Markt voor gedrukte sensoren bereikt $ 4,5 miljard in 2030, zegt IDTechEx

Gedrukte sensoren zijn een markt van 3,6 miljard dollar (€ 3,1 miljard) die wordt gedreven door diversiteit, zegt Dr Matthew Dyson, IDTechEx technologie-analist, heeft onlangs het onderstaande artikel gepubliceerd. Dit artikel volgt op de release van het nieuwe IDTechEx-rapport, "Printed and Flexible Sensors 2020-2030:Technologies, Players, Forecasts".

Bij het overwegen van de vooruitzichten van een opkomende technologie, is het gemakkelijk om algemene beweringen te doen. Bijvoorbeeld, stellen dat 'een groter aantal verbonden apparaten, gewoonlijk het Internet of Things (IoT) genoemd, zal de vraag naar geprinte sensoren doen toenemen' lijkt een onomstreden uitspraak.

Maar zoals op zoveel terreinen van het leven verhult zo'n algemene uitspraak een complex onderliggend landschap. Elke technologie heeft verschillende doeltoepassingen en verschillende acceptatiebarrières, zowel commercieel als technisch. Echt inzicht vereist dus een veel gedetailleerdere analyse, waarbij elke sensortechnologie en mogelijke toepassing afzonderlijk wordt bekeken.

Het recente IDTechEx-rapport over geprinte sensoren maakt gebruik van deze gedetailleerde benadering. Het bevat hoofdstukken over een breed scala aan gedrukte sensorcategorieën, waaronder organische en hybride beeldsensoren, piëzoresistieve en piëzo-elektrische druksensoren, rekbare spanningssensoren, temperatuursensoren, geprinte elektroden voor huidpleisters, biosensoren, ITO-alternatieven voor capacitieve aanraaksensoren en andere.

De totale markt voor gedrukte en flexibele sensoren zal naar verwachting in 2030 $ 4,5 miljard (€ 3,9 miljard) bereiken, met een bijzonder snelle groei in hybride beeldsensoren die zal groeien van minder dan $ 1 miljoen (€ 0,87 miljoen) vandaag tot ongeveer $ 800 miljoen (€ 698 miljoen) tegen 2030. Het rapport als geheel bevat meer dan 25 prognoselijnen voor verschillende technologieën en toepassingen en vermeldt 120 verschillende bedrijven en organisaties.

Een dergelijke benadering laat een gecompliceerd beeld zien, met verschillende technologieën in verschillende stadia van adoptie voor verschillende toepassingen. De onderstaande grafiek toont IDTechEx's beoordeling van adoptiegereedheid voor het volledige scala van gedrukte sensortechnologieën en toepassingen (elke kleur vertegenwoordigt een andere technologie of toepassing).

De status van elke geprinte sensortechnologie, tussen concept en commercialisering. Voor een gedetailleerde analyse van elke technologie en de status ervan op weg naar wijdverbreide acceptatie in meerdere toepassingen, zie het recente IDTechEx-rapport "Printed and Flexible Sensors 2020-2030:Technologies, Players, Forecasts".

Drie benaderingen voor beelddetectie

IDTechEx verdeelt geprinte beeldsensoren in drie categorieën:volledig organisch, organisch-op-CMOS hybride en kwantum dot-op-CMOS hybride. Volledig organische fotodetectoren (OPD's) kunnen worden beschouwd als organische zonnecellen die omgekeerd worden gebruikt, waarbij lagen organische halfgeleider achtereenvolgens op een flexibel substraat worden gedrukt. Dit maakt ze in principe compatibel met continue productie op grote oppervlakken.

De belangrijkste doeltoepassing voor OPD's is biometrische authenticatie, met één strategie waarbij een vingerafdruksensor met een groot oppervlak onder een scherm wordt geplaatst. Aangezien er echter al vingerafdruksensoren bestaan, inclusief de sensoren die onder beeldschermen zijn gemonteerd, lijkt het gebruik van OPD's voor deze toepassing meer het resultaat van een technologische push dan van marktbehoefte.

De waardepropositie is veel duidelijker voor röntgenbeeldvorming, waar sensoren met een groot oppervlak nodig zijn vanwege de moeilijkheid om röntgenstralen te focussen. De marktleiders ontwikkelen echter een flexibele sensor op basis van amorf silicium, die de niche vult die OPD's hadden gehoopt te bezetten.

Veelbelovend in onze ogen zijn hybride beeldsensoren. Deze bestaan ​​uit een dunne laag van een organische halfgeleider of kwantumdots die licht absorbeert, met ladingen die worden verzameld via een CMOS-uitlees-geïntegreerd circuit. Deze benadering is transformationeel, in die zin dat het licht met een golflengte van meer dan 1000 nm kan detecteren door de bestaande CMOS-technologie aan te passen – voorheen werd dit meestal gedaan met zeer dure op InGaAs gebaseerde detectoren.

SWIR-beeldvorming komt tegemoet aan een echte marktbehoefte, zowel voor industriële inspectie als voor bestuurdersassistentiesystemen en autonome voertuigen, aangezien licht op langere golflengten minder wordt verstrooid door stof en mist.

Cruciaal voor commerciële acceptatie is dat hybride 'X-on-CMOS'-detectoren kunnen worden geproduceerd met minimale aanpassingen aan bestaande CMOS-fabricagelijnen, waardoor de toetredingsdrempels aanzienlijk worden verminderd. Op dit moment zijn hybride detectoren op basis van kwantumdots gevoelig voor langere golflengten dan hun organische hybride equivalenten, en zijn ze inderdaad in de handel verkrijgbaar.

Organische hybride detectoren staan ​​echter op het punt te worden gelanceerd in broadcastcamera's, waar ze voordelen bieden, waaronder een ruimtelijk variabele gevoeligheid om overbelichting te voorkomen en het bestaande compromis tussen resolutie en het gebruik van een globale sluiter op te lossen, aangezien silicium niet langer wordt gebruikt om invallend licht te absorberen.

Voor een meer gedetailleerde analyse van de onderliggende beelddetectietechnologie, motivatie voor SWIR-beeldvorming en beoordeling van de commerciële vooruitzichten van gedrukte beeldsensoren, zie het IDTechEx-rapport "Printed and Flexible Sensors 2020-2030:Technologies, Players, Forecasts".

Drukdetectie zoekt toepassingen met een hogere waarde

Piëzo-resistieve druksensoren zijn al lang gevestigd en worden gebruikt in autobezettingssensoren, elektronische muziekinstrumenten en sommige medische apparaten. Dergelijke markten zijn echter tamelijk volwassen en onderhevig aan commoditisering. Als zodanig willen fabrikanten innoveren om hun sensoren te differentiëren en toegang te krijgen tot hoogwaardigere toepassingen.

Deze innovaties, die zich in een eerder stadium bevinden dan de gevestigde druksensoren met één punt, omvatten '3D-touch'-trackpads die zowel de druk als de positie bewaken, hybride piëzoresistieve/capacitieve sensoren en zelfs doorschijnende/transparante detectoren.

Het toevoegen van extra functionaliteit verhoogt het benodigde sensoroppervlak in een apparaat en de kosten per gebied. De uitdaging is om toepassingen te vinden waarin de capaciteit van drukdetectie voldoet aan een echte marktbehoefte, aangezien capacitieve trackpads en schakelaars zo goed ingeburgerd zijn.

Afdrukbare piëzo-elektrische sensoren, waarin variatie in aangelegde spanning en afmetingen zijn gekoppeld, kunnen drukgevoelig zijn. Er zijn twee concurrerende technologieën, ofwel speciale polymeren of een composiet met keramiek, waarvan de eerste iets meer ingeburgerd is.

Beide zijn op een veel eerder adoptieniveau dan piëzoresistieve sensoren en het is dus onwaarschijnlijk dat ze direct zullen concurreren met de meer volwassen technologie in dezelfde toepassingsgebieden. In plaats daarvan richten ze zich op hoogfrequente trillingsdetectie, waarvoor piëzo-elektrische sensoren veel beter geschikt zijn dan piëzoresistieve tegenhangers. Tot nu toe hebben fabrikanten echter meer grip gehad op toepassingen die afdrukbare piëzo-elektrische materialen als actuatoren gebruiken.

Het recente rapport van IDTechEx, "Printed and Flexible Sensors 2020-2030:Technologies, Players, Forecasts", schetst de huidige en toekomstige richting van piëzoresistieve en piëzo-elektrische detectietechnologie.

ITO-vervangingsmaterialen

Een andere toepassing met meerdere concurrerende technologieën in verschillende adoptiestadia zijn transparante geleiders, die voornamelijk worden gebruikt als ITO-substituut voor capacitieve aanraakschermen. Dit is wenselijk aangezien ITO broos is en dus niet compatibel met opvouwbare/flexibele displays. Bovendien heeft ITO op PET slechts een matige geleidbaarheid.

Zilveren nanodraad (AgNW) heeft een lange commercialiseringsreis achter de rug, die meer dan 15 jaar heeft geduurd en getuige is geweest van vele dramatische ups en downs. Voorheen werden AgNW's gebruikt in aanraakschermen met een groot oppervlak en tegenwoordig verschijnen ze in meer producten, zoals flexibele schermen.

Hybride metalen gaas werd ook toegepast op aanraakschermen van tafelformaat, maar heeft moeite om door te breken in grotere toepassingen. Volledig bedrukt metalen gaas blijft ook vooruitgang boeken, vooral bij het verkleinen van de lijnbreedte met smalbaandruk, hoewel dit over het algemeen een moeilijke markt blijft.

Andere materialen voor transparante geleidende films, met name koolstofnanobuizen en grafeen, bevinden zich eerder in hun adoptiecyclus. De uitdaging voor deze technologieën is dat ze niet alleen concurreren met ITO, maar ook met de meer ontwikkelde opties van zilveren nanodraden en bedrukt metalen gaas. Dit maakt het moeilijk voor hen om een ​​duidelijke waardepropositie vast te stellen, ongeacht hun geleidbaarheid/waasverhouding.

Transparante geleidende materialen, hun adoptievooruitzichten en de belangrijkste spelers worden uitgebreid geanalyseerd in het IDTechEx-rapport "Transparent Conductive Films and Materials 2019-2029:Forecasts, Technologies, Players".

Draagbare elektroden voor continue bewaking

Een belangrijke trend in de zorg/wellness/fitnessruimte is de opkomst van continue monitoring. In plaats van geïsoleerde metingen te doen, zowel thuis als bij de arts, kunnen door continue monitoring biologische parameters zoals temperatuur en hartslag continu worden afgelezen. In combinatie met de juiste software zal dit de noodzaak voor doktersbezoeken verminderen, een eerdere diagnose mogelijk maken en de conditie tijdens het sporten monitoren.

Voor het bewaken van de hartslag en het uitvoeren van elektrocardiogrammen en andere metingen van bijvoorbeeld spieractiviteit zijn elektroden vereist. Momenteel zijn deze voornamelijk gebaseerd op een stijve metalen snap met een elektrolytische gel. Een dergelijke benadering is echter niet geschikt voor langdurig dragen en dus winnen bedrukte elektroden terrein.

Een extra drijfveer voor adoptie is dat draagbare apparaten steeds meer geïntegreerd en flexibel zullen worden, met circuits die worden afgedrukt en zelfs rechtstreeks op flexibele en zelfs rekbare substraten worden gemonteerd. Door de elektroden te printen, kunnen ze samen met de verbindingen worden gedeponeerd, waardoor de complexiteit van de fabricage wordt verminderd, terwijl het plaatsen van IC's op flexibele substraten hun superieure verwerkingsvermogen mogelijk maakt. Flexibele schakelingen die zowel gedrukte als geplaatste functionaliteit bevatten, worden flexibele hybride elektronica (FHE) genoemd.

Deze snel opkomende technologie zal naar verwachting in 2030 meer dan $ 3 miljard (€ 2 miljard) bedragen en wordt uitgebreid geanalyseerd in het recente IDTechEx-rapport "Flexible Hybrid Electronics 2020-2030:Applications, Challenges, Innovations and Forecasts".

IDTechEx is van mening dat draagbare elektroden waarschijnlijk eerder zullen worden gebruikt in medische huidpleisters dan in slimme kleding, ondanks de regelgevende belemmeringen die verband houden met medische apparaten. Er is een veel grotere marktaantrekkingskracht voor draagbare huidpleisters met bedrukte elektroden, omdat ze echte medische voordelen bieden, zoals gemakkelijker gebruik buiten een ziekenhuis en meer comfort voor de patiënt.

Bovendien kan een volledig geïntegreerde huidpleister in een medische omgeving een veel hogere prijs vragen dan vergelijkbare monitoringtechnologie in een wellness-/levensstijlcontext. Het gebruik van bedrukte elektroden in slimme kleding brengt ook zorgen over de levensduur met zich mee, aangezien het hele kledingstuk overbodig zou zijn als de elektrode/het circuit zou uitvallen. Huidpatches en e-textiel worden uitgebreider besproken in de IDTechEx-rapporten:"Electronic skin patches:2020-2030" en "E-textiles and Smart Clothing 2020-2030:Technologies, Markets and Players".

Het complete plaatje

Het is dus duidelijk dat het geprinte sensorlandschap zeer gevarieerd is, met een breed scala aan technologieën die veel toepassingen aanspreken. Het begrijpen van de vooruitzichten van elke opkomende technologie hangt af van de marktbehoefte, toetredingsdrempels en de mate waarin deze een duidelijke waardepropositie biedt ten opzichte van alternatieven. Door te generaliseren over een enkele categorie geprinte sensoren gaat veel van deze complexiteit verloren.

Het nieuwe rapport van IDTechEx, "Printed and Flexible Sensors 2020-2030:Technologies, Players, Forecasts", biedt een uitgebreid overzicht van de diverse onderliggende technologieën en toepassingen van gedrukte en flexibele sensoren, die alle technologie- en toepassingscategorieën in de bovenstaande grafiek omvat. .

Door meer dan 50 bedrijven te profileren, brengt IDTechEx de commerciële acceptatievooruitzichten en -uitdagingen voor elke technologie in kaart en ontwikkelt het gedetailleerde marktprognoses die alle typen, technologieën en toepassingen van gedrukte sensoren omvatten. Onze marktprognoses hebben betrekking op 30 toepassingen/technologieën en worden geleverd in zowel omzet als gedrukt gebied.

IDTechEx doet al meer dan tien jaar onderzoek naar de opkomende markt voor gedrukte elektronica en lanceerde in 2012 ons eerste gedrukte en flexibele sensorrapport. de grootste wereldwijde beurzen en conferenties, het leveren van tal van adviesprojecten en het geven van lessen en workshops over het onderwerp. De diepte en breedte van ons inzicht is werkelijk ongeëvenaard en er is uitgebreid gebruik van gemaakt in dit uitgebreide rapport.

Voor meer informatie over het IDTechEx-rapport, "Printed and Flexible Sensors 2020-2030:Technologies, Players, Forecasts", Klik hier. of neem contact met ons op via [email protected].

Dr. Dyson zal op 6 augustus een webinar over dit onderwerp presenteren:"Kansen en nieuwe technologieën in gedrukte sensoren". Klik hier voor meer informatie en registreer je plaats op een van onze drie sessies.

De auteur is Dr Matthew Dyson, technologieanalist bij IDTechEx.