英國知名研究公司IDTechEx在新興的印刷電子市場積累了十多年的研究，并在2012年，發布了第一份印刷和柔性傳感器技術及市場研究報告。從那時起，IDTechEx一直在密切關注印刷和柔性傳感器領域的發展，與全球主要市場參與者保持緊密聯系，定期組織規模最大的全球貿易展會，推出了眾多咨詢項目，并舉辦了有關這一主題的系列培訓課程和研討會。有基于此，IDTechEx對印刷和柔性傳感器領域的理解深度和廣度是無與倫比的。

在本報告中，IDTechEx對印刷和柔性傳感器的各種底層技術和應用進行了全面的概述，主要包括：有機和混合光電探測器、壓阻和壓電壓力傳感器、可拉伸應變傳感器、溫度傳感器、皮膚貼片印刷電極、生物傳感器、電容式觸摸傳感器氧化銦錫（ITO）替代產品等。通過分析該領域50多家主要廠商，IDTechEx總結了每項技術的商業應用前景及挑戰，并提供了涵蓋所有印刷傳感器類型、技術和應用的細分市場預測。

各種印刷和柔性傳感器示例

印刷和柔性傳感器構成了最大的印刷電子市場。根據IDTechEx預測，到2030年，全印刷傳感器的市場規模將增長至45億美元。盡管，目前市場最大的葡萄糖檢測試紙正逐漸被連續葡萄糖監測（CGM）方案替代，但是，很多新應用和技術的興起仍將推動印刷和柔性傳感器市場持續增長。

印刷傳感器市場非常復雜且碎片化。有些印刷傳感器的結構非常簡單，而有些傳感器則要復雜得多，需要多層沉積和復雜的創新材料。有些傳感器采用傳統批量單張式絲網印刷，而另一些傳感器則采用連續的卷對卷印刷。大部分印刷傳感器基于低成本的柔性大尺寸基板，也有些基于CMOS器件或各種電子織物。

本研究報告覆蓋了整個印刷和柔性傳感器領域，具體包括：

● 大面積圖像傳感器

● QD/Organic-on-CMOS混合圖像傳感器

● 用于SWIR成像的混合傳感器

● 壓阻式傳感器

● 壓電式傳感器

● 溫度傳感器

● 電容式應變傳感器

● 電容式觸摸傳感器ITO替代產品

● 氣體和濕度傳感器

● 生物傳感器

● 電子皮膚貼片和電子織物印刷電極等

此外，本報告還討論了印刷傳感器在新興的柔性混合電子技術中的整合，包括印刷和非印刷的組件。

新興應用中的增長

印刷傳感器涵蓋了從圖像傳感器到可穿戴電極等多種技術和應用。每類傳感器都尋求提供一種不同于現有技術的價值主張，用印刷來實現產品制造。在走向廣泛應用的過程中，它們都在技術和商業化方面面臨著不同的挑戰。

生物傳感器

從營收和規模來看，最大的印刷傳感器類型是印刷生物傳感器，主要由葡萄糖檢測試紙主導，年需求量達數十億規模。然而，更方便的連續血糖監測（CGM）越來越受歡迎，葡萄糖檢測試紙的使用量正在逐漸下降，并且，這一趨勢還將繼續。與此同時，監管部門還一直在控制測試條的價格，消減了利潤率，從而帶來了巨大的價格和商品化壓力。盡管如此，這仍然是印刷和柔性傳感器領域規模和營收最大的業務。重要的是，印刷生物傳感器不局限于葡萄糖檢測，其它一系列生物傳感器正在興起。

印刷生物傳感器領先廠商對比（部分）

連續血糖監測（CGM）主要廠商對比（樣刊模糊化）

可穿戴電極

目前，大多數內側電極都是由一個金屬扣件和電解凝膠組成，但這種產品只能短期使用。對于連續監測應用，印刷電極由于可以使用的時間更長，正逐漸被應用到各種電子皮膚貼片中，與導電互連器件（也可以印刷）一起集成到產品中，提供柔性。可穿戴電極也非常適合健身場景，現在已經集成到電子織物中，以更舒適的方式監測用戶的心率。隨著持續監測相關軟件的發展，印刷可穿戴電極的醫療和健身應用將持續增長，從而帶來旺盛的市場需求。當然，電子織物的耐用性仍然是消費者關注的問題。

參考報告：

《電子皮膚貼片技術及市場趨勢-2019版》

《醫療柔性電子技術及市場趨勢-2020版》

混合圖像傳感器

混合圖像傳感器是一種前景特別突出的印刷傳感器，它們由印刷在硅讀出電路上的有機半導體或量子點薄膜（幾百納米）組成。與現有的硅CMOS探測器相比，它們提供了三種獨特的價值主張：可調諧的帶隙，可在更寬的波長范圍實現NIR和SWIR成像；電壓依賴性靈敏度，可實現空間可變的中性密度濾波片；快速的電荷收集，使之更易于實現全局快門。

關鍵的是，現有的CMOS產線經過重新調整就可以用于制造混合圖像傳感器，大大降低了資金投入需求，加速了產品導入。OPD-on-CMOS技術即將在廣播電視攝像機中應用，而QD-on-CMOS技術已經在市場上銷售，隨著材料系統的熱穩定性和光通量穩定性的發展，它們還將進一步向戶外應用滲透。例如，用于自動駕駛車輛的SWIR成像。

印刷圖像傳感器技術成熟度現狀（樣刊模糊化）

這種突破性的混合方案可以滿足真正的市場需求，將印刷功能材料與標準工藝和制造方法相結合，可以在降低應用門檻的同時顯著提高性能。要了解所有技術選擇以及當前的商業化環境和未來趨勢，以及這個令人興奮且快速發展的細分領域中的應用，更多詳情請參閱本報告。

大面積圖像傳感器

基于印刷有機光電二極管（OPD）的大面積圖像傳感器是一項創新技術，它革新了傳統的CMOS圖像感測技術，超越了其它大面積圖像傳感器技術所能提供的特性。這項技術提供了兩個相關的價值主張：與大面積a-Si圖像探測器不同，它柔性且輕質，可以采用連續制造方法低成本快速印刷。

不過，現在制造商很少，而且它們主要將生物識別傳感作為一種相對高價值的應用，從而避免與CMOS競爭。例如，在一種提出的應用中，屏下大面積圖像傳感器可以同時對4個指紋成像，而現有技術要么只能對單個手指成像，要么需要復雜的光學系統實現大面積成像。

雖然技術上是很喜人，但這種大面積圖像傳感似乎主要是由技術驅動，而不是制造商的需求所驅動。值得商榷的是，這種性能相比現有方法是否具備足夠的優勢來推動產品導入，尤其是指紋識別必須與現有方案競爭。

本報告概述了該技術的現狀及未來趨勢，應用發展路線圖，以及每種應用的相關市場。

壓阻傳感器

印刷壓阻式力傳感器應用已經有一定的歷史，如今已廣泛應用于汽車乘員傳感器、樂器、工業設備和一些醫療設備。雖然在這些市場已經商品化，但這些行業仍正在通過創新以獲得新的、差異化的、更高價值的應用。

例如3D觸摸面板，它可以測量施加的力作為功能位置，相比現有電容式觸摸面板，識別更復雜的人機界面手勢。供應商將繼續瞄準智能手機、電腦游戲和汽車內飾等應用。其它創新包括：能夠檢測接近但仍需施力驅動的混合電容/壓阻傳感器陣列，用于電動工具安全裝置的壓阻傳感手柄，以及通過卷對卷工藝進行制造等。

印刷壓阻傳感器應用路線圖（樣刊模糊化）

差異化壓阻式傳感器的挑戰在于，許多應用不需要復雜的功能，如3D觸摸或接近感測。此外，營收可能會隨著各種產品周期而大幅波動，因而需要非常積極地應用發展布局。技術復雜性相對較低，也可能意味著進入壁壘和獲取價值的障礙較低。這使一些廠商向價值鏈上游走得更高，提供完全集成的解決方案。

壓電傳感器

壓電傳感器跟壓阻傳感器不同，它在一定方向上受到外力作用而變形時，其內部會產生極化現象，同時在它的兩個相對表面上出現正負相反的電荷。而與壓阻傳感器一樣，壓電傳感器也可以用于力傳感，但它們的制造成本更高，集成也不那么簡單。因此，制造商主要瞄準利用其獨特功能的應用，尤其是對高頻振動的敏感性。

在本報告中，IDTechEx調研了兩種可印刷的壓電材料：聚合物和無機復合材料。前者商業應用更廣，但兩者都仍在發展中。印刷壓電傳感器的商業化難點在于，它們的性能介于兩種簡單的成熟技術之間：價格合理的壓阻式壓力傳感器，和靈敏的剛性陶瓷壓電傳感器。因此，印刷壓電傳感應用仍處于利基階段，除非能量收集技術成熟度顯著提高以實現自供電傳感器。

印刷壓電傳感器SWOT分析（樣刊模糊化）

針對這種材料的獨特性能，更好的價值主張可能在于柔性高頻驅動器，即應用于醫療領域的可穿戴超聲發生器。欲了解更多有關壓電傳感器的技術、廠商及市場信息，請參閱本報告。

電容應變傳感器

多年來，已經開發出各種部分或完全印刷的可拉伸應變傳感器，并實現商業化。事實證明，基礎技術的驗證相對容易，但并不是所有供應商都有能力以低成本實現大批量生產。

主要的挑戰在于，柔性應變傳感器一般不會取代現有的產品，而是需要開發全新的市場。為了應對這一挑戰并獲取更多價值，很多供應商提供了垂直集成的“解決方案”。

經過多年的發展，如今，工業位移傳感、可穿戴電子設備和病患連續監測等領域的機遇正在興起。欲了解更多關于印刷電容應變傳感器廠商、技術、應用發展路線圖以及細分市場預測的信息，請參閱本報告。

溫度傳感器

溫度傳感器也可以采用包含硅納米顆粒或碳納米管的復合油墨來印刷制造。鑒于溫度測量需要良好的熱接觸，基于共形襯底的印刷溫度傳感器似乎提供了明確的價值主張。

印刷溫度傳感器面對的挑戰主要來自成本低、重量輕且普遍成熟的解決方案，例如熱敏電阻和電阻式溫度傳感器。這些傳感器可以與柔性熱導體一起應用，從而在一定程度上抵消了印刷溫度傳感器的優勢。因此，印刷溫度傳感器最適合采用共形陣列要求空間分辨率的應用，例如監測皮膚舒適度等。電動汽車電池的溫度監測是另一種可能的應用，不過，這也可以通過多個熱敏電阻來實現。

氣體和濕度傳感器

氣體和濕度傳感器也可以印刷，不過目前大多由陶瓷而不是有機材料制成。其中，有些陶瓷被印刷成具有極高固化溫度的“厚膜”，使其無法與柔性基底兼容。新興的方法是基于功能化碳納米管和其它有機半導體。可以將多個特性略有差異的傳感器組合在一起，形成一個“電子鼻”，對每種分析物顯示出不同的“指紋”特征。

印刷氣體傳感器價值鏈（樣刊模糊化）

氣體傳感器已經在工業領域廣泛應用，并且，隨著人們對空氣污染的關注和擔憂，氣體傳感器的應用會持續增長。與其它細分領域不同，氣體傳感器的靈敏度和分析物的差異化很大，導致這個市場非常碎片化。根據印刷氣體傳感器的獨特性能，另一種有前景的長期應用，是將氣體傳感器直接印刷在食品包裝上，測量食品的降解。不過，這可能需要開發柔性混合電子以及柔性IC等使能技術，通過連續制造，使其具有成本效益。

參考報告：

《柔性混合電子（FHE）：應用、挑戰及創新趨勢-2020版》

2020年~2030年針對每種細分應用的10年期市場預測（樣刊模糊化）

IDTechEx在這份綜合報告中非常詳細地討論了每一種印刷傳感器，分別評估了不同的技術方案和應用挑戰。IDTechEx還針對每種技術和細分應用提供了10年期市場預測。
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