头豹词条报告系列：光电传感器

光电传感器行业分类 根据光电传感器自身可接收信号波长进行分类，可分为X射线传感器、紫外传感器、可见光传感器、红外传 感器等。根据分离放大器的有无进行分类，可分为放大器内置型和放大器分离型；根据外壳材质进行分类，可分 为树脂外壳型和金属外壳型。 按传感器自身可接收信号波长进行分类 根据外壳材质进行分类 该类型的外壳由树脂制成。树脂外壳的重量较轻，但在强度方面不如金属外壳型。 树脂外壳型 光电传感器分类 该类型的外壳由SUS 等金属制成。与树脂相比更加坚固，寿命较长。 金属外壳型 微型化趋势 在新技术的发展和新材料的应用下，现阶段的光电传感器体积较传统光电传感器已经大大缩小。 传统光电传感器体积较大，应用领域受限，无法应用于便携设备、可穿戴设备等领域。精密加工、微电 子、集成电路等技术、新材料的发展及应用，将使光电传感器中电子元器件由毫米级转向微米级甚至纳米 级，推动光电传感器的微型化趋势。以欧姆龙、基恩士为代表的跨国企业资本实力雄厚，已拥有超小型、内置型光电传感器系列产品，中国便携、智能、可穿戴设备制造行业快速发展，对微型和超小型光电传感 器需求将不断上涨，刺激本土光电传感器行业向微型化发展。 多功能化 实现多功能化是当前光电传感器技术发展中一个重要的研究方向。 单个光电传感器仅能完成单一测量任务，光电传感器在实际应用中通常需要同时测量多种被测变量，以全面、准确地反映客观事物和环境。伴随光电传感器应用领域的不断增加，借助半导体的蒸镀、扩散、光 刻、精密微加工及组装等技术，将多种敏感元件整合在同一基板上成为可能。目前已研制出的多功能传感 器应用较少，传感器功能为温度与湿度同时检测，或是压差、静压和温度同时检测，未来还将有更多多功能传感器将被研发出来。 应用场景广泛 光电传感器作为目前产量最多和应用最广的传感器之一，其应用场景极为广泛，涵盖了多个行业。 由于光电传感器具有信号响应速度快、非接触测量、性能可靠、探测精度和分辨率高等特点，且传感器自 身体积小、重量轻、能耗低，所以广泛应用于汽车电子、工业自动化、医疗保健、航空航天、农业和林业 等多个领域。在汽车电子领域，光电传感器可用于测量车内环境、车门开关状况等，助力提高驾驶安全性和舒适性；在工业自动化领域，光电传感器可用于工业机器人、智能制造等方面，实现对生产线上的实时 监测和控制；在航空航天领域，光电传感器可以用于导航、位置测量、姿态控制等方面，可提高飞行器的精确控制和安全性；在农业和林业领域，光电传感器可以用于测量湿度、温度、光照强度等方面，帮助农 民和林业工作者更精确地管理农田和森林。 光电传感器发展历程 光电传感器作为传感器行业发展历程中的重要产物，其行业发展经历萌芽期、高速发展期和成熟期三个阶 段。1970-2000年：萌芽期，光电传感器行业概念开始在中国出现，得到了国家层面的高度重视，自此，光电传感器在中国得到快速发展，光电传感器产业链开始建立。2001-2015年：高速发展期，伴随信息技术的发 展，光电传感器在信息行业发展中起到至关重要的作用。光电传感器相关材料、器件、系统等方面的发展在该时期内不断进步，中国光电传感器行业已形成较为完善的产业链。2016-2023年:成熟期，智能交通、智能家居、 智能工业生产等物联网应用领域发展壮大，中国光电传感器行业为适应新时代发展，已进入智能化发展阶段。 萌芽期 1970~2000 中国传感器行业始于20世纪50年代，但在第一代结构型传感器发展并应用20年后，国家才开始意识到发展新型传感器的重要性。因此，1989年10月，敏感元器件与传感器分会主办首届全国敏感元器 件与传感器学术会议，会议吸引当时中国传感器领域专家学者、企业家等人士。此外，在原电子工业部及敏感元器件与传感器分会的积极响应下，在“八五”期间，国家大力支持并建设中国敏感元器件 与传感器生产基地。“安徽基地”作为三大基地之一，主要发展力学、光学敏感元器件与传感器，建立了力、光敏规模经济。“九五”期间，国家大力投资传感器技术的研发建设，建立“传感技术国家 重点实验室”及“国家传感技术工程中心”在内的多个技术研究开发基地，促进光电传感器技术不断突破。 该时期是中国光电传感器行业的萌芽期，得到了国家层面的高度重视，自此，光电传感器在中国得到快速发展，光电传感器产业链开始建立。 高速发展期 2001~2015 光电传感器作为区别于传统结构式传感器的新型传感器，被列入研发重点。由于国外的传感器行业对 中国来说发展成熟，且处于领先地位。因此，提升传感器技术等级、稳定性及应用水平成为中国光电传感器增强竞争力、缩小差距的攻关目标。自2002年起，国家计委开始组织并实施新型电子元器件 产业化政策，其中新型光敏元器件获得产业化政策支持，该政策推动光电传感器行业快速发展，为中国光电传感器企业开发新一代高、精、尖端传感器产品奠定基础。2006年，“十一五”规划纲要获 得通过，主要强调开展推进工业结构优化升级的工作。此外，加速发展电子信息制造业、推动发展航 空航天产业、促进发展新材料产业等计划相继提出，为中国光电传感器行业提供了技术研发动力及巨大的市场开发空间。 成熟期 伴随信息时代的成熟发展，工业自动化发展迅速，物联网、人工智能等技术加速发展。2017年1月， 工信部发布《信息通信行业发展规划物联网分册（2016-2020年）》，明确提出中国物联网加速进入“跨界融合、集成创新和规模化发展”新阶段。由于光电传感器是信息、航空航天、自动化等领域的 核心部件，该规划为现有光电传感器向小型化、集成化、智能化及系统化发展提供有力支持。 智能交通、智能家居、智能工业生产等物联网应用领域发展壮大，中国光电传感器行业为适应新时代发展，已进入智能化发展阶段。 生产制造端 光电传感器核心电子元件的原料供应商 上游厂商 通威股份有限公司 协鑫能源科技股份有限公司 东方希望集团有限公司 查看全部 产业链上游说明 中国光电传感器行业产业链上游主要参与者为光电传感器核心电子元件的原料供应商。核心电子元件 的原材料主要包括制备第一代半导体的硅（Si）、第二代半导体的砷化镓（GaAs）及第三代半导体的氮化镓（GaN）和碳化硅（SiC）材料，半导体材料运用最广泛，占比63%，因此是光电传感器的核 心材料。 （1）Si材料：作为第一代半导体的原材料，广泛应用于中低端的光电转换、传统半导体器件。如在 可见光传感器中硅光敏二极管是目前常见的电子元件，由于硅光敏二极管较传统光敏电阻对光源的响 应速度更快、稳定性更高，因此其已取代传统光敏电阻成为新一代中低端光电传感器的核心电子元件。目前中国光电传感器行业中Si材料半导体的使用量占比依旧保持在较高水平，维持在90%左右， 高端光电传感器所用的GaAs材料、GaN和SiC材料等高质量半导体材料多依靠进口。 （2）GaAs材料：相较于传统的硅半导体材料，第二代的砷化镓半导体材料具有高频、抗辐射、耐高 压等优异性能。因此，采用砷化镓半导体材料制作的光电传感器多用于集成化、智能化的光通讯设备、先进国防设备、航空设备及卫星传感设备中。据悉，砷化镓单晶片的价格大约相当于同尺寸硅单 晶片的20-30倍。尽管价格不菲，目前国际上砷化镓半导体的年销售额仍在10亿美元以上，其中中国的消费占比接近40%。高端光电传感器所用的第二代高质量半导体材料多依靠进口，在高端市场中， 中国半导体材料供应商不具备议价能力。 （3）GaN和SiC材料：继硅半导体材料和砷化镓半导体材料后的第三代高端半导体材料。得益于GaN和SiC材料的宽带隙特点，其具有高击穿电场、高饱和电子速率、高热导率、高电子密度及高迁移率 等优异的物理性质。因此，GaN和SiC半导体不仅具有高频、耐高压和辐射的特点，还可实现高温、大功率、短波长的工作性能。此外，GaN和SiC半导体的传导和开关特性表现约为硅半导体的10倍。 因此，采用GaN和SiC半导体制作的光电传感器具有传感效率更快、更稳定且工作环境更复杂的特 点，主要用于对工作环境、传感效率、工作稳定性要求较高的高、精、尖领域，如航空航天复杂环境 下的传感系统、智能汽车、智能机器人、智能家居等。硅在自然界是丰度最高的元素之一，占地壳的25%，中国境内的高纯度硅矿含量至少在140亿吨以上，储量丰富。而受高质量制备合成技术被美、 日垄断的限制，GaA、GaN和SiC的价格比硅昂贵。以第三代GaN半导体材料为例，截至目前，大部分GaN材料的国际专利申请主要来源于日本、美国、韩国，日本在美国的相关专利申请比例达 34.5%，美国在WO和日本的相关专利申请比例分别为37.4%和24.9%，韩国在美国的相关专利申请 产业链中游 品牌端 光电传感器制造企业 中游厂商 欧姆龙自动化（中国）有限公司 基恩士（中国）有限公司 上海兰宝传感科技股份有限公司 查看全部 产业链中游说明 产业链中游主体是光电传感器制造企业，代表企业有欧姆龙、兰宝传感、华工科技、茂来光学、高德红外和森霸传感。 从生产模式来看，中国是光电传感器制造大国，但本土企业光电传感器核心技术掌握程度低，本土企业以作坊式和OEM生产为主要生产模式，生产产品多为中低端产品。本土光电传感器的制造生产需 引进欧美及日本先进技术和原材料，企业对上游缺乏议价能力。同时，中游企业生产以中低端产品为主，低廉的劳动力和低价原材料是本土企业优势，产品价格为高端传感器价格的20%左右，附加值低 于高端传感器，加之中游光电传感器代工企业较多，使得中低端产品价格竞争激烈，中游企业缺乏市场定价权。 从本土和海外同类企业对比来看，由于大型跨国企业制造技术先进，规模化生产优势显著，产品的市 场价格与本土企业价格相差较小，但跨国企业掌握了高端核心技术，加之价值检测工艺严谨，产品质量稳定，产品竞争力高于本土企业产品，因此，跨国企业掌握了市场定价权。从整体本土企业来看， 中国光电传感器企业虽数量众多，但中小型企业数量占比超90%，在海外的竞争力和影响力有待提高。 从发展趋势来看，中国光电传感器行业正在稳步向高端化转型升级，市场规模会持续保持扩大。目前中国本土的光电传感器生产基本能够满足中低端市场的消费需求，未来会向高端化生产进军。另外， 传统传感器也会逐渐向光电传感器靠拢，根据森霸股份招股说明书，光电传感器占整体比例为70%左右，传感器转型升级的空间依旧较大。随着光学技术的发展，中国传统传感器行业会持续向光电传感 器转型，会逐步克服生产技术壁垒、资金规模壁垒、品牌壁垒、生产设备壁垒等。 下 产业链下游 渠道端及终端客户 渠道端 上海汽车集团股份有限公司 中国第一汽车集团有限公司 东风汽车集团有限公司 查看全部 产业链下游说明 光电传感器行业链下游主要涉及汽车行业、智慧物流行业、食品检测行业、烟雾报警器，具体分析如下： （1）汽车制造行业：汽车行业是光电传感器应用最广泛的下游行业。光电传感器主要应用于自动挡汽车的自动控制系统中，可发挥车转向、车速调整及光量传感等作用。光电传感器是自动挡汽车自动 控制系统中的核心零件，以自动变速箱的配合零件光电车速传感器为例，光电车速传感器通常安装在 汽车的输入轴，将检测到的车速数据以电信号形式输出至汽车中控系统中，中控电脑运算变矩器传动比等数据并快速响应至自动变速箱等动力部件，从而实现优化整车控制、自动换挡及提高汽车行驶性 能的过程。目前，中国自动挡汽车市场规模稳步扩大，自2017至2022年中国自动挡汽车消费比例从63%上升至接近90%，已超过手动挡并稳步上升。此外，中国自动变速箱的市场渗透率在2022年已 超过85%。因此，目前中国汽车行业对光电传感器的需求量正逐年增加，汽车智能化实现全自动驾驶也将提高行业对高端光电传感器的需求。未来汽车行业仍是光电传感器主要应用的下游领域。 （2）智慧物流：行业光电传感器在智慧物流行业中