2019年中国光电传感器行业概览.pdf

1 报告编号19RI0661 热点三：上游逐步培养产学研优势，行业向智能化、微 型化、多功能化发展 中国光电传感器市场存在低端产品产能过剩、低端产品 同质化现象严重、 传感器制造企业国际竞争力低的问题。 中国光电传感器行业上游及中游企业缺乏对核心、高端 技术的掌握，导致行业发展与国际发展水平存在差距， 严重阻碍中国光电传感器行业的智能化发展及国际竞争 力的提升。 热点二：光电传感器制造企业缺乏高端技术、低端传感 器产能过剩 头豹研究院 | 半导体系列行业概览 400-072-5588 2019 年 中国光电传感器行业概览 报告摘要 宏观研究团队 光电传感器是一种以光电元件为检测元件的传感 器。光电传感器可将可见光波信号转化为电信号， 可在光电检测系统中实现光电转化功能，并完成信 息的传输、 处理、 储存、 显示及记录等工作。 过去五 年，得益于中国汽车行业和物流行业的高速发展， 中国光电传感器行业市场规模以 8.3%的年复合增长 率持续增长， 由 25.9 亿元增长至 35.6 亿元。 未来五 年，中国光电传感器行业受下游汽车制造行业和物 流行业发展及国家政策推动， 市场规模将持续增长。 热点一：下游需求上涨，中游供给能力有望增强 物联网及移动互联网等高新产业的快速发展为中国光电 传感器行业带来广阔的市场空间。同时，中国光电传感 器行业上下游企业在多项利好政策加持下快速发展，有 望持续提升光电传感器技术含量，提高光电传感器在各 行业应用占比，推动中国光电传感器行业快速发展。 中国光电传感器行业中，上游一体化半导体材料产业园 有利于充分发挥产学研优势，提高中国光电传感器行业 的自主研发能力，推进高端传感器研发进程。中国光电 传感器将朝着智能化、微型化及多功能化方向发展，带 动其下游应用领域范围不断扩大。 单琳 邮箱：csleadleo 分析师 行业走势图 相关热点报告 半导体系列行业概览 2019 年中国 CMOS 传感器行 业概览 半导体系列行业概览 2019 年中国雷达传感器用芯 片行业概览 半导体系列行业概览 2019 年中国光通信芯片行业 概览 2 报告编号19RI0661 目录 1 方法论 . 5 1.1 研究方法 . 5 1.2 名词解释 . 6 2 中国光电传感器行业市场综述 . 8 2.1 光电传感器定义与分类 . 8 2.2 光电传感器检测模式分析 . 10 2.3 中国光电传感器行业发展历程 . 11 2.4 中国光电传感器行业市场规模 . 12 2.5 中国光电传感器行业产业链分析 . 13 2.5.1 上游分析 . 14 2.5.2 中游分析 . 15 2.5.3 下游分析 . 16 3 中国光电传感器行业驱动因素分析 . 20 3.1 高新产业发展提升市场需求 . 20 3.2 上下游行业联动提升供给能力 . 21 4 中国光电传感器行业制约因素分析 . 22 4.1 低端产能过剩，产品同质化严重 . 22 4.2 核心技术与国际一流水平存在差距 . 23 5 中国光电传感器行业政策及监管分析 . 25 6 中国光电传感器行业发展趋势分析 . 27 6.1 投资企业与高校、研究所合作，发挥产学研优势 . 27 3 报告编号19RI0661 6.2 光电传感器呈现智能化、微型化、多功能化发展趋势 . 27 7 中国光电传感器行业竞争格局分析 . 30 7.1 中国光电传感器行业竞争格局概述 . 30 7.2 中国光电传感器行业投资企业推荐 . 31 7.2.1 上海兰宝传感科技有限公司 . 31 7.2.2 上海尼赛拉传感器有限公司 . 32 7.2.3 海伯森技术(深圳)有限公司 . 34 4 报告编号19RI0661 图表目录 图 2-1 光电传感器分类及应用领域 . 9 图 2-2 可见光传感器分类及对比 . 10 图 2-3 红外传感器分类及主要生产企业 . 10 图 2-4 中国光电传感器行业发展历程 . 11 图 2-5 中国光电传感器行业市场规模（按销售额统计），2014-2023 年预测 . 13 图 2-6 中国光电传感器行业产业链 . 14 图 2-7 中国光电传感器下游应用占比，2018 年 . 16 图 3-1 高新产业发展促进市场需求提升示意图 . 20 图 3-2 政策对上中下游影响示意图 . 21 图 4-1 中国智能传感器行业发展劣势对比图 . 23 图 4-2 上中游制约因素对比 . 24 图 5-1 中国光电传感器行业政策，2014-2019 年 . 26 图 6-1 中国光电传感器技术发展趋势 . 29 图 7-1 中国光电传感器行业市场份额比例，2018 年 . 30 图 7-2 中国光电传感器行业新进入企业，2018 年 . 31 图 7-3 兰宝公司主要产品 . 32 图 7-4 尼塞拉主要产品 . 33 图 7-5 海伯森主要产品 . 34 5 报告编号19RI0661 1 方法论 1.1 研究方法 头豹研究院布局中国市场， 深入研究 10 大行业， 54 个垂直行业的市场变化， 已经积累 了近 50 万行业研究样本，完成近 10,000 多个独立的研究咨询项目。 研究院依托中国活跃的经济环境， 从新材料、 人工智能等领域着手， 研究内容覆盖 整个行业的发展周期，伴随着行业中企业的创立，发展，扩张，到企业走向上市及 上市后的成熟期， 研究院的各行业研究员探索和评估行业中多变的产业模式， 企业 的商业模式和运营模式，以专业的视野解读行业的沿革。 研究院融合传统与新型的研究方法， 采用自主研发的算法， 结合行业交叉的大数据， 以多元化的调研方法， 挖掘定量数据背后的逻辑， 分析定性内容背后的观点， 客观 和真实地阐述行业的现状， 前瞻性地预测行业未来的发展趋势， 在研究院的每一份 研究报告中，完整地呈现行业的过去，现在和未来。 研究院密切关注行业发展最新动向，报告内容及数据会随着行业发展、技术革新、 竞争格局变化、政策法规颁布、市场调研深入，保持不断更新与优化。 研究院秉承匠心研究， 砥砺前行的宗旨， 从战略的角度分析行业， 从执行的层面阅 读行业，为每一个行业的报告阅读者提供值得品鉴的研究报告。 头豹研究院本次研究于 2019 年 09 月完成。 6 报告编号19RI0661 1.2 名词解释 光电传感器：Photoelectric Sensor，又称光传感器，一种以光电元件为检测元件的传 感器。 光电传感器主要依托“光电效应”， 将可见光波信号转化为电信号， 能够在光电 检测系统中实现光电转化功能，并完成信息的传输、处理、储存、显示及记录等工作。 光敏二极管：Photodiode，又称光电二极管，一种根据使用方式，将光转换成电流或 者电压信号的光探测器。管芯常使用一个具有光敏特征的 PN 结，对光变化敏感，具有 单向导电性， 且光强不同时会改变电学特性。 因此光敏二极管可利用光照强弱来改变电 路中的电流。 带隙：半导体中导带的最低点和价带的最高点的能量之差，又称能隙。带隙越大，电子 由价带被激发到导带越难，本征载流子浓度越低，电导率越低。 应变： 在外力和非均匀温度场等因素作用下物体发生的局部相对变形， 形变量与原始长 度的比值，表示长度的相对变化量。 敏感元器件：敏感元件、机械结构、电路部分构成的敏感元件和传感器件的简称。 击穿电场： 电介质击穿时的电压。 电介质在足够强的电场作用下达到某一临界值， 将失 去其介电性能成为导体，这个过程称为电介质击穿，击穿时的电压称为击穿电压。 迁移率： 又称电子迁移率， 是在固体物理学中描述金属或半导体内电子在外加电场下移 动快慢的物理量。 开关特性：当二极管外加正电场时，电路中有电流通过，二极管为导通状态；当二极管 外加反向电压时， 电路中无电流通过， 二极管为截止状态； 二极管的导通和截止状态称 为开关特性。 传动比：又称速比，两个机械动力构件角速度的比值。 RFID：Radio Frequency Identification，射频识别，阅读器与标签在非接触的状态下 7 报告编号19RI0661 实现数据通信、目标识别的功能。 MEMS： Micro-Electro-Mechanical System， 微机电系统， 由微米级甚至纳米级的微 传感器、微执行器、微机械结构、微电源能源等微型器件构成的一个独立的智能系统。 8 报告编号19RI0661 2 中国光电传感器行业市场综述 2.1 光电传感器定义与分类 光电传感器（Photoelectric Sensor）又称光传感器，是一种以光电元件为检测元件的 传感器。光电传感器工作主要依托“光电效应”，将可见光波信号转化为电信号，可在光电 检测系统中实现光电转化功能，并完成信息的传输、处理、储存、显示及记录等工作。光电 传感器不局限于光探测， 还可作为其它传感器的探测元件直接用于检测引起光量变化的非电 量，如光照强度、辐射温度、气体成分等，也可检测能转换成光量变化的其他非电量，如物 体的直径、表面粗糙度、应变、位移、振动、速度、加速度及工作状态等。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，且体积小、重 量轻、能耗低，目前广泛应用于多个领域，如航空航天、通信、智能产品、LED 及自动化控 制等。 按照光电传感器自身可接收信号波长分类， 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（见图 2-1）。 9 报告编号19RI0661 图 2-1 光电传感器分类及应用领域 来源：头豹研究院编辑整理 （1）X 射线传感器：接收 X 射线并转化输出可用电信号的传感器。目前，X 射线传感 器多用于 X 射线成像设备中，如 CT 断层扫描中 X 射线拍照、牙科 X 射线成像及安检中的 X 射线扫描成像； （2）紫外传感器：接收紫外信号并转化为电信号的传感器。根据应用领域不同，紫外 传感器通常又可细分为可见光盲紫外传感器和太阳光盲紫外传感器； （3）可见光传感器：其测量对象为可见光，可将接收到的可见光转换成输出电信号。 可见光的波长范围在 380mm 至 760mm， 该范围是电磁波谱中人眼可识别波段。 根据组成 传感器的关键元件不同， 可见光传感器又可分为低端传感器、 中端传感器及高端传感器三种 （见 图 2-2）。 10 报告编号19RI0661 图 2-2 可见光传感器分类及对比 来源：头豹研究院编辑整理 （4）红外传感器：其测量主要基于红外线的物理性质。按照探测原理分类，红外传感 器可分为以下几类（见图 2-3）： 图 2-3 红外传感器分类及主要生产企业 来源：头豹研究院编辑整理 2.2 光电传感器检测模式分析 光电传感器检测作为光电传感器制造的重要环节， 决定着光电传感器产品质量及稳定性。 光电传感器的检测模式一般分为对射式、反射式、偏振式、镜面式、漫反射式、会聚式、光 幕及激光扫描器八种。 其中， 对射式是最早出现的一种光电检测模式， 具有简单易操作的特 点。 该模式下发射器的光直接对准接收器， 当被检测物体移动并挡住光路时， 传感器输出信 号发生变化表明探测到待测物体。 目前， 反射式是应用较多的一种常用检测模式。 该模式中， 发射器以多种角度发射光线至待测物体表面， 同时光线在待测物体表面以多角度将入射光反 射至接收器。 由于不同待测物体表面材质及光滑度不同导致对光的吸收率不同， 接收器所接 11 报告编号19RI0661 收的反射光强度也不同，因此反射式在判断待测物表面性质方面具有固有优势。 2.3 中国光电传感器行业发展历程 光电传感器作为传感器行业发展历程中的重要产物， 其行业发展经历以下三个阶段 （见 图 2-4）。 图 2-4 中国光电传感器行业发展历程 来源：头豹研究院编辑整理 （1） 起步阶段（1970-2000 年） 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，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。 （2） 快速发展阶段（2001-2015 年） 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。 “十五”期 12 报告编号19RI0661 间， 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 始组织并实施新兴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。 到 2011 年，光电传感器相关材料、器件、系统等方面的发展不断进步，中国光电传感器行业已形成 较为完善的产业链。 （3） 智能化发展阶段（2016 年至今） 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。 2.4 中国光电传感器行业市场规模 过去五年， 得益于中国汽车行业和物流行业的高速发展， 中国光电传感器行业市场规模 以 8.3%的年复合增长率持续增长。2014 年至 2018 年，中国光电传感器市场规模由 25.9 亿元增长至 35.6 亿元。由于光电传感器可广泛应用于智能工业、智能交通、智能电网、智 13 报告编号19RI0661 能可穿戴设备等领域， 伴随中国物联网及移动互联网等高新产业的进一步发展， 这些领域将 成为中国光电传感器行业未来市场的主要增长点， 带动中国光电传感器行业市场规模进一步 增加（见图 2-5）。中国光电传感器行业发展受下游汽车制造行业和物流行业发展及国家政 策推动，预计未来五年市场规模将以 9.6%年复合增长率持续增长，并于 2023 年达到 56.4 亿元人民币。 图 2-5 中国光电传感器行业市场规模（按销售额统计），2014-2023 年预测 来源：头豹研究院编辑整理 2.5 中国光电传感器行业产业链分析 中国光电传感器行业产业链分为三部分： 产业链上游主要参与者是光电传感器核心电子 元件的原料供应商， 产业链中游主体是光电传感器制造企业， 产业链下游主要分散在汽车制 造、智慧物流及食品检测、烟雾报警器等其他应用领域（见图 2-6）。 14 报告编号19RI0661 图 2-6 中国光电传感器行业产业链 来源：公司官网，头豹研究院编辑整理 2.5.1 上游分析 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。 （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。 （2） GaAs 材料：相较于传统的硅半导体材料，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。 （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 15 报告编号19RI0661 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 比例高达 48.1%。 而中国在国际范围内的相关专利申请与上述三个国家相差甚远。 因此， 目 前中国光电传感器行业中硅材料半导体的使用量占比仍高达 90%，高端光电传感器所用的 第二代和第三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。 2.5.2 中游分析 产业链中游主体是光电传感器制造企业。 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 16 报告编号19RI0661 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。 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。 2.5.3 下游分析 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 （见图 2-7），具体分析如下： 图 2-7 中国光电传感器下游应用占比，2018 年 来源：头豹研究院编辑整理 （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、 自动换挡及提高骑车行驶性能的过程。 目前，中国自动挡汽车市场规模稳步扩大，自 2013 至 2018 年中国自动挡汽车消费比 17 报告编号19RI0661 例从约 35%上升至 55%左右，已超过手动挡并稳步上升。此外，数据显示，中国自动变速 箱的市场渗透率在 2018 年已超过 60%。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的应用占比仅次于汽车行业。智慧物流的本质在于实现 智能、全自动的物流体系。光电传感器作为智能设备外部环境信息的检测装置，可采集和 传输数据及信息，是智慧物流体系中的核心设备。以机场物流为例，伴随中国航空运输业 和物联网的迅猛发展，机场物流逐步建立智慧物流体系。机场物流体系主要包括：行李处 理系统、航空货运处理系统和航空配餐系统。由于机场旅客流量大，行李数量多且尺寸和 种类不一，导致行李处理成为机场物流系统中占用机场空间和资源最多、流程最复杂的系 统。而采用高精度光电传感器进行行李检测，能大幅增加行李分拣和运输的效率。高精度 光电传感器以其具有响应速度快、数据采集和传输精度高、节能环保等特点迅速取代传统 的机场物流系统核心元件。因此，目前机场行李处理系统对高精度光电传感器的需求量持 续增加。此外，2018 年中国智慧物流行业的市场规模已突破 1,000 亿元大关，复合增速 高达 25%。可见，智慧物流在未来将为高端光电传感器提供更多的市场发展空间。 （3） 食品检测 伴随国民经济水平的提高，食品有害物质超标等事件频发，食品安全问题备受关注， 光电传感器在食品检测领域需求成为行业下游应用的重点。伴随科技水平提升，食品检测 技术升级，快速检测食品中有害物质是食品检测行业发展的重要方向，光电传感器检测快 速准确，可满足行业需求。目前，中国食品检测行业市场规模逐步扩大，据中国食品安全 网数据显示，2016 年中国食品检测行业市场规模不足 500 亿元，2018 年食品检测行业规 18 报告编号19RI0661 模已达 665 亿元。此外，2017 年 2 月“十三五”国家食品安全规划发布，对食品安 全检测提出了更高要求，促进检食品测技术向尖端技术、集成化、快速检测、便携化检测 等方面发展。预计到 2020 年，中国食品检测行业市场规模将突破 1,000 亿大关，中国食 品安全水平将大幅提升，同时促进光电传感器的需求量大幅上涨，推动中国光电传感器行 业向好发展。 （4） 烟雾报警器 中国烟雾报警器行业发展较晚，且依托光电传感器的智能烟雾报警器应用率较低，加 之中国尚未完善居民安装报警器的法律