К 2030 году рынок печатных датчиков достигнет 4,5 млрд долларов, сообщает IDTechEx

Мэтью Дайсон из IDTechEx

Печатные датчики - это рынок с объемом продаж 3,6 млрд долларов США (3,1 млрд евро), движимый разнообразием, - говорит д-р Мэтью Дайсон, IDTechEx технологический аналитик, недавно опубликовал следующую статью. Эта статья следует за выпуском нового отчета IDTechEx «Печатные и гибкие датчики 2020-2030:технологии, игроки, прогнозы».

Рассматривая перспективы новой технологии, легко делать широкие заявления. Например, утверждение, что «большее количество подключенных устройств, обычно называемых Интернетом вещей (IoT), увеличит спрос на печатные датчики», кажется бесспорным заявлением.

Однако, как и во многих других сферах жизни, за таким общим утверждением скрывается сложный лежащий в основе ландшафт. У каждой технологии разные целевые приложения и разные препятствия для внедрения, как коммерческие, так и технические. Таким образом, реальное понимание требует гораздо более детального анализа, в котором каждая сенсорная технология и потенциальное применение рассматриваются независимо.

В недавнем отчете IDTechEx о печатных датчиках используется этот детальный подход. Он включает главы по широкому кругу категорий печатных датчиков, включая органические и гибридные датчики изображения, пьезорезистивные и пьезоэлектрические датчики давления, растягиваемые датчики деформации, датчики температуры, печатные электроды для участков кожи, биосенсоры, альтернативы ITO для емкостных сенсорных датчиков и другие.

Согласно прогнозам, к 2030 году общий рынок печатных и гибких датчиков достигнет 4,5 млрд долларов (3,9 млрд евро), особенно быстро будет расти количество гибридных датчиков изображения, которое вырастет с менее чем 1 млн долларов (0,87 млн ​​евро) сегодня до примерно 800 млн долларов (евро). 698 миллионов) к 2030 году. В целом отчет включает более 25 строк прогнозов, охватывающих различные технологии и приложения, и упоминает 120 различных компаний и организаций.

Такой подход показывает сложную картину, когда разные технологии находятся на разных этапах внедрения для разных приложений. В приведенной ниже таблице показана оценка IDTechEx готовности к внедрению всего спектра технологий и приложений для печатных датчиков (каждый цвет соответствует отдельной технологии или применению).

Статус каждой печатной сенсорной технологии между концепцией и коммерциализацией. Подробный анализ каждой технологии и ее статуса на пути к широкому внедрению в различных приложениях см. В недавнем отчете IDTechEx «Печатные и гибкие датчики 2020-2030:технологии, игроки, прогнозы».

Три подхода к распознаванию изображений

IDTechEx делит датчики печатного изображения на три категории:полностью органические, гибридные органические изображения на КМОП и гибридные квантовые точки на КМОП. Полностью органические фотодетекторы (OPD) можно рассматривать как органические солнечные элементы, работающие в обратном порядке, со слоями органического полупроводника, напечатанными последовательно на гибкой подложке. Это делает их в принципе совместимыми с непрерывным производством на больших площадях.

Основным целевым приложением OPD является биометрическая аутентификация, одна из стратегий - размещение датчика отпечатков пальцев большой площади под дисплеем. Однако, учитывая, что датчики отпечатков пальцев уже существуют, в том числе те, которые установлены под дисплеями, использование OPD для этого приложения, по-видимому, является скорее результатом технологического рывка, чем потребностями рынка.

Ценностное предложение намного яснее для рентгеновских изображений, где требуются датчики большой площади из-за сложности фокусировки рентгеновских лучей. Однако лидеры рынка разрабатывают гибкий датчик на основе аморфного кремния, который заполняет нишу, которую надеялись занять OPD.

На наш взгляд, более перспективными являются гибридные датчики изображения. Они состоят из тонкого слоя либо органического полупроводника, либо квантовых точек, поглощающих свет, с зарядами, собираемыми через интегральную схему считывания КМОП. Этот подход является трансформационным, поскольку он позволяет обнаруживать свет с длинами волн выше 1000 нм путем адаптации существующей технологии CMOS - раньше это обычно делалось с помощью очень дорогих детекторов на основе InGaAs.

Визуализация SWIR отвечает реальной потребности рынка как в области промышленного контроля, так и в первую очередь для систем помощи водителю и автономных транспортных средств, поскольку свет с более длинными волнами меньше рассеивается пылью и туманом.

Крайне важно для коммерческого внедрения, гибридные детекторы «X-on-CMOS» могут быть произведены с минимальными модификациями существующих производственных линий CMOS, что значительно снижает барьеры для входа. В настоящее время гибридные детекторы на основе квантовых точек чувствительны к более длинным волнам, чем их органические гибридные эквиваленты, и действительно коммерчески доступны.

Тем не менее, органические гибридные детекторы скоро появятся в вещательных камерах, где они предлагают преимущества, включая пространственно изменяемую чувствительность для предотвращения передержки и устранение существующего компромисса между разрешением и использованием глобального затвора, поскольку кремний больше не используется для поглощения падающего света.

Для более подробного анализа базовой технологии распознавания изображений, мотивации для получения изображений SWIR и оценки коммерческих перспектив датчиков печатного изображения см. Отчет IDTechEx «Печатные и гибкие датчики 2020-2030:технологии, игроки, прогнозы».

Измерение давления требует более ценных приложений

Пьезорезистивные датчики давления давно используются в автомобильных датчиках присутствия, электронных музыкальных инструментах и ​​некоторых медицинских устройствах. Однако такие рынки достаточно зрелые и подвержены коммодификации. Таким образом, производители стремятся к инновациям, чтобы дифференцировать свои датчики и получить доступ к более ценным приложениям.

Эти инновации, которые находятся на более ранней стадии внедрения, чем традиционные одноточечные датчики давления, включают в себя гусеничные площадки «3D-touch», которые контролируют давление, а также положение, гибридные пьезорезистивные / емкостные датчики и даже полупрозрачные / прозрачные детекторы.

Добавление дополнительных функций увеличивает требуемую площадь сенсора в устройстве и стоимость площади. Задача состоит в том, чтобы найти приложения, в которых возможность измерения давления удовлетворяет реальную потребность рынка, поскольку емкостные трекпады и переключатели так хорошо зарекомендовали себя.

Пьезоэлектрические датчики для печати, в которых изменение приложенного напряжения и размеров связаны, могут быть чувствительными к давлению. Существуют две конкурирующие технологии:либо специальные полимеры, либо композит, содержащий керамику, первая из которых является немного более устоявшейся.

Оба находятся на гораздо более раннем уровне внедрения, чем пьезорезистивные датчики, и поэтому вряд ли будут напрямую конкурировать с более зрелой технологией в тех же областях применения. Вместо этого они нацелены на высокочастотное обнаружение вибрации, для которого пьезоэлектрические датчики подходят гораздо лучше, чем пьезорезистивные аналоги. Однако до сих пор производители проявляли больше интереса к приложениям, в которых в качестве исполнительных механизмов используются пьезоэлектрические материалы, пригодные для печати. ​​

В недавнем отчете IDTechEx «Печатные и гибкие датчики 2020-2030:технологии, игроки, прогнозы» в общих чертах описаны текущие и будущие направления пьезорезистивных и пьезоэлектрических датчиков.

Материалы для замены ITO

Еще одно приложение с множеством конкурирующих технологий на разных этапах внедрения - прозрачные проводники, используемые в основном в качестве ITO-заменителя емкостных сенсорных экранов. Это желательно, поскольку ITO хрупкий и поэтому несовместим со складными / гибкими дисплеями. Кроме того, ITO на ПЭТ имеет умеренную проводимость.

Серебряные нанопроволоки (AgNW) прошли долгий путь коммерциализации, который длился более 15 лет и был свидетелем множества драматических взлетов и падений. Раньше AgNW применялись в сенсорных дисплеях с большой площадью, а сегодня они появляются в большем количестве продуктов, таких как гибкие дисплеи.

Гибридная металлическая сетка также была принята на сенсорных дисплеях размером со стол, но изо всех сил пыталась проникнуть в приложения большего размера. Металлическая сетка с полной печатью также продолжает развиваться, особенно в отношении сужения ширины линии за счет печати на узких рулонах, хотя в целом это остается сложным рынком.

Другие материалы для прозрачных проводящих пленок, особенно углеродные нанотрубки и графен, находятся на более раннем этапе их внедрения. Проблема этих технологий заключается в том, что они конкурируют не только с ITO, но и с более развитыми вариантами серебряных нанопроволок и металлической сетки с печатным рисунком. Из-за этого им сложно составить четкое ценностное предложение, независимо от их соотношения проводимость / мутность.

Прозрачные проводящие материалы, перспективы их внедрения и основные игроки подробно анализируются в отчете IDTechEx «Прозрачные проводящие пленки и материалы 2019-2029:прогнозы, технологии, игроки».

Носимые электроды для постоянного наблюдения

Основная тенденция в сфере здравоохранения / велнеса / фитнеса - рост непрерывного мониторинга. Вместо того, чтобы снимать отдельные показания дома или у врача, непрерывный мониторинг позволяет непрерывно считывать биологические параметры, такие как температура и частота сердечных сокращений. В сочетании с соответствующим программным обеспечением это снизит потребность в посещении врача, позволит более раннюю диагностику и контролировать уровень физической подготовки во время упражнений.

Для мониторинга частоты сердечных сокращений и выполнения электрокардиограммы и других измерений мышечной активности, например, требуются электроды. В настоящее время они в основном основаны на жесткой металлической защелке с электролитическим гелем. Однако такой подход не подходит для длительного ношения, и поэтому печатные электроды набирают популярность.

Дополнительным стимулом для внедрения является то, что носимые устройства будут становиться все более интегрированными и гибкими, с печатными схемами и даже установкой непосредственно на гибкие и даже растягиваемые подложки. Печать электродов позволяет наносить их вместе с межсоединениями, снижая сложность производства, а размещение ИС на гибких подложках позволяет использовать их превосходные технологические возможности. Гибкие схемы, включающие как печатные, так и размещенные функциональные возможности, называются гибкой гибридной электроникой (FHE).

Эта быстро развивающаяся технология, по прогнозам, превысит 3 миллиарда долларов (2 миллиарда евро) к 2030 году и подробно проанализирована в недавнем отчете IDTechEx «Гибкая гибридная электроника 2020-2030:приложения, проблемы, инновации и прогнозы».

IDTechEx считает, что носимые электроды, скорее всего, будут использоваться в медицинских кожных пластырях раньше, чем умная одежда, несмотря на нормативные барьеры, связанные с медицинскими устройствами. Носимые пластыри с печатными электродами пользуются гораздо большим спросом на рынке, поскольку они предлагают настоящие медицинские преимущества, такие как более простое использование за пределами больницы и больший комфорт для пациента.

Кроме того, полностью интегрированный кожный пластырь может иметь гораздо более высокую цену в медицинских учреждениях, чем аналогичная технология мониторинга в контексте благополучия / образа жизни. Использование печатных электродов в умной одежде также вызывает опасения по поводу долговечности, поскольку вся одежда будет излишней, если электрод / электрическая схема выйдут из строя. Патчи на коже и электронный текстиль более подробно рассматриваются в отчетах IDTechEx:«Электронные заплаты кожи:2020–2030» и «Электронный текстиль и умная одежда 2020–2030:технологии, рынки и игроки».

Полная картина

Таким образом, очевидно, что ландшафт печатных датчиков очень разнообразен и включает в себя широкий спектр технологий, предназначенных для многих приложений. Понимание перспектив каждой новой технологии зависит от потребностей рынка, барьеров для входа и степени, в которой она предлагает четкое ценностное предложение по сравнению с альтернативами. Обобщение одной категории печатных датчиков значительно снижает сложность.

В новом отчете IDTechEx «Печатные и гибкие датчики 2020-2030:технологии, игроки, прогнозы» представлен обширный обзор разнообразных технологий и приложений печатных и гибких датчиков, охватывающий все категории технологий и приложений в приведенной выше таблице. .

Профилируя более 50 компаний, IDTechEx отображает перспективы коммерческого внедрения и проблемы для каждой технологии и разрабатывает детальные рыночные прогнозы, охватывающие все типы печатных датчиков, технологии и приложения. Наши рыночные прогнозы охватывают 30 приложений / технологий и представлены как в доходах, так и в печатных изданиях.

IDTechEx изучает развивающийся рынок печатной электроники уже более десяти лет, выпустив наш первый печатный и гибкий отчет по датчикам в 2012 году. С тех пор IDTechEx остается очень близко к техническим и рыночным разработкам, проводя собеседования и посещая ключевых игроков по всему миру, организуя крупнейшие мировые выставки и конференции, реализация многочисленных консультационных проектов, а также проведение классов и семинаров по этой теме. Глубина и широта нашего понимания поистине не имеет себе равных, и в этом всеобъемлющем отчете он подробно использован.

Для получения дополнительной информации об отчете IDTechEx «Печатные и гибкие датчики 2020-2030:технологии, игроки, прогнозы» щелкните здесь. или свяжитесь с нами по адресу [адрес электронной почты защищен].

6 августа доктор Дайсон проведет вебинар на тему «Возможности и новые технологии в печатных датчиках». Нажмите здесь, чтобы узнать больше и зарегистрироваться на одном из трех наших семинаров.

Автор - доктор Мэтью Дайсон технологический аналитик IDTechEx.