圆形办公灯？VCSEL元件市场现况与生长趋势剖析

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库力索法（K&S）公布2022财年Q4财报

VCSEL元件市场现况与生长趋势剖析

2022-11-18    

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　　在现行终端手机3D感测、车用光达及光纤传输的需求动员下，红外线元件市场规模已逐渐茁壮，其中以VCSEL元件发展幅度最显著。

　　VCSEL元件自己在起始电流、光束角度及形状等特征上具备优势，预期将逐渐成为3D感测模块的使用光线，并动员整体红外线元件市场连续发展。

　　红外线元件类型与现行测距原理

　　1. 红外线元件市场规模

　　现行红外线元件如led、雷射等，可应用于一样平常生涯中的照明系统和导航装置等，使用领域十分普遍，同时亦能使用在终端手机3D感测模块中，借此促成虚拟实境、人脸辨识及移动支付等相关应用可能。

　　近年因中、高阶手机产物逐渐搭载3D感测模块，使得红外线元件逐渐成为盛行，其3D感测元件结构与原理，大致运用2个以上相机模块及红外线发射零组件，再通过软件模拟盘算后，得出物体自己距离与形貌。

　　进一步探讨全球红外线元件市场，除了传统红外线照明系统以外，另有红外线雷射系统(VCSEL与车用LiDAR)。传统红外线照明系统由于使用LED元件，其发光能量较弱、光束角度偏大，使得整体功效性较为不足，大多只能应用于2D脸部辨识和一样平常平安监控等。

　　在红外线雷射部门，由于光源能量较大和角度集中等特色，现在已大局限应用于3D感测手艺和车用测距中。

　　针对全球红外线元件市场生长情形，无论在红外线照明或雷射产物应用中，整体市场需求依旧连续畅旺。

　　预估2022年整体市场规模预估可突破16.4亿美元，且随着手机3D感测元件应用逐渐发酵，2022年整体规模将逐步发展至约22亿美元。

　　2. 现行主要测距原理

　　在3D感测手艺应用方面，现行主要测距原理可分为3类：立体视觉(Stereo Vision)、结构光(Structured Light)与航行时间测距(Time of Flight，ToF)等，各自拥有差其余丈量方式和运算原理，最终通过盘算方式得出待测物的距离及轮廓。

　　立体视觉的原理主要基于人眼视差，通过2个(或以上)相机模块同时拍摄，经盘算后获得物体距离。结构光主要为自动式深度感测手艺，其结构通过IR(红外线)发射器、IR及RGB相机模块等元件组成，行使IR阵列光斑投射后再经盘算，得出物体距离。

　　另外，航行时间测距也是一种自动式深度感测手艺，主要功效为运用IR发射器、IR吸收器、RGB相机模块与感光元件等，通过IR发射器将红外线投射后，盘算当中旅程折返时间，藉此得出物体距离与形貌。

　　3. 红外线元件类型

　　一样平常而言，红外线元件可依差异使用目的，区分为红外线照明与雷射应用等两类，但若以差异产物的发光原理进一步分类，则可分成LED、EEL(边射型雷射)与VCSEL等3种差异类型产物，由于其运用差其余光源特征、电流及频率显示，以是各有相对应的终端应用市场。

　　LED元件由于发光原理较单纯，只需提供较高操作电流即可驱动发光，但因发出来的光线仍属发散光源，一样平常而言只能提供通俗照明，或进一步使用于2D感测系统中。

　　EEL与VCSEL由于天生的光线属于雷射光，两者发光原理相较LED天生光线的情形稍有差异，还需行使质料结构设计，经多次反射后才气获得雷射光。

　　至于EEL与VCSEL差异，在于EEL自己元件结构设计上的因素，其发光的光束角度与形状皆较VCSEL元件大且椭圆，因此现阶段只适合提供一样平常雷射笔等光源;而VCSEL元件的发光角度与形状较集中，适合生长3D感测手艺产物，进一步应用于手机人脸辨识和车用光达测距系统中。

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　　1. VCSEL元件应用与供应链现况

　　现行VCSEL元件因光束角度及形状优势，且有较低的起始电流与较高频宽等特征，异常适合应用于3D感测手艺中。从2022年Apple宣布iPhone X系列最先，3D感测手艺的话题性连续不停，近期配合中、能手机终端产物搭载3D感测人脸辨识功效、车用光达应用及光纤传输系统等应用，使得相关手艺及元件需求的讨论水平依旧不减。

　　除了因Apple手机动员3D感测人脸辨识应用风潮外，现在GaAs基板的VCSEL元件已逐步延伸至车用光达等领域，实验通过VCSEL元件光线能量集中、光束角度与形状特征，取代原先较发散的LED光源。

　　此外，由于5G议题发酵，光通讯领域零组件相关需求，例如光纤的资料传输容量、频宽及距离等，也将是后续生长重点;而VCSEL元件试图取代传统LED光源，提供波长850nm、频宽5～200Gbps局限的光纤应用模块，藉此增进整体5G传输性。

　　遵照差异主要生产领域，VCSEL元件供应链可区分为五大应用别：GaAs基板商、GaAs磊晶厂、IDM厂、制造代工厂及封测代工厂。

　　针对质料结构层面，由于VCSEL元件结构相当庞大，且质料特征和磊晶层数的要求相当高，需有高难度的磊晶手艺才可顺遂生产。但VCSEL元件的赚钱仍较一样平常红外线元件LED凌驾许多，使得各磊晶厂商(如IQE、全新光电)、VCSEL等IDM厂(如II-VI、Lumentum)、LED厂(如晶元光电分拆为晶成半导体、Osram等)无不相继投入或转型至VCSEL元件开发，现在整体市场已成百家争鸣事态。

　　从供应链来看，VCSEL元件必须使用GaAs基板质料，通过磊晶制程发展至庞大的质料结构，才算完成开端作业。

　　随后再将完成的晶圆送到IDM厂举行加工，或转交委外代工模式，发包给制造和封测代工厂，举行后续制造、封装与测试等步骤，最终生产出1颗完整的VCSEL元件。

　　2. VCSEL元件等IDM大厂的整并动态

　　针对VCSEL元件为生长目的的IDM大厂，近年纷纷转由通过并购相关制造代工厂商或其他IDM厂方式，藉此扩大市占率。犹如II-VI于2022年1月最先相继并购Epiworks、Anadigics及Kaiam等厂商，并于2022年9月乐成完成对Apple手机Face ID模块供应商Finisar的并购案;另一家IDM大厂Lumentum也于2022年3月完成对Oclaro并购。

　　此外，AMS于2022年2月与3月乐成收购Heptagon及Princeton Optronics等企业，但2022年10月初对Osram的并购案却宣告失败，虽然现阶段该并购案仍未乐成，但后续AMS尚有时机再次争取并购契机。

　　整体而言，VCSEL元件等IDM大厂通过整并生长模式，虽有少数并购案因股份未能谈拢而破局，但大部门案件都可乐成席卷相关制造代工厂商或IDM厂。

　　因此若遵照初期VCSEL元件制造的生长模式，虽处于群雄盘据的杂乱形式，但随着几家IDM大厂(如II-VI、Lumentum及AMS等)陆续藉由收购其他相关企业后，现在市场生长已逐渐形成大者恒大事态。这将有助于VCSEL元件在整体生长及规格制订上加倍完整，提高后续终端产物应用的市场渗透率。

　　进一步考察VCSEL元件等IDM大厂的整并动态，可以发现原先专注于生产LED的元件商如Osram及晶元光电等，陆续于2022年3月通过并购(如Osram并购Vixar)或对外宣告分拆制造代工厂方式(晶元光电分拆之晶成半导体)，投身于开发VCSEL元件之列。

　　就那时的时空靠山及市场形式而论，厂商会做此决议，主要也是大环境不佳所致。若由产物生长模式来看，LED相关行业已进入相对成熟且衰退阶段，元件价钱与赚钱性已大不如前，加上近年在中国厂商低价竞争的压力下，也迫使部门国际大厂最先寻找其他终端产物应用的可能性。此时，VCSEL雷射发光元件市场，即为一个不错的生长切入时机。

　　虽然VCSEL雷射元件的发光原理与LED元件大致相同，但其质料结构仍较LED元件庞大许多，而依附Osram与晶元光电(后已分拆为制造代工厂-

　　晶成半导体)耐久针对LED元件投入的手艺研发及磊晶能力，对于转入生产相关雷射元件似乎难题不大。

　　对于这些制造LED元件的IDM大厂而言，逐渐转向开发VCSEL元件应用的生产模式，将有助提高企业赚钱性。

　　未来VCSEL生长趋势与应用领域

　　由于红外线元件应用市场逐步增进，动员现阶段终端手机3D感测手艺、车用光达与光纤传输的蓬勃生长。

　　未来对VCSEL元件应用发想，可能逐渐朝向光源照明的安防监视器应用、光感测市场的手机指纹辨识模块，以及穿着装置应用等领域为开发目的。

　　基于自己物理特征，考量VCSEL元件发生光源容易受到外部光线(日光)滋扰问题，因而导致吸收端难以精准吸收到投射光源，以是针对吸收滋扰性，VCSEL元件的质料结构必须做出调整，后续将可通过发展其他差其余质料磊晶层，例如InGaAs、AlGaAs等作为发光反映层(Active Layer)，

　　借此延张开发出差异波长(如650～1,600nm)的VCSEL元件，提供光感测、光通讯及光照明的新应用契机。

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