プリンテッド／フレキシブル・エレクトロニクスは、エレクトロニクスをユビキタスにする技術として長い間注目されてきた。 例えば、包装に使われる無線センサー、インターネットと通信する皮膚パッチ、水漏れを検知して予防保全する建物など、その応用が期待されている。しかし、これまでは試作や開発の段階にとどまっていた。
しかし、2021年はプリンテッドエレクトロニクスにとってエキサイティングな年であり、複数のアプリケーションが商業的な導入に至り、多額の資金がこの分野に流れ込んでいます。技術がまだ商業化されていない場合でも、企業は技術の開発や投機的な実証プロトタイプの製作から、特定の顧客向けの開発・認定プロジェクトに移行する傾向が強まっています。
ヘルスケア／ウェルネス 柔軟性の活用
プリンテッド／フレキシブル・エレクトロニクスを成功裏に商業化するには、従来のエレクトロニクスとの違いが大きな価値をもたらすアプリケーションを特定することが必要です。 電子皮膚パッチはその好例で、柔軟な薄膜デバイスは患者の快適性を向上させると同時に、生体パラメータの連続的なモニタリングを可能にします。
電子皮膚パッチへの関心は2021年に本当に加速し、デュポンやヘンケルなどの大手企業によって専用の材料ポートフォリオが開発され、パッチは病院で活用されるようになりました。患者も医療従事者も、自宅でのモニタリングが必要な遠隔診療をより快適に行えるようになったため、こうした牽引力の高まりはCOVID-19に一部起因するものです。また、多くの医療機関では、手術や検査がキャンセルされた患者の滞留に悩まされており、早期退院の促進など、効率化を図るための新技術の導入が進んでいます。
オートモーティブ EVへの移行に伴う
自動車の電動化や自動運転への移行は注目を集めていますが、それに伴い、ある程度は目立たない他の技術の採用が進んでいます。プリンテッド・エレクトロニクスは、インテリアとエクステリアの両方に適用され、その普及が進んでいる一例です。
EVはパワートレインで差別化することが難しいため、インテリアは乗員体験に付加価値を与えるイノベーションのターゲットとして特に有望である。そのため、プリンテッド／フレキシブル・エレクトロニクスがコックピットに新たな機能を追加し、効率的な製造を可能にする機会が数多く存在します。 例えば、より高性能なディスプレイや静電容量方式のコントロールサーフェスなどを追加することができます。実際、PolyICが開発した透明な印刷金属メッシュフィルムと熱成形部品からなるバックライト付き静電容量式タッチセンサーは、2021年に発売されたフォルクスワーゲンのモデルで実用化されました。
また、EVは余熱が圧倒的に少ないため、車載用のヒーターへの関心も高まっています。すでにシートヒーターの一部にプリンテッドエレクトロニクスが採用されていることに関心が集まっていますが、抵抗膜や正の温度係数を持つ導電性インクを用いたヒーターを表面に実装すれば、加熱効率が向上し、その結果EVの走行距離が若干延びると考えられます。また、金属メッシュ、カーボンナノチューブ（CNTS）、銀ナノワイヤーなどを用いた透明ヒーターも開発・試験中で、当初のターゲットはヘッドライトやセンサーカバーなどであった。
スマートパッケージング。技術革新が実現可能性を高める
スマートパッケージングは、2021年の普及に向けて大きく前進しており、新興企業2社が生産規模の拡大と技術力の強化を図るために1000万ドル規模の資金を調達しました。
スマートパッケージングは、アンテナやセンサーなどの電子機能をパッケージに統合し、サプライチェーンを通じて家庭までの経過や状態を追跡するものと定義されており、プリンテッドフレキシブル電子機器の有望なアプリケーションとして長い間注目されてきました。これは、従来のリジッドエレクトロニクスとは異なり、プリンテッド／フレキシブルエレクトロニクスは、理論的には非常に高いスループットのロール・ツー・ロール（R2R）生産に適合し、必要な生産コストを非常に低く抑えることができるためです。
しかし、RFIDタグが広く採用されているにもかかわらず、センシング機能を内蔵したスマートパッケージングは、これまでのところニッチなアプリケーションに限定されています。これは、電源やエネルギーハーベスティング機能、1つ以上のセンサー、処理IC、アンテナをすべて組み込む必要があるため、ほとんどのスマートパッケージングアプリケーションのコスト目標が非常に困難であることが主な理由です。さらに、スマートパッケージングは一般的に、ソフトウェアと一緒に統合されたソリューションを促進する場合にのみ価値を発揮します。そのためには、市場に大規模に参入し、サプライチェーン上の複数のプレーヤーに同時に採用されることが通常必要です。
スマートパッケージングのハードウェアのコストを下げ、この技術をより大量のアプリケーションに開放するために、革新的なハードウェア技術が開発されています。ネイティブにフレキシブルな金属酸化物ICを製造する英国のPragmatIC社は、2021年10月にシリーズC資金として8000万ドルを調達しています。プラグマティックのICの主要な価値提案は、潜在的に1個1USセント以下の低コストであることです。 RFIDが最初のアプリケーションですが、センシングアプリケーション用のもう少し複雑なICも開発されています。
スマートパッケージングのもう一つの有望な技術革新は、周囲の電磁波からエネルギーを採取するセンサーである。シリーズCの資金調達ラウンドで2億ドルを調達した米国のWiliot社が開発したこの電池不要の無線センサーは、Bluetoothで通信する。イベントベースのセンシングを採用し、センサーの位置が変化したときのみ通信を行うため、消費電力が抑えられます。プラグマティックとウィリオットのICは、フレキシブル基板に実装され、アンテナはしばしば導電性インクから製造されます。印刷と実装部品を組み合わせたこの新しい製造方法は、「フレキシブルハイブリッドエレクトロニクス（FHE）」と呼ばれ、特定のIDTechExレポートでカバーされています。
このような投資により、長年の懸案事項を解決する技術の成長が促進され、2021年はスマートパッケージングの採用を開始する年になるかもしれません。
スマートビルディングとIoT。センシングとエネルギーハーベスティングの融合
IoT デバイスは、家庭用および産業用アプリケーションの両方で、ワイヤレスで接続されたセンサーのネットワークとして定義され、予知保全や状態監視などの利点を提供します。IoT機器は、手頃な価格で、建物や産業機器などにフィットするコンパクトなフォームファクターを持つ必要があるため、プリンテッド／フレキシブル・エレクトロニクスにとって大きなチャンスとなります。
しかし、電池の交換は無駄が多く、メンテナンスの手間もかかるため、IoTデバイスへの電力供給は依然として課題となっています。この課題を解決するための新たな候補が、有機薄膜太陽電池（OPV）です。有機薄膜太陽電池は、これまで大規模な導入が困難とされてきましたが、低照度の拡散光下においてシリコン太陽電池よりも効率が高く、屋内でのエネルギーハーベスティングに極めて適した技術です。また、溶液処理により安価に製造でき、柔軟な薄膜であるため、耐久性や組込みの可能性も向上します。
低電力IoTデバイス向けの屋内用OPVセルは、Epishine、Dracula Technologies、Ribes Techなどの企業によって開発されています。 この技術は、2021年にEpishineのOPVセルが市販の設備管理製品に搭載され、人気を博しました。
スマートビルディングにおけるプリンテッド／フレキシブルエレクトロニクスのその他の用途は、比較的単純な大面積デバイスを入手しやすい価格帯で製造できることを利用している。アプリケーションには、建材に組み込まれるか、または後付けされる暖房やリーク検出が含まれます。2021年、英国のアーリーステージ企業であるBare Conductiveは、これらの用途をターゲットとしたLaiierを立ち上げました。低コストの漏水検知は、特に保険業界にとって説得力があり、複数のプロジェクトが開発中です。
これからの1年
プリンテッド・フレキシブル・エレクトロニクスは、2022年においても、上記のすべての技術とアプリケーションにおいて商業化が進むと予想され、プリンテッドメタルメッシュを用いた静電容量式タッチセンサー、室内発電用OPVセル、ますます柔軟性を増す電子皮膚パッチなどが人気を博している。
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