Гибкая электроника демонстрирует впечатляющий рост: к 2030 году мировой рынок достигнет $74 млрд в год. В России эта отрасль только развивается – работает около десятка профильных компаний.
Прогресс гибкой электроники
Технологические возможности гибкой электроники впечатляют: от гибких сенсоров и дисплеев до умной упаковки и токопроводящих красок. Современные материалы позволяют создавать прогрессивные решения: например, встраивать LED-экраны в стеклопакеты с минимальными потерями светопропускания (15-20%). Активно развиваются гибкие дисплеи, OLED-подсветка, солнечные батареи и IoT-датчики.
Применение гибкой электроники охватывает множество сфер:
- Электроника: резисторы для принтеров, материнских плат, серверов;
- Промышленность: сканеры, конвертеры, измерительные приборы;
- Бытовая техника: аудиоусилители, тюнеры, ЖК-дисплеи;
- Автомобильная индустрия;
- Медицина: датчики для контроля беременности, заживления ран;
- Военное применение: гибкие сенсорные экраны для военной техники;
Несмотря на перспективы, гибкая электроника, по мнению экспертов не сможет вытеснить традиционную кремниевую технологию полностью.
"Конечно, гибкая электроника не вытеснит полностью традиционную кремниевую, но займет свои пять процентов этого рынка", — считает Олег Лысак, генеральный директор группы компаний "ТехноСпарк".
Путь гибкой электроники от первых исследований до современных прорывов
Развитие гибкой электроники берёт своё начало в 1990-х годах, когда начались параллельные исследования в Массачусетском технологическом институте (MIT, США) и финской государственной исследовательской компании VTT, основанной в 1942 году.
Одним из первых стартапов в области гибкой электроники, получивших венчурное финансирование, стал американский E-Ink, специализирующийся на разработке "электронных чернил". К 2001 году на мировой арене уже действовало несколько компаний, занимающихся гибкой электроникой: E-Ink, Plastic Logic (Германия) и Kovio (США). Примечательно, что Plastic Logic уже в 2001 году запустила производство гибких дисплеев.
Важным этапом развития отрасли стало внедрение одноразовой электроники. В 2016 году компания Amazon, а именно её подразделение Amazon Go, начала использовать RFID-метки на товарах.
К 2020 году мировой рынок гибкой, печатной и органической электроники достиг впечатляющей отметки в $41,2 млрд. В этот период был создан Российский центр гибкой электроники (РЦГЭ) в Троицке. Центр начал свою работу с создания производственного здания с чистыми помещениями, а к 2021 году запустил линии по производству тонкоплёночных транзисторов (TFT).
Технология TFT базируется на инновационном подходе, использующем альтернативный кремнию полупроводниковый органический материал IGZO (Indium Gallium Zinc Oxide). На развитие центра было выделено более 4 млрд рублей, которые пошли на строительство и оснащение современным оборудованием.
В 2022 году на базе TFT в Троицке началось производство энергоharвестеров — устройств, преобразующих как солнечный, так и искусственный свет в электричество. Эти приборы находят применение в IoT-датчиках на производстве и электронных ценниках в гипермаркетах. Гознак планирует использовать разработанные РЦГЭ харвестеры для питания печатных датчиков.
В НИИ — филиале АО "Гознак" формируется лаборатория печатной электроники. Уже созданы прототипы гибких датчиков влажности, температуры и давления. TFT-матрицы для дисплеев применяются в производстве:
- электронной бумаги;
- жидкокристаллических экранов;
- OLED-дисплеев;
- биометрических сенсоров;
- детекторов рентгеновского излучения;
- RFID-меток и датчиков;
- гибких интегральных микросхем.
Первоначально РЦГЭ сосредоточился на разработке транзисторных матриц для управления дисплеями. Современные дисплеи преимущественно основаны на жидких кристаллах, что потребовало решения задачи управления жидкокристаллической оптикой с помощью транзисторных матриц. Это включало создание различных растров на жидких линзах и управляемых жидкокристаллических линзах.
В сфере гибкой электроники у России есть шанс войти в группу стран-лидеров. РЦГЭ изначально занимался микроэлектронными технологиями последнего поколения, и благодаря этому Россия пока что идет в ногу со временем.
Инженеры РЦГЭ начали эксперименты с затемнением поверхности стёкол и гибких плёнок. На рынке с 1980-х годов существовало электрохромное стекло, способное менять прозрачность под воздействием электрического напряжения. Однако существенной проблемой была низкая скорость переключения — до 20 минут.
Российские специалисты предложили инновационное решение: соединение гибкой подложки РЦГЭ с жидкокристаллической смесью от белорусской компании MTLCD. Это позволило значительно улучшить характеристики: скорость переключения сократилась до 10 миллисекунд, что практически незаметно для человеческого глаза. В отличие от существующих вариантов на стёклах, основанных на эффекте светопропускания, новое решение реализовано на гибкой плёнке.