Рынок с хорошей пластикой
Алексей Гостомельский, генеральный директор Российского центра гибкой электроники, о том, что в этой области нужен гибкий бизнес-подход, а также о российских и мировых трендах в области гибкой, печатной и органической электроники.
Изделия с элементами гибкой электроники — одни из самых эффектно презентуемых на мировом рынке. Ведь и сама по себе гибкая электроника — это всегда что-то немного за гранью реальности. Смартфоны с гибкими экранами, продемонстрированные LG и Samsung, выглядели для своего времени впечатляюще. Крупнейшие игроки активно развивают гибкие дисплеи — и это один из самых ярких трендов на мировом рынке гибкой электроники. По данным IDC, в 2021 году в мире было продано 7,1 млн смартфонов с гибким экраном, а к 2025 году их продажи достигнут 27,6 млн штук.
Но гибкая электроника ими не исчерпывается: это еще и гибкие датчики и батареи, гибкие сенсоры и гибкие фотоэлектрические элементы. Изделия с такими элементами применяются как в быту, так и в промышленности и энергетике. Причем название гибкая электроника слишком узкое. Сегодня в ходу такие термины, как пластиковая и гибридная электроника. Главное, что отличает ее от традиционной, — вместо кремниевых чипов используется пластик, а это позволяет выпускать более тонкие и легкие конечные изделия. Ну, а гибкость предполагает большую вариативность.
Великий переход — от кремния к альтернативе
Если в области кремниевой электроники, которой уже более полусотни лет, наша страна пока не в мировых лидерах, то в электронике не кремниевой и гибридной у России большие шансы занять если не первое, то одно из ведущих мест в мире. Это молодая перспективная индустрия, ей не более пары десятков лет. И весь мир сейчас только в начале пути. Развивать эту отрасль легче, чем кремниевую, потому что инвестиции в проекты нужны не столь масштабные. Чтобы построить кремниевую фабрику, потребуются вложения от 10 млрд долларов, а производство изделий с элементами гибкой электроники стоит на несколько порядков меньше. Исходя из этой логики, Российский центр гибкой электроники, например, сразу выбрал не пересекающуюся с кремнием стезю. Одной из ключевых для центра стала технология производства тоонкопленочных матриц для электроники — металлооксидная. Другая технология, которую развивает РЦГЭ, — органическая, альтернативная металлооксидной.
Гибридная и прозрачная электроника — однозначно рынок будущего. Вопрос только в том, какая именно технология ее производства станет приоритетной (на основе оксидов металлов или органики). Но так или иначе это будет большой технологический прорыв. Мировому рынку печатной, гибкой и органической электроники пророчат динамичный рост: по расчетам IDTechEx, если в 2020 году он составлял 41,2 млрд долларов, то к 2030 году вырастет до 74 млрд. По мнению аналитиков, во многом быстрое развитие рынка гибкой электроники связано с ростом спроса на потребительскую электронику во всем мире.
Многие страны готовы прикладывать усилия для развития принципиально новых технологий. В США есть Производственный институт гибкой гибридной электроники (FHE), одна из задач которого — финансирование проектов в этой области. Компания Royole, которая одной из первых в мире еще в 2014 году произвела полноцветные гибкие дисплеи и датчики (на тот момент самые тонкие в мире), а затем и первый в мире смартфон с полностью гибким дисплеем, в 2021 году анонсировала первую в мире открытую платформу для разработки гибкой электроники. Так возможности последней становятся более доступными для множества дизайнеров и разработчиков производственных технологических решений по всему миру.
Весь мир — дисплей
Внимание всего мира приковано к открытиям в области гибкой электроники — от рекламных дисплеев, которые «растекаются» по любым, самым изогнутым и причудливым архитектурным формам, до стекол, мгновенно меняющих свою тонировку. Гибкие дисплеи демонстрируют нам рекламу с бутылок, сумок и других предметов обихода — и это емкая рыночная ниша. Вспоминается кейс: в 2019 году Royole вместе с Louis Vuitton вывели на подиум моделей с сумками, в которые были встроены гибкие дисплеи. На них в ходе модного показа демонстрировали виды Нью-Йорка и, конечно, дизайнерскую одежду.
Если обратиться к последним концептам автомобилей, то легко заметить тренд: та же BMW как будто пытается превратить автомобиль в один сплошной дисплей. Это делает машину и более эффектной внешне, и более энергоэффективной. Кроме того, автомобиль, оснащенный гибкими дисплеями, можно использовать как яркий рекламный носитель. Сейчас в электронной отделке автомобилей используется в основном черно-белая гамма, но постепенно появляются другие цвета.
«Умное» стекло
Новые, перспективные для инвестиций разработки появляются и в области стекла. Например, есть умное жидкокристаллическое стекло, которое закрепляется на гибкой подложке. Оно способно мгновенно менять теплопроводность (коэффициент поглощения тепла) и степень своей прозрачности по команде с пульта: с него поступает электрический сигнал — и тут же начинает действовать внесенный между слоями жидких кристаллов специальный краситель. Такое стекло уже есть, вопрос только в выходе на серийное производство. А значит, скоро мы сможем увидеть на улицах крупных городов машины, которые будут мгновенно, по щелчку, менять тонировку лобовых стекол.
На рынке уже достаточно распространены электрохромные смарт-стекла (ESD), однако они переходят с прозрачного режима на матовый в течение 20 минут, в то время как новинка — практически мгновенно. Умное стекло на основе жидкокристаллических нанотехнологий было разработано Российским центром гибкой электроники совместно с белорусской компанией «МТЛСиДи». Спектр его применения может быть достаточно широким — от стекол автомобилей и самолетов до изделий сложной формы, таких как горнолыжная маска или шлем мотоциклиста.
Вживляемый пластик
Второй растущий тренд на рынке гибкой электроники — биосенсоры. Они фиксируют физические параметры человека и позволяют отслеживать их изменения: это нужно, например, для контроля течения беременности или состояния плохо заживающих ран. Гибкие электронные сенсоры сделаны из материалов, которые способны очень близко прилегать к коже человека. А многие компании используют в производстве гибкой электроники органические материалы, которые, пока чисто теоретически, могут обладать хорошей вживляемостью. Не хотелось бы спекулировать на этой теме, но, скорее всего, человечество придет и к этому.
Отдельная перспективная тема — применение биосенсоров для снятия сигналов, которые посылает мозг человека. В один из тематических стартапов — Neuralink — инвестировал известный технологический предприниматель Илон Маск. В производстве подобных сенсоров применяется много разных технологий, не только гибкая электроника. Это всегда гибридная история. Но для гибкой электроники остается большая ниша.
«Вечная» батарейка
Активно развивается и привлекает инвесторов и направление, связанное с использованием технологий органической и гибкой электроники в производстве батарей и памяти. Ведь именно в этой области лежит решение одного из самых насущных вопросов, от которого зависит технический прогресс. Развитие интернета вещей, появление электромобилей, автоматизация и роботизация ставят всех нас перед необходимостью обеспечить все эти умные механизмы и системы источниками энергии. Но как это сделать?
Российский центр гибкой электроники нашел ответ на этот вопрос, разработав харвестер — небольшое устройство, преобразующее солнечный свет и свет от искусственных источников в электроэнергию. «Сердце» харвестера — разработанная Российским центром гибкой электроники матрица, или тонкопленочный транзистор TFT (thin film transistor), созданный с использованием не традиционного кремния, а полупроводникового материала IGZO (Indium Gallium Zinc Oxide). Харвестеры нужны везде, где есть электронные датчики: от помещений Гознака (оснащенных датчиками влажности, к которой очень чувствительны любые купюры) до крупного ритейла, использующего датчики свежести продуктов и уже в целом ряде случаев — электронные ценники. Миниатюрные харвестеры способны подпитывать приборы без проводов и батареек, интегрироваться прямо в устройства, занимая площадь два-три миллиметра, и служить много лет. Все это похоже на чудо, подобное вечному двигателю. Впрочем, можно предположить, что гибкая электроника преподнесет человечеству еще немало приятных сюрпризов.
