至多4元；而生產直徑0.5mm的纖維，每公尺約0.2元。^[1]單人操作單機，一天或一個下午就能產出750公尺的纖維；^{[1, 2]}亦有報導指稱是每日1公里。^{[3, 4]}不過，FibeRobo不可回收，儘管某些新興LCE纖維可生物分解，有時搭配的導電材質，仍是廢料處理的阻礙。因此，在這方面還有改善的空間。^[1]

1. Forman J, Afsar OK, Nicita S, et al. (2023) ‘FibeRobo: Fabricating 4D Fiber Interfaces by Continuous Drawing of Temperature Tunable Liquid Crystal Elastomers’. UIST ’23: Proceedings of the 36th Annual ACM Symposium on User Interface Software and Technology, 9, pp. 1 – 17.
2. MIT Media Lab. (27 OCT 2023) ‘FibeRobo: Powerful Body-Temperature Morphing Fibers’. YouTube.
3. Paul A. (26 OCT 2023) ‘This liquid crystal fabric is ‘smart’ enough to adapt to the weather’. Popular Science.
4. Global Update. (29 OCT 2023) ‘New Liquid Crystal Elastomer Fiber Makes Shape Shifting Fabrics a Reality – FibeRobo’. YouTube.

電競顯示器五花八門，但你了解廠商主打 1ms 反應時間的意思嗎？ 而 2022 年推出的 VESA ClearMR 認證，是如何重新定義動態畫面的模糊比例，又有什麼測試重點呢？

本文轉載自宜特小學堂〈VESA 最新推出 ClearMR 認證 重新定義電競螢幕動態顯示規格〉，如果您對半導體產業新知有興趣，歡迎按下右邊的追蹤，就不會錯過宜特科技的最新文章！

近十年全球電競產業可謂炙手可熱，吸引了大量的關注和投資。根據數據分析公司 Newzoo 的報告顯示，2022 年全球電競市場規模就已突破了 10 億美元的大關。而該公司也預測，到了 2025 年全球每 11 個人中，就有1人將成為電競賽事的觀眾，凸顯了電競產業的快速增長和受眾擴大，將帶來更多商機和成長潛力。

而遊戲勝負的關鍵，除了依靠選手本身的反應力，設備優劣也是不可或缺的條件之一，尤其電競中極度仰賴的「畫面」的反應時間，輸贏往往就取決在短短幾毫秒的動態表現。當消費者在挑選顯示器時，會看到許多廠商都標榜「1ms 反應時間」，但是細看規格會發現，有些標示 1ms GtG，有些標示 1ms MPRT，由於業界對於影像動態模糊的顯示規格不一，讓消費者在購買時很容易產生混淆。

有鑒於此，2022年，視訊電子標準協會（Video Electronics Standards Association，簡稱VESA）針對螢幕在動態顯示時的表現進行標準化，提出 ClearMR （Clear Motion Ratio Compliance Test Specification）認證，清楚地界定「螢幕在顯示快速移動影像時，清晰和模糊畫素的比例」，這是注重顯示器動態表現的電競選手與玩家們會關注的焦點。

那麼，兩種主流規格 GtG 和 MPRT 到底差在哪裡？ClearMR 又是怎麼定義動態畫面的模糊比例？它與市面上已有的其他規格有何不同？本文章將先介紹目前主流的兩種規格—MPRT 和 GtG，再進一步介紹最新 VESA ClearMR 測試規範的重點。

一、 GTG（灰階對灰階反應時間），僅針對灰階，無法定義畫面的模糊

LCD 液晶顯示器（Liquid-Crystal Display）就像拼圖一樣，是由大量像素點拼湊成一個完整的畫面，每個像素點中 RGB 三原色比例，決定了呈現的顏色。例如，紅色的比例越高就越紅，藍色比例提高、紅色下降則會變紫，如果想展現出亮紅或暗紅的差異，則是根據電壓大小來改變亮度。

我們可以想像當白光通過紅色的亮度越高，就會顯示出亮紅色，反之光源越暗，就會呈現出暗紅色。如果畫面只有最暗跟最亮就會變得很極端，所以現在的顯示器，就是透過從最暗到最亮共有256個灰階的變化，呈現出各種精緻的色彩。

前面講了那麼多，我們終於要講到正題的 GtG（Gray to Gray，灰階對灰階的反應時間），一般 LCD 液晶顯示器所標示的反應時間，是指液晶全開/全關所需的時間，但因液晶螢幕呈現的內容，其實就是不同灰階之間的轉換跟變化。最亮和最暗兩者中間的層次愈多，就愈能夠呈現出愈細膩的畫面。當轉換的時間越長畫面就容易產生殘影，相反的，轉換時間越短畫面就越乾淨，遊戲體驗也就越好。

然而，GtG 的數值只是針對不同灰階之間的反應時間，各家廠商的測試標準與定義也有些不同，GtG 也無法去定義畫面的模糊。那，什麼又是 MPRT 呢？

二、 用 MPRT（動態畫面反應時間）處理畫面殘影，卻導致螢幕變暗

由於 LCD 液晶顯示器的特性與人眼視覺暫留的關係，影像在移動時，使用者會看到殘影或拖影的畫面模糊現象，我們以下圖來舉例，當畫面從綠色切到藍色，中間的過度色在人眼的辨識上就會產生殘影，進而造成模糊。

為了解決此問題，於是透過開關螢幕的背光或是插入黑畫面，以縮減每幀畫面的顯示時間，來降低視覺暫留，讓畫面快速移動時較為清晰，暫且解決模糊問題，這個技術就被稱為 ULMB（Ultra Low Motion Blur，超低運動模糊技術）。在剛才舉例中，我們讓綠色切到藍色中間變成了黑畫面，快速的切換可以讓畫面更為清晰。而在 ClearMR 問世前，業界最常用 MPRT（Motion Picture Response Time，動態畫面反應時間）的數值來表示從 A 畫面切到 B 畫面的反應速度。

但是，透過 ULMB 去達到降低 MPRT 的反應時間，也就意味著頻繁的開關背光或是插入黑畫面，會造成螢幕亮度降低，也可能讓使用者看到螢幕閃爍的情形，並且會發生過衝（Overshoot）和下衝（Undershoot）等現象，最糟甚至會導致訊號失真，對圖像品質造成影響或是面板壽命變短。

訊號測試小知識

過衝（Overshoot）：是指信號在從一個值轉變到另一個值時，瞬時值超過了最終（穩態）值，並產生在電源電平之上的額外電壓效應。這意味著信號在轉換過程中超過了預期的目標值。

下衝（Undershoot）：則是指信號在從一個值轉變到另一個值時，瞬時值低於最終值，並產生在參考地電平之下的額外電壓效應。這意味著信號在轉換過程中低於了預期的目標值。

過衝和下衝都是電子訊號處理中不利的現象，常常發生在訊號轉換、開關操作或電路切換的過程中。它們可能導致訊號失真、噪音增加，甚至對電子元件和電路造成損壞。而在顯示器上，嚴重的過衝與下衝，會導致面板的壽命變短，畫面過於銳利，而導致失真。

三、 全新推出的 ClearMR，精準定義畫面模糊的標準

講完了 GtG 與 MPRT ，我們終於要來介紹，最新定義畫面模糊的標準規範，它就是 VESA 在去年發布的 ClearMR（Clear Motion Ratio）。

VESA 於2022年7月，正式發布一致性測試規範（ClearMR CTS）V1.0，總共定義了7種不同級距（ClearMR 3000 至 ClearMR 9000），該年底更往上延伸至11個級距，加入了 ClearMR 10000 至 ClearMR 13000。級距的數字，代表著清晰影像與模糊影像的性能比，例如30：1＝ClearMR 3000，70：1＝ClearMR 7000，90：1＝ClearMR 9000。數字愈高，表示該產品在動態上的表現愈清晰。

(一) 不同級距下，清楚顯現出動態模糊的差異

ClearMR 可針對螢幕的動態模糊定義與分級，讓顯示器動態模糊有了更清楚的定義可依循，不但取代了現有僅基於時間的模糊指標（如前述提及的MPRT、GtG），針對畫面模糊的狀況，提供更完整且公平的比較基礎。

從下圖可看出在不同級距下，待測螢幕顯示的動態輪胎的模糊表現。Still image代表靜止畫面，我們比較從 ClearMR 3000 到 ClearMR 9000，可以明顯比較出模糊差異，等級越高則影像越清晰。

（二）那 ClearMR 的數值是如何測量？

ClearMR 是利用可每秒拍攝10000張以上相片的高速攝影機，拍攝待測螢幕中，由左至右移動的亮光區塊（VESA協會提供的範例程式所產生），會區分為 Leading（領導）與 Trailing（尾隨）。

再透過拍攝的圖片，產生所謂模糊的輪廓，再來計算其相對應的 CMR 值（Clear Motion Ratio）。我們可以從下圖看到結果，黃框中的 CMR 值是4782，就可以對應級距圖得到待測螢幕的ClearMR級距落在 ClearMR 5000的範圍內，即為螢幕的性能表現。

唯有通過測試認證的產品，才有資格使用 VESA ClearMR 的 LOGO ，此規範也在推出後的第一時間，獲得多家顯示器大廠如三星、HP、LG 響應並支持，目前獲得認證的產品都有名列在 VESA 的官方網站上。或許 ClearMR 還無法完全取代，現今主流的 GtG 或 MPRT 的「反應時間概念」，但對於市面上百家爭鳴、不斷強打的 1ms 的顯示器來說，它可以為消費者提供更直觀的評選指標。

宜特訊號測試實驗室也在今年獲得 VESA 授權成為 ClearMR 認證中心，具備所有 ClearMR 認證測試設備、測試環境（包含暗房）與技術能力，可以提供動態清晰率（Clear Motion Rate，CMR）、變異係數（Coefficient of Variation，CV）、過載（Overload）、亮度退化（Luminance Degradation）、背光掃描（Backlight Strobing）測試，可協助多家顯示器、筆電、電競品牌與代工廠進行 VESA ClearMR 測試，助其產品符合規範，取得認證標章。

本文出自 www.istgroup.com

可傳輸、可充電，且高清畫面的 USB Type-C 顯示器，你了解多少呢？如此多功能，幾乎可取代主機的 USB Type-C 顯示器，卻隱藏了五個潛在風險！

本文轉載自宜特小學堂〈別讓相容性成為產品的絆腳石　如何解決USB Type-C顯示器雙功能支援問題〉，如果您對半導體產業新知有興趣，歡迎按下右邊的追蹤，就不會錯過宜特科技的最新文章！

2022年底，歐盟議會正式拍板定案，強制在2024年秋季前，在歐盟銷售的手機、平板、數位相機等消費性電子產品，都必須統一使用 USB Type-C 充電介面，降低電子垃圾產量。

消息一出，市場目光紛紛轉向獨立規格的蘋果，更有傳言，今年九月登場的蘋果旗艦手機 iPhone 15 系列，也終將改為 USB Type-C，正式跟 Lightning 說再見。

其實不只是手機，近年來在消費性電子產品， USB Type-C 早已是主流規格。無論是系統端、筆記型電腦、儲存裝置、顯示器等，各種 3C 周邊產品，都可看到 USB Type-C 介面的蹤跡。

為什麼 USB Type-C 如此受到歡迎？它的最大優勢，就是可以將檔案傳輸、影像輸出及充電功能全部集合在同一條連接線中，並提供高達 100W 的充電電流！也不像早期一種產品就需要一種規格的線，光 USB 這個介面，就讓消費者常常被混淆不清到底是用了哪一種規格的 USB 線材。

因應市場趨勢，許多顯示器大廠也將顯示器不拘限於單一功能，而是開發出集多功能於一身的機種。例如：結合了 USB Hub （USB集線器）功能與網路功能，可替消費者節省另外購買USB Hub等周邊產品的費用，也增加了桌面使用空間。於是，顯示器是否具備多功能，也逐漸成為使用者選購的指標之一。

那你的螢幕有 USB Hub 功能嗎？若螢幕不再只是螢幕，對生活有多少改變嗎？

一、 再也不必彎腰找主機插槽，從螢幕就能輕鬆傳輸資料

如同前面所述，當螢幕顯示器不再只有基礎的顯示功能，新增的 USB Hub 端搭配 Type-C 介面，更能幫助使用者將眾多裝置集結在一台裝置中。

例如：儲存裝置，如外接硬碟及小型隨身碟、外接鍵盤、滑鼠等，或是其它不需再外接電源的 USB 相關設備，都可以一併接到螢幕的 USB Hub ，再也不必再彎腰找主機的 USB 插槽，還擔心電線亂糟糟。

甚至，已經有推出可支援網路介面的顯示器！讓使用者在電腦主機沒有網路介面的情況下，可以透過顯示器使用有線網路，讓自己無論是處在有線或無線的網域時，都能夠方便的使用網路，真是太方便了。

二、 USB Type-C 顯示器支援雙功能，高速傳輸還是高清畫質，由你來決定

擁有 USB Hub 的顯示器，還有一個更厲害的功能，就是使用者可在高速傳輸和高解析度這兩項功能中，自行切換優先權。

基於 USB Type-C 介面在顯示部分中，依循的規範是 VESA（Video Electronics Standard Association, 視訊電子標準協會）DisplayPort 規範中的 Display 替代模式（DisplayPort Alt Mode）。

而將 DP 技術應用在 USB Type-C 介面中，被稱為 DisplayPort Alt Mode Over Type-C 技術。 DisplayPort Alt Mode 擁有多樣性傳輸模式，即可同時傳遞高解析度影像、USB 檔案傳輸及充電功能。

品牌廠在開發商品時，為了製造更便利於消費者的功能，便在設計上賦予 USB Type-C 使用者自行選擇「顯示解析度」或「資料讀取速度」這兩方面的優先權 （USB Prioritization Function）。

VESA 是什麼單位？什麼又是 Lane？
VESA 是「視訊電子標準協會」英文全名 Video Electronics Standards Association的縮寫，該協會制定了許多關於視訊及顯示周邊產品功能的安裝標準、測試規範、標準測試認證等等，它們為 PC、工作站和消費電子行業制定行業範圍的接口標準，展現產品有獲得 VESA 的認證，對於廠商來說是品質的肯定。

那什麼是「Lane」?
DisplayPort 這個介面，跟 HDMI 之類的顯示介面不同，它分成四個通道（Lane）來發送訊號。依據使用者的視頻產品設定，決定頻寬的使用量，看會需使用到兩個通道或四個通道的頻寬，也就會稱為 2 Lane 或 4 Lane 。
而當DP技術應用在 USB Type-C 介面中，就是把 DisplayPort 的顯示頻寬與 USB Type-C 的 USB 頻寬，都必須包含在 4Lane 頻寬內去使用。

看起來可能有點抽象，我們依循 VESA Display Port 規範，實際舉例兩種使用情境來說明：

(一) 降低解析度，提高傳輸速度，使用 DisplayPort 2 Lane 頻寬：High Data Speed

第一種，使用 2 Lane 頻寬，僅用原本顯示頻寬的一半，來處理顯示的解析度及畫面構成，並將 USB 資料傳輸頻寬，調整至 USB 3.0 的速度來使用。

例如：為提高 USB 資料的傳輸速度至 USB 3.0 ，來達到高速傳輸的效果，更改使用設定為: 將原可支援到 4K 解析度更新率為 60fps （3840×2160@60Hz）的螢幕，調降成顯示解析度至 4K 解析度更新率為 30fps（3840×2160@60Hz）或是 2K（2560×1440）的解析度。

(二) 支援高解析度最佳畫質，降低資料傳輸頻寬使用 DisplayPort 4 Lane 頻寬：High Resolution

第二種，使用 4 Lane 頻寬，讓支援到 4K（3840×2160@60Hz）更新率的高解析度螢幕，可優先使用最佳畫質來顯示。由於 USB Type-C 的頻寬是固定的，資料傳輸就會降到 USB 2.0 的速度。

三、方便之餘，潛在的風險知多少?

這類的產品設計上，對於使用者來說，真是一項智慧及便利的功能。但其實，在設計及開發的過程中，要完美兼具顯示及 USB 資料傳輸功能，卻不是一件容易的事。

為了確認產品品質，廠商需要讓顯示器做相容性測試（Compatibility Test），而宜特訊號測試實驗室，從累積了上千筆的實驗數據中，分享五項最常見的疑難雜症：

(一) 畫面全黑，突然從螢幕中看到了自己
在螢幕相容性上最常出現的問題，就是顯示器因無法正常接送訊號，而呈現出畫面全黑的狀況，也就是所謂的黑屏，造成使用者無法正常看到電腦畫面。
然而，這只是常見問題之一。

(二) 畫面出現雜訊，不是你眼花是它真的有問題
另一種在相容性上很常出現的問題，顯示器會出現零點幾秒鐘，甚至長達一至兩分鐘的雜訊畫面，干擾了使用者正常使用電腦的狀況。

(三) 電腦主機莫名重新啟動，導致使用者資料通通消失
相容性中有一個很深奧的問題，就是 USB 速度上的切換，會使得電腦主機無端地自動重新啟動，導致使用者正在使用的資料，均無法被儲存，工作中的任何內容，都有被抹滅的風險。

(四) 資料存取速度慢，說好的 USB 3.0 高速傳輸呢?
資料傳輸速度應該提高至 USB 3.0 的裝置，卻仍舊停留在 USB 2.0 的速度。如何確認產品達到 USB 3.0 宣稱的 Super Speed ? 我們可藉由檢查 USB 速度的軟體工具，來確認其 USB 速率模式是否只有 High Speed ，而非宣稱的 USB 3.0 Super Speed。

(五) 資料無法被讀取
USB 設備無法被電腦讀取或使用，此點比例稍低於前面幾項。當此問題發生時，通常 USB Hub 還能運作，只是對於某些品牌的 USB 設備相容性較差，導致該設備無法在螢幕 USB Hub 上正常運作。而發生問題的設備也較廣泛，常見的包含 USB 隨身碟、視訊攝影機、滑鼠鍵盤等等。

上述五項問題中，「黑屏」(Black Screen)與「雜訊」（Corruption），算是比較嚴重且常見的相容性問題，深切影響使用者對於該產品，乃至整個品牌的信任度。按圖四來看，在螢幕 USB Hub 問題中，此兩種加起來所占的比率將近50%之多，不可不重視。

近年，各大品牌廠力推的整合型產品，對於消費者來說，增加了更多的便利性，能搭配的周邊設備種類也是千變萬化。但隨之而來的，即是各類設備的相容性問題浮上檯面，那要廠商該如何確保產品品質呢？

宜特訊號測試實驗室，除了可提供 USB／DisplayPort／HDMI／VESA DisplayHDR 等多項標準測試及官方認證服務外，針對各式各樣不同的客戶產品功能，能客製化制定相容性的測試項目，並依循著使用者角度，設計出專業詳細的測試步驟，找出產品與其周邊設備相容性的問題點，協助客戶解決棘手問題，更能為品牌客戶的 USB Type-C 及其他各類產品的相容性嚴格把關。

本文出自 宜特科技。